細胞與組織的定量相位成像 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

波佩斯庫Gabriel，Popescu 著

圖書標籤:

• 定量相位成像
• 細胞成像
• 組織成像
• 生物醫學工程
• 光學顯微鏡
• 生物物理學
• 醫學影像
• 生物技術
• 顯微成像
• 相位對比

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568029148

版次：1

商品編碼：12266151

包裝：精裝

叢書名： 世界光電經典譯叢

開本：16開

齣版時間：2018-01-01

用紙：膠版紙

頁數：381

字數：415000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：相關研究領域研究生及科研人員。
本書是對於一門相對新穎並在迅速發展著的學科的權wei闡述，生物學傢、化學傢、物理學傢、內科醫生以及工程師們可能對這本書會有特彆的興趣。本書中討論的技術在近年來已經得到瞭發展。並且這些技術能提供許多信息，例如，從納米級上同時反映樣本的厚度以及摺射率的動態波動。本文由此領域中的權wei專傢撰寫，是此學科第yi本綜閤性的闡述或者也是初的幾本之一。本書的論述清晰、插圖優美，閱讀並學習它將會是一種享受。

內容簡介

本書提供瞭QPI的全麵綜述，涵蓋瞭從相位顯微鏡的理論基礎、到不同技術創新以實現在小外部及空間噪聲影響下以視頻速率精確地提取定量相位信息，到諸如監測細胞生長、研究細胞動力學以及癌癥組織診斷等不同生物醫學的前沿應用。這本書利用相位顯微鏡為主綫，有效地將光學顯微鏡成像機製、全息成像、相乾成像、生物物理學與組織光學等聯係起來。不論是對剛剛入門的光學或電子工程，生物醫學工程以及生物物理等專業的學生，還是想緊跟前沿研究或擴寬研究領域的高級讀者而言，這本書都將是研究定量相位成像的有益參考。

作者簡介

Gabriel Popescu，伊利諾伊厄巴納-香檳分校電子與計算機工程係副教授，SPIE會士，OSA會士，Optics Express and Biomedical Optics Express雜誌副主編。2009年獲美國國傢自然科學基金會傑齣青年教授奬，2012年入選伊利諾伊厄巴納-香檳分校先進科研中心專傢。近十年的研究興趣為細胞及組織的定量相位成像，是該領域的開拓者之一。齣版著作兩本，發錶瞭100餘篇文章，120餘場會議報告，100餘次特邀報告。

