Голографиялық интерференциялық микроскопия - Holographic interference microscopy

Голографиялық интерференциялық микроскопия (ОЛ) болып табылады голографиялық интерферометрия үшін қолданылады микроскопия көру үшін фаза микро объектілер. Фазалық микроэлементтер көрінбейді, өйткені олар өзгермейді қарқындылық жарық, олар тек көрінбейтін фазалық ауысуларды енгізеді. Голографиялық интерференциялық микроскопия а-ны қолдану арқылы өзін басқа микроскопия әдістерінен ажыратады голограмма және кедергі көрінбейтін түрлендіруге арналған фазалық ауысулар ішіне қарқындылық өзгерістер.

Голографиялық интерференциялық микроскопияға қатысты басқа микроскопиялық әдіс фазалық контрастты микроскопия, голографиялық интерферометрия.

Голографиялық интерференциялық микроскопия әдістері

Голография «жаңа микроскопиялық принцип» ретінде дүниеге келді. Д.Габор голографияны ойлап тапты электронды микроскопия. Кейбір себептер бойынша оның идеясы осы тармақта қолданылмайды микроскопия. Бірақ голографияны ойлап табу микроскопияда голографиялық интерференция әдістерін қолданудың арқасында фазалық микро объектілерді бейнелеуде жаңа мүмкіндіктерге жол ашты, бұл тек сапалы емес, сонымен қатар сандық зерттеуге мүмкіндік береді. Голографиялық интерференциялық микроскопияны сандық өңдеу әдістерімен үйлестіру есебін шешті 3D бейнелеу өңделмеген, табиғи биологиялық фазалық микро объект.^[1]^[2]^[3]

Голографиялық интерференция әдісінде кескіндер екі объект толқындарының интерференциясы нәтижесінде микроскоптың оптикалық жүйесі арқылы бір жолдан өткенімен пайда болады, бірақ уақыттың әр түрлі кезеңдерінде: голограммадан «бос» объект толқыны қалпына келтіріліп, объект толқыны бұзылған зерттелетін фазалық микро объектілер бойынша. «Бос» нысан толқынының голограммасы тірек сәуленің көмегімен жазылады және ол голографиялық интерференциялық микроскоптың оптикалық элементі ретінде қолданылады. Интерференция жағдайына тәуелділікте голографиялық интерференция микроскопиясының екі әдісін жүзеге асыруға болады: голографиялық фазалық-контрасттық әдіс және голографиялық интерференциялық-контрасттық әдіс. Бірінші жағдайда фазалық микроэлементтің ол арқылы өтетін жарық толқынына енгізген фазалық ығысулар оның бейнесіндегі қарқындылық өзгерісіне айналады; екінші жағдайда - интерференциялық жиектердің ауытқуына.

Голографиялық фазалық-контрастты әдіс

Голографиялық фазалық-контрастты әдіс - түрлендіретін фазалық микро объектілерді визуализациялау үшін голографиялық интерференциялық микроскопия әдісі фазалық ауысулар микро объектімен енгізілген толқын ол арқылы жарық суреттің қарқынды өзгеруіне ауысады. Әдіс келесіге негізделген голографиялық қосу (сындарлы араласу ) немесе голографиялық азайту (деструктивті араласу ) «бос» толқынның голограмма және зерттелетін фазалық микро объектілер бұзған объект толқыны. Кескін ретінде қарастыруға болады интерферограмма ені шексіз интерференциялық шеттерде.

Адам қанының эритроциттерінің фазалық-контрасттық бейнесі жарықта толқын қосу арқылы алынған араласу жиегі

Әдіс Ф.Зернике сияқты мәселені шешеді фазалық контраст әдіс. Бірақ Ф.Зерникенің фазалық контраст әдісімен салыстырғанда әдістің кейбір артықшылықтары бар. Кедергі жасайтын толқындардың бірдей қарқындылығының арқасында голографиялық фазалық-контраст әдісі максималды алуға мүмкіндік береді контраст кескіндер. Микро объектінің өлшемдері әдістің қолданылуын шектемейді, дегенмен Ф. Зернике фазалық контраст әдісі неғұрлым сәтті жұмыс істесе, соғұрлым ұсақ объект қалыңдығы мен өлшемі бойынша кішірек болады. Голографиялық фазалық-контраст әдісіндегі сурет екі бірдей толқынның өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады және ол еркін ауытқулар.

