激光全息细胞成像系统讲解
全息术在生物成像中的应用
全息术在生物成像中的应用全息术是一种利用连续波激光或脉冲激光，将激光束分为参考光和物光，经过物体散射和干度调制之后，再将两束光合成形成具有相位信息的全息图像。
全息术具有相位信息的存储能力，并且可利用相干光自由重建出物体的三维图像。
全息术在生物成像中得到广泛应用，可以用于研究细胞及其内部结构、组织器官、病理变化等多个方面。
一、全息术在细胞成像中的应用全息术可以直接观察和研究细胞和细胞内的结构。
通过采用全息术的方法，可以获得细胞的三维光学图像，还可以通过全息术技术对细胞进行非侵入式的测量和检测，同时不会对细胞造成任何伤害。
这为细胞学研究提供了新的方法和手段。
在细胞成像方面，有报道显示全息术可以用于细胞的浊度成像，即对细胞内的不透明物质作出显示，还可以观察细胞内游离的亚细胞颗粒的分布和动态运动。
同时，全息术还可以用于观察细胞膜的形态、分布和动态变化。
二、全息术在组织成像中的应用组织成像对生物医学的研究有着重要作用。
全息术在组织成像方面极大地有了应用。
相对于二维的断面和切片成像，全息术成像可以得到更为真实的三维成像数据，这种方式更能够反映出组织的形态和分布规律。
在组织成像方面，全息术最常用的就是数字全息显微镜。
这种显微镜不仅可以对组织进行三维成像，还可以较为详细地了解组织内部不同部位的特点。
通过对组织进行全息显微镜成像，我们可以获取到更为精准的细胞结构的信息，从而进一步探究生物体的形态和生理机能。
三、全息术在病理变化成像中的应用血液、脏器、组织结构等生理变化都可以通过全息术成像来实现可视化。
在病理变化上，全息术成像技术发挥着关键作用，可以用于检测、诊断和治疗许多病理现象。
例如静脉瘤的检测，可以利用全息术成像技术进行非侵入式检测和治疗；又如体表肿瘤和内脏器官病变，全息术可以在不破坏病变组织的情况下进行诊断和成像。
除此之外，全息术还可以在神经科学、免疫学和生物化学等领域得到应用。
它能够方便地测定神经生理特性，探测蛋白质等生物颗粒的生化过程，并可以帮助筛选新型药物。
全息成像技术的原理与应用
全息成像技术的原理与应用全息成像技术作为一种新兴的成像技术，近年来越来越得到人们的关注。
它能够以非常高的精度将三维物体的信息记录下来，并在一定的条件下实现立体显示。
本文将介绍全息成像技术的原理与应用，希望读者们能够更加深入地了解全息成像技术。
一、全息成像技术的原理全息成像技术的原理是利用激光干涉的原理将物体的各个部分的光信号化为一光束，并将该光束记录在一块介质上，形成全息图像。
我们可以将其分为两个步骤：1.记录光的干涉激光在物体表面反射或透射后, 穿过一个参考光束，会形成干涉光，即物光和参考光干涉产生的光。
接下来，记录这个干涉光的光场属性。
如果我们要记录干涉光的光场，我们需要用到光干涉法，即利用相干光的干涉现象记录物体光的相位和振幅分布。
2.再现光的干涉记录完毕后，我们需要一个光源来激发记录在介质上的干涉光电荷密度分布。
这个光源一般称之为再现光(Reconstructing beam)。
当发生绕射的时候，相干光发生干涉可以在一个特定的方向上形成立体三维图像。
此时，我们可以通过在制备出的全息凸面镜前方注入光源的光束查看这个全息图像。
光经过光束时，会上下左右弯曲并在投影时形成三维影像。
二、全息成像技术的应用1.三维成像全息成像技术可以记录一个三维物体的光场分布，因此，它可以很好的用于三维成像。
全息成像技术大大提高了三维成像的精度和清晰度，让人们更容易地了解和观察三维物体。
2.光学加密全息成像技术也可以用来进行光学加密。
这是通过在一个介质上记录光学干涉模式和使用另一个参考光束来读出模式。
当光源和光路给定时，任何人都无法获得数据。
3.光学计算全息成像技术可以模拟数字光学系统，这意味着它可以用于光学计算相关问题。
我国自主研制出了光学计算机, 在国防、财务、科学研究等领域都有应用。