精彩書評

領域權wei專傢撰寫，關於QPI的全麵綜述

目錄

目錄



第1章緒論/1

1.1光學顯微成像術/1

1.2定量相位成像/2

1.3QPI和多模式研究/3

1.4納米尺度和三維成像/5

第2章基本原理/10

2.1自由空間中的光傳播/10

2.2波傳播的菲涅爾近似/15

2.3自由空間的傅裏葉變換性質/16

2.4透鏡組的傅裏葉變換性質/18

2.5非均勻介質中光散射的（一階）玻恩近似/23

2.6單粒子的散射/28

2.7玻恩近似下的粒子/29

2.8玻恩近似下粒子群的散射/33

2.9米氏散射/35


第3章時間與空間場的相關性/37

3.1時空相關函數：相乾體積/37

3.2單色光源的空間相關性/40

3.3平麵波的時間相關性/46




細胞與組織的定量相位成像




目錄




第4章圖像特徵/51

4.1作為綫性運算的成像/51

4.2分辨率/52

4.3信噪比/53

4.4對比度和對比度噪聲比/55



第5章光學顯微鏡/61

5.1阿貝成像理論/61

5.2相位型物體成像/67

5.3澤爾尼剋相襯顯微成像術/69


第6章全息術/75

6.1Gabor（同軸）全息術/75

6.2Leith和Upatnieks（離軸）全息術/77

6.3非綫性（實時）全息術或相位共軛/80

6.4數字全息術/81


第7章點掃描QPI/87

7.1弱相乾乾涉測量法/87

7.2色散效應/91

7.3時域光學相乾層析成像/94

7.4傅裏葉域及掃頻OCT/98

7.5定性的相敏方法/101

7.6定 量 方 法/105

7.7進一步發展/110

第8章全場定量相位成像的原理/121

8.1乾涉成像/121

8.2時域相位調製：相移乾涉測量/122

8.3空間相位調製：離軸乾涉測量/124

8.4相位解纏/125

8.5QPI的性能指標/127

8.6QPI方法和性能指標的總結/135


第9章離軸法/139

9.1數字全息顯微成像術/139

9.2希爾伯特相位顯微成像術/148


第10章相移方法/171

10.1自動相移數字記錄乾涉顯微鏡(DRIMAPS)/171

10.2光正交顯微成像術/176


第11章共光路方法/189

11.1傅裏葉相位顯微成像術/189

11.2衍射相位顯微成像術/201


第12章白光法/230

12.1基於強度傳輸方程的QPI方法/230

12.2空間光乾涉顯微成像術/235


第13章傅裏葉變換光散射/255

13.1原理/255

13.2進一步的發展/261

13.3生物應用/263



第14章方法的目前趨勢/283

14.1QPI層析成像/283

14.2光譜QPI/289


第15章當前應用趨勢/300

15.1細胞動力學/300

15.2細胞生長/311

15.3組織光學/314

15.4臨床應用/320


附錄A復解析信號/341


附錄B二維與三維傅裏葉變換/345

附錄CQPI作品/356

前言/序言

序
本書旨在為應用於生物醫藥的新興的領域“定量相位成像（Quantitative phase imaging, QPI）”提供深入的見解。也是一份對於處在不同職業生涯階段的研究者們的邀請，希望他們去探索這個新興而激動人心的領域。我花瞭很多精力去提供足夠的介紹材料來讓這本書盡可能地完整。因此，這本書的結構使得概念的發展由淺入深，具體如下。
OPI背後的動機以及基本概念在“導論”中得到呈現，並且特彆注意明確瞭例如“納米級”和“三維”等容易混淆的概念。第2章（基本原理）迴顧瞭光在真空和非均勻介質中的傳播（散射），並強調瞭傅裏葉光學。光場的相關特性在第3章中討論。第4章迴顧瞭圖像的基本性質（例如，分辨率，對比度，對比噪聲比等）。光學顯微鏡的概念，從Abbe的圖像描述到Zernike的相襯理論在第5章中討論，而第6章則迴顧瞭全息攝影的主要發展曆程。其餘的章節，也就是7-15章則專門用於描述QPI的各個方麵。
除瞭緻力於描述點掃描QPI並且包含瞭全麵的低相乾乾涉法的第7章，所有的章節都討論的都是全場QPI法。第8章闡述瞭QPI背後的主要思想並且規定瞭QPI中的主要性能係數：采集率，橫嚮分辨率，時間相位穩定性以及空間相位均勻性。接下來的四個章節，9-12章，描述的是四種在一般情況下擅長某種性能係數的QPI手段: 軸外（高采集率），移相（高橫嚮分辨率），共光路（高時間穩定性）以及白光（高空間均勻性）。
第13章闡述的是光散射的傅裏葉變換，從本質上建立QPI和光散射測量的等價性。後的兩章，14和15章，則用於討論近來在方法上和應用上的進展，而這些進展在目前看來非常有前景。在本書的後還有三個附錄：復解析信號（A），傅裏葉變換（B）以及有趣的QPI圖像（C）。
我一直堅信QPI將會繼續以加快的步伐發展，並且在未來幾年成為生物醫學光子學中占主導地位的領域。希望這本書能夠通過給這個新領域提供一個邏輯框架以及對於現有研究的濃縮總結來為這個學科的發展做齣貢獻。



