随着光电技术和计算机技术的不断发展,定量相位成像技术广泛应用于医学诊断和生物学研究领域。基于数字全息的定量相位成像技术是近些年中快速发展的显微成像技术之一,利用数字全息技术测量组织的相位具有无损、非接触、无需染色等优点。本文用数字全息技术研究了生物组织的光散射特性,测量了生物细胞的折射率。主要内容包括以下几个方面:1.提出了一种高精度提取生物组织相位分布的方法。首先,从数字全息图中利用数值重建算法重建物光波波前,再引入Zig-Zag扫描,将物光波波前由矩阵重新排序为一维矢量,然后进行一维横向剪切,得到剪切矢量,通过反正切计算得到相位差矢量。由于剪切量小,相位差矢量提取不需要解包裹过程。接着通过数值累加得到相位矢量,最后通过逆Zig-Zag扫描得到相位分布矩阵。仿真和实验结果表明了该方法的可行性和精度优越性。相位提取精度的提高在生物医学和临床诊断领域具有很高的应用价值。2.论文将离轴数字全息技术和散射相位定理结合起来,提出了基于数字全息技术的生物组织光散射特性定量检测的方法。搭建了基于离轴马赫曾德干涉仪的生物组织光散射测量系统,用CCD记录正常膀胱组织和膀胱癌组织的全息图,运用空频域结合的混合再现算法得到组织的定量相位成像,从中计算得到散射参数,并运用数学统计工具定量地表征正常膀胱组织和膀胱癌组织在光散射特性上的差异。数据表明膀胱癌组织的散射强度比正常膀胱组织更强,该技术为表征生物组织内部结构变化提供了新方法。3.论文还研究了基于数字全息的细胞折射率测量。搭建了数字全息显微镜,用CCD记录悬浮巨噬细胞的全息图,运用空频域结合的混合再现算法测量了巨噬细胞的相位分布。并利用近似建模进行厚度评估的方法,将巨噬细胞拟合成球形,测量了两个巨噬细胞的折射率分布并计算了细胞平均折射率值。此外,还研究了巨噬细胞折射率和相位在细胞凋亡过程中的变化规律。实验结果表明随着巨噬细胞凋亡的过程,细胞折射率值呈现下降的趋势,细胞相位的峰值逐渐降低。