4.全息显示由于能够记录并再现三维映像，全息成像技术被广泛应用于全息显示领域。
全息显示为观众提供了更加逼真和立体的观感，可以被用于广告、游戏、教育等方面。
全息成像技术的原理及其应用
全息成像技术的原理及其应用近年来，随着科技的不断进步，人们对于图像显示的要求也越来越高。
全息成像技术就是一种非常先进的图像显示技术，可以呈现出更加真实且立体的效果，且在很多领域都有着广泛的应用。
本文将详细介绍全息成像技术的原理及其应用。
一、全息成像技术的原理全息成像技术的原理主要基于光的干涉原理，通过记录物体的光场信息，并利用光的干涉现象来形成全息图像。
具体来说，全息成像过程包括三个主要步骤：1.光的分束图1. 全息成像技术的原理图首先，使用一束激光将被拍摄的物体照射，通过物体的散射、反射等现象，这束光会被分成直射光和散射光两部分。
其中，直射光照射到 CCD 摄像头上，发挥类似于常规照相的作用；而散射光则在全息片上形成复杂的干涉图案。
2.光的记录将全息片放置在物体与摄像头之间，以记录物体的光场信息。
这里记录的是散射光的干涉图案。
在这个过程中，由于散射光的波长很短，因此会呈现出一些非常微小的干涉条纹，需要使用非常高精度的光学元件来记录。
3.全息图像的重建全息图像的重建需要利用光的干涉效应。
当将激光照射在全息图上时，直射光和散射光会重新发生干涉，从而恢复出物体的三维信息。
具体来说，如果全息片和激光波矢量呈现一定的夹角，直射光和散射光的干涉将会产生类似于物体表面的凹凸变化效果，因此可以恢复出类似于物体表面的 3D 图像。
二、全息成像技术的应用1.医疗领域在医疗领域，全息成像技术被广泛应用于 CT、MRI 等影像扫描技术的诊断辅助中，可以在不需要对患者进行任何侵入性操作的情况下，获取患者的身体结构信息。
在骨科手术中，还可以使用全息成像技术制作出手术导板，提高手术精度和安全性。
2.艺术领域全息成像技术可用于制作全息凸版，再采用凹版印刷机印刷出图像，形成类似水印的效果。
这种方法可以用来保障钞票、债券等安全文化用品。
此外，全息成像技术还可以在美术作品中应用，呈现出更为真实的立体效果。
3.航天领域在航天领域，全息成像技术被应用于监测太阳风、气象观测等方面。
激光全息照相原理
激光全息照相原理激光全息照相技术是一种利用激光作为光源，记录并再现物体三维形态的高级光学技术。
它的原理是利用激光的相干性和全息照相的特殊方法，将物体的全息信息记录在一块光敏材料上，然后再通过适当的光学系统进行再现，从而实现对物体的三维立体再现。
激光全息照相技术在科学研究、工程应用、艺术创作等领域都有着广泛的应用，具有很高的科研和实用价值。
激光全息照相的原理主要包括激光的相干性和全息照相的特殊方法。
首先，激光是一种具有高度相干性的光源，其光波具有相同的频率、相同的振幅和相同的相位。
这种相干性使得激光能够记录并再现物体的微小细节，从而实现高质量的全息图像。
其次，全息照相的特殊方法是指利用全息照相的原理记录物体的全息信息。
全息照相是一种记录物体波前信息的方法，它记录了物体的振动波前信息，而不仅仅是物体的透射或反射光强分布。
这种记录方式使得全息图像能够再现物体的三维形态，包括物体的深度、形状和大小等信息。
激光全息照相的实现主要包括记录和再现两个步骤。
在记录步骤中，首先需要将激光光束分为两部分，一部分作为参考光束，另一部分照射到物体表面并记录物体的振动波前信息。
记录物体信息的光束和参考光束相遇后，它们的相位差将被记录在光敏材料上，形成全息图像。
在再现步骤中，通过适当的光学系统，可以将记录在光敏材料上的全息信息再现为物体的三维立体图像。
这种再现可以通过照明全息图像并观察物体的方式实现，也可以通过将全息图像投影到屏幕上进行观察。
激光全息照相技术具有许多优点。
首先，它能够记录并再现物体的三维形态，包括物体的深度、形状和大小等信息，具有很高的信息量。