Gabriel Popescu
厄巴納，伊利諾伊州

細胞與組織的定量相位成像 探尋生命的微觀奧秘，揭示組織結構與功能的精細圖景 在生命科學的宏偉畫捲中，細胞是構成一切生命體的基本單元，而組織則是細胞協同工作的復雜集閤體。理解細胞的結構、動態行為以及組織的功能，是解鎖生命奧秘、攻剋疾病的關鍵。然而，傳統的顯微成像技術，尤其是依賴染色或熒光標記的方法，往往會引入人為的乾擾，破壞細胞的天然狀態，或者僅能呈現有限的光學信息。麵對這一挑戰，一種革新性的成像技術——定量相位成像（Quantitative Phase Imaging, QPI）應運而生，它以其獨特的光學原理，為我們開啓瞭一扇窺探生命微觀世界前所未有的清晰、真實之窗。 本書《細胞與組織的定量相位成像》並非一本僅僅羅列技術的教科書，更是一部引領讀者深入探索生命科學前沿的指南。它旨在闡述定量相位成像在細胞與組織研究中的核心價值、前沿應用以及未來的發展潛力，重點在於如何運用這一強大工具，以前所未有的精度和維度，揭示生命體的微觀結構、生理活動以及病理變化。本書將聚焦於如何利用定量相位成像提供的豐富信息，來定量地分析細胞和組織的生物物理特性，從而深入理解生命活動的內在機製。 超越可見的界限：定量相位成像的獨特優勢 定量相位成像的核心在於其能夠捕捉並量化光波穿過透明或半透明生物樣本時所經曆的相位變化。與傳統的強度成像不同，相位信息蘊含瞭樣本的摺射率分布，而摺射率與樣本的物質組成、密度以及結構息息相關。這意味著，即使是未染色的、生理狀態下的活細胞和組織，也能被定量相位成像捕捉到其精細的三維結構和密度分布信息。 本書將詳細介紹定量相位成像的幾種主流技術，例如： 空間光調製器（SLM）輔助的相位恢復技術：通過利用SLM調控透射光波前，實現對復雜相位信號的高精度重建，是目前最常用的定量相位成像方法之一。 衍射光學元件（DOE）輔助的相位提取：利用預設計的衍射光學元件，將相位信息編碼到強度信息中，簡化瞭硬件設計，提高瞭成像速度。 計算成像（Computational Imaging）與機器學習（Machine Learning）的結閤：這是定量相位成像發展的新方嚮，通過先進的算法和模型，能夠從原始的相位數據中提取更深層次的信息，甚至實現超分辨率成像和功能信息反演。 本書將不僅僅停留在技術原理的介紹，更重要的是，它會深入探討這些技術如何應用於實際的生物研究場景。我們將重點闡釋定量相位成像如何剋服傳統顯微技術的局限性，例如： 避免染色對細胞活性的影響：大多數細胞染色會改變細胞的代謝活動，甚至導緻細胞死亡。定量相位成像無需染色，能夠實時、無損地觀察活細胞的動態過程，例如細胞分裂、遷移、凋亡等，為研究細胞的真實生理行為提供瞭可能。 提供豐富的細胞和組織三維結構信息：通過掃描不同焦平麵的相位信息，定量相位成像可以重建齣細胞和組織的精細三維結構，包括細胞核、細胞質、細胞器以及組織內的細胞間質等，為理解其空間排布和功能提供重要綫索。 定量測量細胞和組織的生物物理特性：摺射率是細胞和組織的重要生物物理參數。定量相位成像能夠精確測量樣本的平均摺射率、摺射率梯度以及生物質量密度等。這些參數與細胞的健康狀況、代謝水平、蛋白含量等直接相關，為疾病診斷和藥物篩選提供瞭新的視角。 定量相位成像在細胞與組織研究中的前沿應用 本書的核心價值在於，它將集中展示定量相位成像在各個生命科學領域的前沿應用，這些應用將極大地拓展我們對生命過程的理解。 1. 活細胞動態行為研究： 細胞形態學與動力學分析：定量相位成像能夠高精度地追蹤細胞的形態變化，例如細胞的伸長、收縮、變形等，並量化這些形變的速度和幅度。這對於研究細胞遷移、侵襲、吞噬以及在發育和疾病中的作用至關重要。 細胞周期與分裂過程監測：細胞周期中的各個階段，細胞的體積、密度以及內部結構都會發生顯著變化。定量相位成像能夠無損地監測這些變化，精確地識彆細胞處於哪個周期階段，並量化細胞分裂過程中的關鍵參數，為理解細胞增殖調控機製提供依據。 細胞器功能與動力學研究：雖然定量相位成像無法直接分辨單個生物分子，但它可以通過測量細胞內物質的分布和流動來推斷細胞器的功能狀態。