摘要
相位成像技术具有无染色、非侵入、无损伤、可定量化等特点，在观察细胞生理状态和医学检测方面具有潜在应用。现有定量相位成像(Quantitativephaseimaging,QPI)技术以数字全息显微术为主，对光路稳定性等都有很高要求；而以发光二极管（LightEmittingDiode,LED）编码差分照明为基础的定量相位成像技术，具有良好的稳定性和可控性，从而获得各类成像而受到广泛关注。目前基于差分相衬的QPI技术大部分为改造商业化显微镜而实现，其体积较大且价格昂贵，不利于便携式检测需求和移动医疗推广。针对上述问题，结合近几年来快速发展的嵌入式技术，本文面向定量差分相衬(QuantitativeDifferentialPhaseContrast,qDPC)重构原理的QPI技术，优化结构设计了一款便携式显微镜系统。 本文具体研究内容与结果如下： （1）光机设计。通过多级反射将样机体积控制在164×139×250mm3；采用编码LED阵列，实现明场、暗场、斜照明、莱茵伯格等不同成像模式；通过相位重构算法，实现高衬度无染色细胞成像，提高了成像分辨率；自研了显微镜的电控位移平台，实现微米级位移精度。 （2）嵌入式设计。采用树莓派作为核心控制芯片，搭载了最简化Linux系统，并成功调用了国产相机实现稳定视频采集功能。在Python3.7环境下编写了项目的整体程序，通过PyQt设计了相应的操作界面，以触摸屏实现照明图样切换、相机参数设置、拍照录像、一键式定量相位成像等基本功能，缩减了操作的复杂度。 （3）系统测试与验证。通过定量相位板以及多种细胞验证了系统的稳定性和可靠性，qDPC成像的分辨率优于商业化显微成像的明场分辨率。通过相位成像，观测了红细胞形态，以及海拉（HenriettaLacks,HeLa）细胞分割等生物医学应用。表明所涉及的嵌入式系统能稳定工作。设计搭建Windows拓展平台，提高使用灵活性。 该样机系统成本较低、稳定性较好、操作简单，可适用于野外检测、偏远地区移动医疗等情况，为便携式显微成像设备的发展提供一些新的参考。
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