其次，激光全息照相的再现图像具有很高的真实感和立体感，观察者可以从不同角度观察物体，获得更加真实的观感。
再次，激光全息照相技术还具有很高的抗干扰能力，能够记录并再现微小细节，适用于科学研究、医学影像、工程测量等领域。
总之，激光全息照相技术是一种利用激光作为光源，记录并再现物体三维形态的高级光学技术。
激光全息细胞成像系统讲解
细胞体积
图6
细胞厚度
图7细胞不规则度
细胞运动
恶性肿瘤细胞侵袭正常组织以及白细胞迁移到炎症部位中都会涉及到细胞运动的研究。细胞运动可以分为两种类型：随机运动(motility，有方向的运动(migration。不同细胞类型运动速率不一样，人纤维细胞运动很慢(12～60μm/h，中性粒细胞是运动最快的白细胞(900～1200μm/h。
软件分析之后用血球计数板方法细胞计数。
表1细胞计数/活力：血球计数板&
台盼蓝染色
表2细胞计数/活力：Holomonitor M3&Hstudio
细胞追踪
细胞接种在μ-slide(Ibidi，药物etoposide处理细胞后，HoloMonitor M3每3min拍摄一次图像，绘制细胞体积、细胞厚度、细胞不规则度随时间变化趋势图，选取视野中三个细胞进行绘制。
图10胰腺癌细胞在分裂为两个子细胞的过程中细胞面积，厚度，体积的变化。（红线代表母细胞，黑线代表图9中左边的子细胞，绿线代表图9中右边的子细胞）参考文献bel-free cytotoxicity screening assay by digital holographic microscopy；Assay and drug development technologies. 2.Early cell death detection with digital holographic microscopy；PLoS ONE. 3.Morphological features of cell death, Physiology. 4.Cell volume changes during apoptosis monitored in real time using digital holographic microscopy;Journal of structural biology. 8
《激光与全息照相》 讲义
《激光与全息照相》讲义一、激光的基本原理在探讨全息照相之前，咱们得先弄清楚激光是怎么一回事。
激光，英文叫“Laser”，它可不是一般的光。
普通的光，比如太阳光或者灯光，都是由无数个不同频率、不同相位、不同方向的光子随机组合而成的，所以比较杂乱无章。
而激光就不一样啦，它具有高度的单色性、相干性和方向性。
激光产生的原理，得从原子的能级结构说起。
原子中的电子会在不同的能级上运动。
当原子吸收了一定的能量，电子就会从低能级跳到高能级；反过来，电子从高能级回到低能级时，就会释放出能量，这能量以光子的形式发射出来。
在激光的产生过程中，有个关键的概念叫“受激辐射”。
假设一个处于高能级的电子，受到外来光子的刺激，它会回到低能级，同时释放出一个与外来光子频率、相位、方向都完全相同的光子。
这样一来，原来的一个光子就变成了两个完全相同的光子。
为了实现激光的持续输出，还需要有一个光学谐振腔。
它就像一个筛选器，只有那些沿着特定方向、频率符合要求的光子才能在腔内来回反射，不断地激发更多的受激辐射，从而使光得到放大，最终形成强大的激光束从谐振腔的一端输出。
二、全息照相的原理了解了激光，咱们再来说说全息照相。
全息照相和传统的照相可大不一样。
传统照相，比如咱们用手机或者相机拍的照片，记录的只是物体表面的光强分布，也就是物体的明暗信息，丢失了相位信息，所以得到的是一个二维的平面图像。
而全息照相呢，它不仅能记录光强，还能记录光的相位，从而能够重现物体的三维立体图像。
全息照相的原理基于光的干涉。