例如，通過監測細胞質中摺射率的區域性變化，可以間接研究綫粒體、內質網等細胞器的功能活動。 細胞信號轉導過程的實時觀測：許多細胞信號轉導過程會引起細胞體積、質膜通透性以及細胞質成分的改變，這些改變都可以通過定量相位成像進行監測，從而實現對信號轉導通路激活和抑製過程的實時觀測。 2. 組織工程與再生醫學： 生物支架的微觀結構錶徵：在組織工程中，生物支架的微觀結構直接影響細胞的粘附、增殖和分化。定量相位成像能夠無損地錶徵生物支架的三維孔隙結構、密度分布以及與細胞的相互作用，為優化支架設計提供指導。 細胞在支架中的生長與分布監測：定量相位成像能夠追蹤細胞在生物支架內的生長、遷移和空間分布，並量化其生長密度和形態。這對於評估組織工程構建體的成熟度和功能至關重要。 組織發育過程的實時觀測：在體外培養組織的過程中，細胞會發生復雜的組織化過程。定量相位成像能夠實時觀測組織的形成、血管網絡的構建以及細胞間的相互作用，為理解組織發育機製提供窗口。 3. 疾病診斷與藥物篩選： 病變細胞的早期檢測：許多疾病，如癌癥、糖尿病等，在早期階段就會引起細胞的形態、密度和生物物理特性的改變。定量相位成像能夠高靈敏度地檢測這些微小的變化，為疾病的早期診斷提供可能。 細胞對藥物反應的實時評估：藥物在細胞水平的作用機製多種多樣，很多都伴隨著細胞形態、大小、密度以及內部結構的改變。定量相位成像能夠實時、定量地監測細胞對藥物的反應，從而加速藥物篩選和療效評估。 腫瘤細胞的侵襲性評估：腫瘤細胞的侵襲性與其細胞骨架、細胞膜流動性等生物物理特性密切相關。定量相位成像能夠提供這些關鍵信息，幫助評估腫瘤的惡性程度和轉移潛力。 微生物檢測與鑒定：定量相位成像還可以用於微生物的檢測與鑒定，例如在食品安全、環境保護以及臨床診斷中，能夠快速、無損地識彆不同種類的細菌、真菌等。 4. 神經科學與發育生物學： 神經元形態與連接分析：神經元形態的改變與神經係統的功能密切相關。定量相位成像能夠精確地勾勒齣神經元的胞體、軸突和樹突，並追蹤其生長和分支，為理解神經迴路的形成和功能提供綫索。 早期胚胎發育過程的觀察：胚胎發育是一個高度動態和復雜的過程，細胞的增殖、分化和遷移都發生在微觀層麵。定量相位成像能夠無損地觀察早期胚胎的發育過程，揭示關鍵的發育調控機製。 展望未來：定量相位成像的無限可能 本書不僅迴顧瞭定量相位成像的成就，更著眼於其未來的發展方嚮。隨著技術的不斷進步，定量相位成像將變得更加智能化、多功能化。 與多模態成像技術的融閤：將定量相位成像與其他成像技術，如熒光顯微鏡、掃描電子顯微鏡等相結閤，可以實現對同一樣本多維度信息的互補，從而獲得更全麵、更深入的認識。 人工智能輔助的數據分析：利用深度學習等人工智能技術，可以從海量的定量相位成像數據中自動提取特徵，實現更快速、更精準的分析，甚至預測細胞行為和疾病發展。 微流控芯片集成：將定量相位成像技術與微流控芯片相結閤，可以實現對大量細胞樣本的自動化、高通量成像和分析，為藥物篩選、毒理學研究等提供更高效的平颱。 麵嚮臨床應用的轉化：隨著技術的成熟和成本的降低，定量相位成像有望在臨床診斷、疾病監測等領域發揮越來越重要的作用，例如用於病理切片分析、活體組織成像等。 本書的讀者群體 本書適閤以下讀者： 生命科學傢和研究人員：對細胞生物學、組織學、發育生物學、藥理學、病理學等領域的研究人員，渴望瞭解和應用先進的成像技術來解決科學問題。 生物醫學工程師和儀器開發者：對顯微成像技術、光學工程、計算成像等領域感興趣的工程師，希望瞭解定量相位成像的技術原理和應用前景，以便開發更先進的成像設備。 在校學生：對生命科學、生物醫學工程等專業的高年級本科生和研究生，希望瞭解定量相位成像這一前沿技術，拓寬學術視野。 對生命科學前沿技術感興趣的讀者：任何對生命奧秘充滿好奇，並希望瞭解現代科學如何以前所未有的方式探索這些奧秘的普通讀者。 《細胞與組織的定量相位成像》將帶領您踏上一段引人入勝的探索之旅。它不僅是一次技術知識的傳授，更是一次思維方式的啓發。通過本書，您將深刻理解定量相位成像如何作為一把強大的鑰匙，開啓我們認識生命本質的新篇章，以前所未有的清晰度和維度，洞悉細胞與組織的微觀世界，從而為生命科學的研究和應用帶來革命性的突破。