Әдісті голографиялық қосу және азайту әдісі ретінде жүзеге асыруға болады араласу жиегі. Кедергі жасайтын толқындар арасында кіші бұрыш пайда болады кезең нәтижесінде пайда болатын интерференциялық жиектер жүйесі кескін өлшемінен едәуір асып түседі. Толқындардың антифазалы немесе фазалы болуына жағдайлар (голографиялық алып тастау немесе қосу) сәйкесінше қараңғы және жарқын интерференциялық шеттерде автоматты түрде жасалады.

Микро-объект бейнесіндегі интенсивтілік ${ displaystyle I_ {im +}}$ және қарқындылығы фон ${ displaystyle I_ {b +}}$ толқындарды қосу кезінде жарқын интерференциялық жиек өрнектермен анықталады:

${ displaystyle I_ {im +} (x ', y') = 2I_ {0} [1 + cosf (x, y)]}$ ; ${ displaystyle I_ {b +} = 4I_ {0}}$

және микро объектінің бейнесіндегі интенсивтілік ${ displaystyle I_ {im-}}$ және фонның қарқындылығы ${ displaystyle I_ {b-}}$ қараңғы интерференциялық жиектегі толқындарды азайту кезінде (толқындар антифазалы):

${ displaystyle I_ {im -} (x ', y') = 2I_ {0} [1-cosf (x, y)]}$ ; ${ displaystyle I_ {b -} = 0}$

қайда ${ displaystyle f (x, y)}$ бұл микроэлементтің ол арқылы берілетін толқынға енгізген фазалық ығысуы; ${ displaystyle I_ {0}}$ - бұл екі толқынның әрқайсысының қарқындылығы. Сонымен, фазалық микро объектілердің күңгірт бейнелерін толқын қосқан кезде жарқын фонға, ал қараңғы фондағы жарқын бейнелерді - толқын алып тастағанда байқауға болады. Суреттердің контрасттығы максималды.

The қарқындылық суреттердегі таралуы зерттелетін микро объектілер енгізген фазалық ауысуларға байланысты. Сонымен, әдіс фазалық ауысуларды өлшеуге мүмкіндік береді, ал фазалық микро объектілердің 3D кескіндерін олардың фазалық-контрасттық кескіндерін компьютерлік өңдеу кезінде қалпына келтіруге болады.

-Ге жоғары сезімталдық тербелістер әдістің негізгі фондары болып табылады. Бұл қажет дамуда голограмма өз орнында. Сонымен, әдіс «экзотикалық» болып қала береді және ол кең қолданыла бермейді.

Голографиялық интерференция-контраст әдісі

Ан Интерферограмма қан Эритроцит

Голографиялық интерференция-контраст әдісі түрлендіретін фазалық микро объектілерді визуализациялау үшін голографиялық интерференциялық микроскопия әдісі фазалық ауысулар Өткізілген жарық толқынының сәулесіне микро объект оның кескініндегі интерференциялық жиектердің ауытқуларына енгізеді. «Бос» арасында белгілі бір бұрыш пайда болады толқын және фаза микроэлементтері бұзған толқын, сондықтан микро объектінің кескінінде ауытқитын тікелей интерференциялық шеттер жүйесі алынады. Кескінді интерферограмма ақырлы енінің шеттерінде. Ауытқу ${ displaystyle h (x ', y')}$ кескіннің нүктесіндегі интерференциялық жиектің фазалық ауысуына сызықтық тәуелділігі ${ displaystyle f (x, y)}$ микро объектінің сәйкес нүктесіне енгізілген:

