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通过衍射成像实现快速无标记细胞检测的逼真光学细胞模型开发与评估
摘要： 生命科学领域亟需快速无标记的细胞检测方法。单次曝光衍射成像技术展现出实现该目标的巨大潜力，过去采用偏振衍射成像流式细胞术等方法的实验结果已证实这一点。本文提出一套解决方案平台，并通过计算分析交叉偏振衍射图像（p-DI）对来评估光学细胞模型（OCM）。我们建立了四种真实OCM（包含两种前列腺细胞结构及可调折射率参数），用于研究细胞形态和折射率分布对计算所得p-DI对的影响。采用灰度共生矩阵（GLCM）算法表征图像模式，选取4个GLCM参数和线性退偏振比δL来对比前列腺细胞的计算数据与实测数据。结果表明：相较于细胞器间平均折射率值及其差异，细胞器不规则形状及折射率（RI）分布的非均匀性对细胞散射光空间分布具有更显著影响。计算p-DI数据与实测数据在GLCM参数和δL上的差异，为理解单细胞光散射机制及改进OCM提供了重要依据。
关键词： 细胞模型、光散射、衍射成像、细胞分析
更新于2025-09-10 09:29:36
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无辐射损伤的原子级分辨率鬼衍射
摘要： X射线自由电子激光器能够对传统X射线衍射因尺寸过小和辐射敏感而难以处理的蛋白质纳米晶体及单分子进行衍射结构测定。然而，在超短X射线脉冲作用下，强X射线脉冲引发的光电离和电子级联效应可能导致电子形状因子发生改变。对于常规X射线成像技术而言，最大限度降低辐射损伤影响是确保分子结构可靠重建的关键。本研究证明：通过采用X射线参量下转换技术及X射线与光学频率纠缠光子的鬼衍射方法，可实现具有原子级空间分辨率的无辐射损伤衍射成像。研究表明衍射图样的形成满足类布拉格方程条件，其分辨率可达数埃的晶体晶格长度尺度。由于样品仅受低能光学光子照射，因此可完全避免辐射损伤。
关键词： 原子级分辨率、X射线量子光学、衍射成像
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过衍射图像参数结合散射光强度对球形、圆柱形和椭球形微米级颗粒进行快速分类
摘要： 单粒子散射光的空域分布与其折射率（RI）分布的形貌特征密切相关。在相干激发条件下对散射光进行衍射成像，为获取和提取粒子分类特征参数提供了独特方法。本研究采用经验证的方法精确模拟均匀粒子散射光的衍射成像，获得计算衍射图像（DI）数据。通过灰度共生矩阵（GLCM）算法提取了DI数据的特征参数。我们基于高斯混合模型（GMM）开发了无监督机器学习算法，在参数空间中对1965个由单/双球体、圆柱体和椭球体构成且具有不同RI值的粒子进行分类。结果表明：所选GLCM参数结合前向散射总强度能提供有效的形态学分类标记。对于相同RI的1791个粒子，将其分为3类粒子时的平均分类准确率介于82.6%至97.2%之间。这些结果证明了衍射成像方法结合GMM分类器对非球形均匀粒子进行快速分析和分类的巨大潜力——相较于区分生物细胞类型，该应用具有显著挑战性。
关键词： 图像分析、非球形颗粒分析、衍射成像、单光散射
更新于2025-09-04 15:30:14