【摘 要】
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偏振成像技术能够获得丰富的生物组织微观结构信息,在生物组织检测领域有很大的应用潜力。癌症是导致人类死亡的主要原因之一,约三分之一的癌症可以通过早期发现得到根治,癌症的早期诊断对于患者的康复至关重要。相较于传统的非偏振光学探测方法,偏振成像技术无需对样本进行染色,有着操作简便、检测速度快、成本低等特点,被广泛应用于组织病变检测。相较于其他偏振成像参数,Mueller矩阵包含了样本全部的偏振信息,但目
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.52175265、No.51675076）； 国家自然科学基金创新研究群体项目（No.51621064）； 中央高校基本科研业务费（DUT21ZD101、DUT21GF308、DUT20LAB303）；
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偏振成像技术能够获得丰富的生物组织微观结构信息,在生物组织检测领域有很大的应用潜力。癌症是导致人类死亡的主要原因之一,约三分之一的癌症可以通过早期发现得到根治,癌症的早期诊断对于患者的康复至关重要。相较于传统的非偏振光学探测方法,偏振成像技术无需对样本进行染色,有着操作简便、检测速度快、成本低等特点,被广泛应用于组织病变检测。相较于其他偏振成像参数,Mueller矩阵包含了样本全部的偏振信息,但目前市面上没有较为成熟的Mueller矩阵成像设备。基于此,本文主要做了以下工作:首先设计并搭建了生物组织Mueller成像系统。设计了入射光部分的光路,与课题组早期开发的全Stokes矢量成像探测器相结合,可以实现样本出射光偏振态的快速同步检偏。对装置进行了标定,并以空气为样本验证了装置的可靠性,装置测量Mueller矩阵元素的平均误差在2%以内,rms误差为0.0244。接下来,利用搭建完成的设备开展了一系列实验。探究了生物组织结构的庞加莱球表征方法,以骨骼肌组织和纤维结缔组织为样本,采用Mueller矩阵极化分解方法提取了可以表征介质基本偏振特性的三个表征向量:延迟向量（R）、二向色性向量（D）、偏振向量（P）,并将其中的P向量和D向量绘制在庞加莱球上,以样本点聚集中心距为评价指标对比向量差异。研究发现,对于两种生物组织中相似结构的P向量和D向量的表征差异,纤维结缔组织优于骨骼肌组织8%以上。对于单一生物组织中的两种结构的表征差异,P向量优于D向量19.7%以上。随后,将设备应用到癌变组织的检测,以乳腺高级别导管癌组织为样本,探究了Mueller矩阵成像参数、庞加莱球表征方法对癌变组织的表征能力。研究发现,庞加莱球可用于区分乳腺组织的纤维化间质区域和癌细胞区域,P向量对乳腺组织不同结构的表征能力最好,以样本点聚集中心距为评价标准,P向量对于两种不同结构的表征能力优于D向量69.9%。以最小包围球的半径差异为评价指标时,P向量表征的两种结构差异为135.6%,D向量表征的两种结构差异为37.6%。证实了生物组织Mueller成像系统在癌症检测领域的应用潜力。研究表明偏振成像方法可以用于表征生物组织的不同结构,选择合适的偏振成像参数,可以定性和定量的检测癌症组织。实验结果论证了Mueller矩阵极化分解参数用于癌症早期诊断的潜力。
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