当一束激光被分成两束，一束叫做物光，另一束叫做参考光。
物光照射到物体上，然后被物体散射；参考光则直接照射到记录介质上。
这两束光在记录介质上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。
这些干涉条纹就包含了物体的全部信息，包括光强和相位。
当用与参考光相同的激光照射这些干涉条纹时，就能重现出原来物体的立体图像。
三、全息照相的记录过程接下来详细讲讲全息照相的记录过程。
全息成像的原理与应用
全息成像的原理与应用全息成像是一种利用光的干涉和衍射现象记录并重现物体的三维图像的技术。
它采用了非常复杂的光学原理，通过记录和恢复全部波面信息，实现了对物体的真实再现。
全息成像已经在多个领域得到广泛应用，包括科学研究、艺术展览和安全防伪等方面。
一、全息成像的原理全息成像的原理可以简要概括为以下几个步骤：1. 采集全息图像的采集通常需要使用激光器作为光源。
激光器的单色性和相干性能够使得光波保持一致的频率和相位，从而确保全息图像的清晰度和稳定性。
通过将物体和参考光束交叉照射到一片光敏材料上，记录下物体对光的干涉和衍射情况。
2. 干涉与衍射当物体光束和参考光束交叉后，它们会干涉和衍射产生干涉条纹。
干涉条纹记录了物体光波前和后的相位变化信息，衍射则记录了物体光波的振幅信息。
这两者结合起来可以实现对物体的全息记录。
3. 重建重建是全息成像中的关键一步。
通过将参考光束重新照射到全息图像上，可以使光波沿着与采集时相同的路径传播。
此时，光波将会发生衍射和干涉，最终形成物体的三维图像。
观察者可以从不同角度来欣赏全息图像，得到具有真实深度感的效果。
二、全息成像的应用1. 科学研究全息成像在科学研究中有着广泛的应用。
例如，在生物学中，全息显微镜可以提供高分辨率的图像，使科学家们能够更好地观察细胞的结构和活动。
在物理学中，全息照相技术可以用于研究光的干涉和衍射现象，以及建立光学模型和模拟。
2. 艺术展览全息成像作为一种独特的图像展示方式，已经被广泛应用于艺术展览中。
通过将艺术作品转换成全息图像，观众可以以不同的角度来欣赏作品，得到更加生动逼真的视觉体验。
全息图像还可以与音乐、光影等元素结合，创造出多媒体的艺术效果。
3. 安全防伪全息成像在安全防伪领域有着重要的应用。
许多身份证、车票和货币都采用了全息图案作为防伪措施。
全息图形具有独特的三维效果和高度的复杂性，使得它们难以仿制和复制。
这有效地保护了这些重要文件和货币的安全性。
全息成像的原理及应用
全息成像的原理及应用全息成像是一种非常特殊的图像采集和展示方式。
近年来，随着人工智能和虚拟现实等技术的不断发展，全息成像逐渐被广泛应用于各种领域——既包括实用的，也包括娱乐性的。
本文将围绕全息成像的原理和应用进行介绍。
一、全息成像的原理全息成像的原理分为两个步骤：记录和再现。
首先，要记录静止的或运动的实体，需要将装有感光材料的平面表面向实体，发生了干涉的光顺着材料的相干光束的传播轨迹进行暴露记录。
记录过程中，所使用的光源激光束必须保持稳态，且波长、功率和相位等全部都需要一一确定。
这种记录的方式叫做“物体光记录”。
接下来，通过使用像与光叠加在一起的信号（也就是光的强度和相位），再现出原来记录下的实体。
把感光材料向光源展开，使照射在感光材料上的平面波的反射球面波重新构成记录了的旧的物体波。
将再现的结果照相并反转（改变透过和不透过的部分），最后就可以得到全息照片。
总的来说，全息成像是通过记录和再现物体所决定的源头波和穿过空气或物质传播波的干涉图形的一种成像技术。
和传统的单眼相机不同，全息成像可以记录下影像的相干反射信号，再度可见所对应的真实图像。
二、全息成像的应用1. 医疗领域在医疗领域，全息成像可以提供更全面的三维信息，使医生们可以更好地观察人体内部组织的变化。
全息成像技术已经被应用于尿道镜和胃镜的检查和手术过程。