評分☆☆☆☆☆

我之所以對《細胞與組織的定量相位成像》這本書感到如此好奇，很大程度上是因為它觸及瞭我一直以來對“量化”在生物學研究中重要性的認知。在許多生命科學領域，我們常常隻能依靠定性的描述來理解復雜的生物過程，而“定量”則意味著更精準、更客觀的認識。這本書的名字，直截 মতামত地指齣瞭“定量”這一核心要素，讓我聯想到書中可能不僅僅是展示細胞和組織的圖像，而是能夠提供關於它們的密度、摺射率、厚度等一係列物理參數的測量數據。這對於理解細胞的動態行為、組織結構的異質性，甚至細胞內的物質分布，都將具有極其重要的意義。我設想著，這本書或許會詳細介紹不同類型的定量相位成像技術，比如乾涉顯微鏡、傅裏葉變換相位顯微鏡等，並且深入分析它們各自的優缺點以及適用範圍。更重要的是，我希望這本書能夠提供一些實際的應用案例，比如如何利用定量相位成像來監測細胞的生長和分裂，如何量化腫瘤組織的異質性，或者如何分析藥物在細胞內的滲透和分布。這樣的內容，將極大地提升這本書的實用性和價值，讓我能夠更好地理解這項技術是如何在實際科研工作中發揮作用的。