${ displaystyle h (x ', y') = f (x, y) T / 2 pi}$ ,

қайда ${ displaystyle T}$ - интерференциялық жиектер жүйесінің белгіленген кезеңі. Сонымен, интерференциялық-контрасттық сурет (интерферограмма ) микро объектінің фазалық сұлбасын девиацияланған сызықтар түрінде бейнелейді; және фазалық жылжуларды тек «сызғышпен» өлшеуге болады. Бұл есептеуге мүмкіндік береді оптикалық қалыңдығы әр нүктеде орналасқан микро объектінің. Әдіс микро объектінің қалыңдығын өлшеуге мүмкіндік береді, егер ол болса сыну көрсеткіші белгілі немесе оны өлшеу үшін сыну көрсеткіші егер қалыңдығы белгілі болса. Егер микро объектіде а біртекті сыну көрсеткіші тарату, суреттерді цифрлық өңдеу кезінде оның физикалық 3D пішінін қалпына келтіруге болады, әдісті қалың және жіңішке, ұсақ және үлкен микро объектілерде қолдануға болады. Кедергі жасайтын толқындардың бірдей қарқындылығының арқасында суреттердің қарама-қайшылығы максималды. Голограммадан «бос» толқын объектінің толқынының көшірмесін қалпына келтірді. Сонымен, байланысты кедергі бірдей толқындардың оптикалық ауытқулар оптикалық жүйенің компенсациясы, ал кескіндер тегін оптикалық ауытқулар.

Голографиялық интерференциялық микроскопияның екі әдісін де голографиялық интерференциялық микроскоптың бір құрылғысында жүзеге асыруға болады. оптикалық микроскоп осьтен тыс әдеттегі голографиялық қондырғыда, әдеттегі сілтеме толқынымен голография, а лазер сияқты келісімді жарық көзі және голограмма. «Бос» объектілік толқын объективті зерттелетін микро объектілер болмаған жағдайда жазылады голограмма анықтамалық толқынды қолдану. Дамыған голограмма бастапқы күйінде қайтарылады және ол голографиялық интерференциялық микроскоптың бекітілген оптикалық элементі ретінде жұмыс істейді. Суреттер бір уақытта бақыланған кезде пайда болады, объекті толқынын микро объект бұзады және «бос» объект толқыны голограмма. The кезең бақыланатын интерференциялық суреттің көлденеңінен ауысуы арқылы реттеледі голограмма оның бастапқы күйінен.

HIM әдістерінің негізгі фоны когерентті шу және дақ пайдалану нәтижесінде пайда болатын кескіндердің құрылымы келісімді жарық көзі.

Голографиялық интерференциялық микроскопия әдістері 1980 жылдары микрообъектілерді фазалық зерттеуге қолданылған және қолданылған.^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]

1990 жылдардың аяғында фазалық микро объектілерді интерферограммаларымен 3D кескіндеу үшін компьютер қолданыла бастады. 3D суреттері алғаш рет қан эритроциттерін зерттеу кезінде алынды.^[9] Ал 21 ғасырдың басынан бастап голографиялық интерференциялық микроскопия цифрлы голографиялық интерференциялық микроскопияға айналды.

Сандық голографиялық интерференциялық микроскопия

Сандық голографиялық интерференциялық микроскопия (DHIM) - бұл голографиялық интерференциялық микроскопияның фазалық микро объектілерді 3D кескіндеуге арналған суреттерді өңдеудің сандық әдістерімен үйлесуі. Голографиялық фазалық-контрастты немесе интерференциялық-контрастты кескіндерді (интерферограмма) сандық камера жазады, одан компьютер 3D кескіндерді сандық көмегімен қалпына келтіреді алгоритмдер.