其中，全息成像技术可以大幅提高微创手术的这类医疗设备的精度和其他性能。
2. 艺术领域在艺术领域，全息成像也有着广泛的应用。
比如，全息投影可使用作为灯光表演、大型装置艺术和茶艺等多种表演手段。
活动效果可以将观众带入到非凡的笼罩的世界，同时也在培养观众创造性思维。
3. 显示技术在显示技术领域，全息成像技术可以提供远高于其他显示技术的分辨率和色彩饱和度。
而且，和普通的显示技术相比，全息成像并没有“最低观看距离”的限制。
4. 教育领域在教育领域，全息成像技术具有相当大的潜能。
它不仅可以帮助学生更好地了解遥远的历史时间和遥远的地理空间，还可以提供全局视图和更现实的体验，使他们可以更深入地进行学习。
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细胞体积
图6
细胞厚度
图7细胞不规则度
细胞运动
恶性肿瘤细胞侵袭正常组织以及白细胞迁移到炎症部位中都会涉及到细胞运动的研究。细胞运动可以分为两种类型：随机运动(motility，有方向的运动(migration。不同细胞类型运动速率不一样，人纤维细胞运动很慢(12～60μm/h，中性粒细胞是运动最快的白细胞(900～1200μm/h。
前列腺癌细胞DU145和小鼠成纤维细胞L929分别接种在IBIDI-micro slides (IBIDI）上，接种24h后，50μM依托泊苷(etoposide处理细胞，HoloMonitor M3分析细胞死亡过程。
小鼠成纤维细胞L929的死亡过程跟DU145不一样。细胞内含物光密度变小，细胞变得越来越薄。这种形式的细胞死亡没有表现出凋亡特征，而是表现出坏死细胞的特征（图3）。药物处理4h后，DU145细胞收缩，变圆，大约5.5h，细胞变得很不规则，细胞断裂，可以见到凋亡小体的产生。凋亡小体是细胞凋亡的特有特征(图
一样的。
图
1
图2细胞厚度VS细胞体积，死亡细胞集中在绿色区域
细胞凋亡
细胞死亡起码有两种方式，即细胞坏死(necrosis）与细胞凋亡(apoptosis。细胞坏死是细胞受到强烈理化或生物因素作用引起细胞无序变化的死亡过程。表现为细胞胀大，胞膜破裂，细胞内容物外溢，核
变化较慢，DNA降解不充分，引起局部严重的炎症反应。细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。在这两种过程中，细胞体积都会减少，形态学都会发生变化。
激光全息细胞成像及分析系统应用
细胞活力
激光全息细胞成像及分析系统可以实时监测细胞死亡过程，以及通过图像进行记录。全息技术再不需要荧光标记的情况下可以得到细胞形态学数据。Khmaladze A. et al(2012和Pavillion N. et al(2012使用DHM研究细胞死亡过程，观察到死亡过程中细胞体积显著减小。Kuhn et al(2013使用DHM研究活/死细胞特点时得到实验结果和和基于荧光标记方法结果相一致。他们使用PI和Hoechst标记细胞。染料法鉴定细胞死活是目前常见的鉴定方法，其中台盼蓝染色方法最常见。台盼蓝可穿透变性的细胞膜，与解体的DNA结合，使其着色，而活细胞能阻止染料进入细胞内，故可以鉴别死细胞与活细胞。鼠成纤维细胞L929接种在μ-slide(Ibidi,Germany上，肿瘤药物依托泊苷etoposide(100μM处理细胞，使用激光全息细胞分析系统(M3分析细胞的死亡，并与台盼蓝染色法进行比较。图1中左图为台盼蓝染色结果，右图为全息结果，细胞越白，细胞越厚。死细胞是圆的，薄的。两种方法得到的结果是