評分☆☆☆☆☆

從《細胞與組織的定量相位成像》這個書名來看，我預感這本書將是一部關於利用光來深入探索生命奧秘的權威之作。我一直對生物成像技術的發展非常關注，尤其是那些能夠提供超越傳統顯微鏡豐富信息的技術。提到“相位成像”，我立刻想到這是一種可以“看見”透明樣品細節，並且能夠獲取樣品摺射率等物理信息的技術，而“定量”則意味著它能夠提供精確的測量數據，而不是僅僅停留在定性的觀察層麵。我腦海中浮現齣書中可能詳細介紹的各種定量相位成像的原理，包括全息顯微鏡、數字全息顯微鏡等，以及它們在生物學研究中的具體應用。我希望書中能夠詳細闡述這些技術是如何實現對細胞和組織微觀結構的精確測量，例如，如何精確地測量細胞核的大小、形狀，如何分析細胞膜的厚度變化，或者如何量化組織內水分的分布。這樣的技術，無疑會極大地推動我們對細胞和組織生理病理過程的理解，為開發新的診斷和治療方法提供強有力的工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名稱，恰恰點亮瞭我內心深處對科學探索的某種渴望。《細胞與組織的定量相位成像》——這不僅僅是一個技術名詞的堆砌，更是指嚮瞭一種全新的觀察和理解生命世界的方式。我一直對那些能夠“量化”生命過程的技術抱有濃厚的興趣，因為我深信，隻有當我們可以精確地測量和描述事物的屬性時，我們纔能更深入地理解它們。我猜測，這本書會帶我走進一個超越瞭簡單“看見”的微觀世界，進入一個可以“測量”和“分析”的世界。我希望書中會詳細講解，如何利用光學的原理，將細胞和組織的微小結構信息，轉化為可以直接量化的數據，從而揭示齣那些隱藏在錶象之下的真實物理特性。或許，它會介紹如何通過測量細胞的密度變化來判斷細胞的健康狀況，如何通過分析組織的摺射率分布來識彆早期病變，甚至如何追蹤細胞內物質的動態遷移過程。這種對微觀世界的“精確測量”能力，無疑將為生命科學的研究帶來革命性的突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就很硬核，完全戳中瞭我的好奇心。《細胞與組織的定量相位成像》——光是這個標題，就已經勾起瞭我很多關於生物學、光學以及最前沿技術融閤的想象。我一直對那些能夠“看到”微觀世界，甚至“測量”它們特性的技術充滿興趣，而“定量相位成像”這個詞匯，暗示著一種超越傳統顯微鏡的深度和精度。我猜這本書一定不會簡單地停留在理論層麵，而是會深入講解這項技術的原理、它如何剋服光學衍射的極限，以及如何在生物樣品上實現納米級彆的分辨率。我想象著書中會詳細解析光的乾涉、衍射等光學現象，是如何被巧妙地轉化為可測量的數據，進而勾勒齣細胞和組織三維結構的。會不會涉及到復雜的數學模型和算法？我對此既期待又有些忐忑，希望它能用一種相對易於理解的方式來闡述，即使我不是光學領域的專傢，也能窺探到其中的精妙之處。這本書或許會為我打開一扇全新的研究視角，讓我明白我們是如何“看見”生命物質的，以及這些“看見”背後所蘊含的強大科學力量。我迫不及待地想知道，這項技術究竟能夠揭示哪些我們之前從未發現的生命奧秘，它在疾病診斷、藥物研發、生命科學基礎研究等領域，又將扮演怎樣的角色。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名《細胞與組織的定量相位成像》本身就透露齣一種前沿的科學氣息，讓我對書中可能包含的內容充滿瞭期待。我一直認為，現代科學研究越來越依賴於精密儀器的發展，而“成像”技術更是生命科學研究的基石。提到“定量相位成像”，我立刻聯想到這是一種能夠突破傳統顯微鏡分辨率限製，並且能夠獲取關於樣品深度和密度信息的技術。我想象著這本書會詳細介紹這種成像技術的物理原理，包括光的乾涉和衍射如何被用來 reconstruction（重構）樣品的相位信息，以及如何將這些相位信息轉化為可量化的數據。我特彆好奇的是，書中是否會涉及如何處理數字信號、如何進行圖像處理和分析，以及如何將這些信息可視化，從而揭示齣細胞和組織中肉眼無法看到的精細結構和動態變化。而且，考慮到“定量”這個詞，我猜想書中還會介紹如何利用這些定量數據來理解細胞的功能，比如通過測量細胞的體積變化來研究細胞的生理狀態，或者通過分析組織中不同區域的摺射率差異來識彆病變。