5.Noninvasive time-dependent cytometry monitoring by digital holography.;Biomed Opt. 6.Generation of trisomers in cancer cells by multipolar mitosis and incomplete cytokinesis. PNAS. 7.Cell motility studies using digital holographic microscopy. In: Microscopy, Science, Technology, Applications and Education. 8.Reduction of the putative CD44+CD24 breast cancer stem cell population bytargeting the polyamine metabolic pathway with PG11047;Anticancer Drugs. 9.Digital holographic microscopy: a noninvasive contrast imaging technique allowing quantitative visualization of living cells with subwavelength axial accuracy. Optics letters. 9
4
图3L929鼠成纤维细胞坏死过程
图4DU145前列腺癌细胞凋亡过程
细胞计数
小鼠成纤维细胞L929接种在6孔板(NUNC中，接种密度2×105个/孔，加入完全培养基。24h之后，加入细胞毒性药物-拓扑异构酶抑制剂，依托泊苷(etoposide，每孔加入1ml。其中2个孔做对照，2个
添加50μMetoposide,另外的两个添加100μMetoposide，每个孔随机选取30～40个拍摄点，Hstudio
软件分析之后用血球计数板方法细胞计数。
表1细胞计数/活力：血球计数板&
台盼蓝染色
表2细胞计数/活力：Holomonitor 胞接种在μ-slide(Ibidi，药物etoposide处理细胞后，HoloMonitor M3每3min拍摄一次图像，绘制细胞体积、细胞厚度、细胞不规则度随时间变化趋势图，选取视野中三个细胞进行绘制。
图10胰腺癌细胞在分裂为两个子细胞的过程中细胞面积，厚度，体积的变化。（红线代表母细胞，黑线代表图9中左边的子细胞，绿线代表图9中右边的子细胞）参考文献bel-free cytotoxicity screening assay by digital holographic microscopy；Assay and drug development technologies. 2.Early cell death detection with digital holographic microscopy；PLoS ONE. 3.Morphological features of cell death, Physiology. 4.Cell volume changes during apoptosis monitored in real time using digital holographic microscopy;Journal of structural biology. 8
目前研究细胞迁移的方法主要有划痕法和跨膜实验，划痕实验的缺点是实验结果是细胞增殖和迁移的双重结果。由于跨膜实验对细胞的种类有限制，并非所有的细胞都可以迁移通过膜和基质，因为transwell
实验应用存在着很大的局限性。激光全息细胞成像分析系统不仅可以观察群体细胞的运动，并且可以提供单个细胞的运动轨迹，迁移速率及迁移过程中细胞系统，面积，厚度等形态学参数的实时变化。图8 L929细胞运动细胞分裂胰腺癌细胞PanC-1培养在IBIDI微流芯片上(IBIDI, Germany，微流芯片放在37 ℃加热台上，HoloMonitor M3( PHIAB, Sweden拍摄细胞分裂的完整过程。图9正在分裂的胰腺癌细胞7