Сандық голографиялық интерференция микроскопиясына ең жақын әдіс - бұл сандық голографиялық микроскопия. Екі әдіс микро-объектілерді 3D бейнелеудің бірдей мәселесін шешеді. Екі әдіс те фазалық ақпарат алу үшін сілтеме толқынын пайдаланады. Сандық голографиялық интерференциялық микроскопия - «оптикалық» әдіс. Бұл әдісті айқын әрі дәл етеді, ол нақты және қарапайым сандық алгоритмдерді қолданады. Сандық голографиялық микроскопия «сандық» әдіс болып табылады. Бұл соншалықты айқын емес; күрделі сандық алгоритмдерді қолдану оптикалық дәлдікке жетуге мүмкіндік бермейді.

Адамның қан жағындысының 3D бейнесі

Сандық голографиялық интерференциялық микроскопия ағзаның жасушалары сияқты биомедициналық микро объектілерді 3D бейнелеуге және инвазивті емес сандық зерттеуге мүмкіндік береді. Әдіс әр түрлі аурулардағы қан эритроциттерінің 3D морфологиясын зерттеу үшін сәтті қолданылды;^[10]^[11]^[12]^[13] озон терапиясының эритроциттердің пішініне қалай әсер ететіндігін зерттеу,^[14] қандағы оттегінің концентрациясы төмендеген кезде орақ-жасушалық анемиямен ауыратын науқастың қан эритроциттерінің 3D формасының өзгеруін және суперлетальды дозада гамма-сәулеленудің егеуқұйрық эритроциттерінің пішініне әсерін зерттеу.^[15]

Әдісті жұқа мөлдір қабықшалардың, кристалдардың қалыңдығын өлшеу үшін немесе олардың беттерін сапалы бақылау үшін 3D кескінімен бейнелеу үшін қолдануға болады.^[16]^[17]^[18]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

^ Тишко, Т. В., Титар, В.П., Тишко, Д. Н. (2005). «Микроскопиялық фазалық объектілерді үш өлшемді визуализациялаудың голографиялық әдістері» .J. Бас тарту Технол., 72 (2): 203–209.
^ Фазалық микроскопиялық объектілерді голографиялық микроскопиялау. Теория және практика. Татьяна Тишко, Тишко Дмитрий, Титар Владимир, World Scientific (2010).ISBN 978-981-4289-54-2
^ Тишко, Т. В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П., «фазалық микроскопиялық объектілерді сандық голографиялық әдіспен 3D бейнелеу In: Duke EH, Aquirre SR. «3D бейнелеу: теория, технология және қолдану», Нью-Йорк, Нью-Йорк: Nova Publishers (2010): 51–92.ISBN 978-1-60876-885-1.
^ Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1985). «Фазалық микроскопиялық объектілердің толқындық фронттарын қосу арқылы контрасттық кескіндерін алу». Украина. Физич. Ж., 30: 334–337 (орыс тілінде)
^ Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1985). «Фазалық микроскопиялық объектілердің голографиялық интерферометриясы». Украина. Физич. Ж., 30: 994–997 (орыс тілінде).
^ Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1987). «Фазалық контрастты голографиялық микроскоп». Приб. Техникалық. Эксп, 2:249.
^ Голографиялық өлшемдер Гинсбург, В.М., Степанов, Б.М., Радио I Свяс, Мәскеу, Ру, (1981).
^ Жетілдірілген жарық микроскопиясы Pluta M., Elsevier, Нью-Йорк, (1988).
^ Тишко, Т.В., Титар, В.П., Панфилов, Д.А., Тишко, Д.Н. (1998). «Адам қанының эритроциттерінің формаларын анықтау үшін голографиялық интерферометрия әдісін қолдану». Вестн. Харк .Нетс. Унив., Сер Биол. Вестник., 2 (1): 107–111 (орыс тілінде).
^ Эритроциттер микроскопиясының теориясы мен практикасы Новицкий, В.В., Рязанцева, Н.В., Степовая, Е.А., Шевтзова, Н.М., Миллер, А.А., Зайцев, Б.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П., Тишко, Д.Н., Печатная. Мантура, Томск (Ру) (2008)
^ Тишко, Т.В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П. Адам қанының эритроциттерінің 3D морфологиясын зерттеуге сандық голографиялық интерференция микроскопиясын қолдануАнтонио Мендес-Виластың «Ғылым мен техниканың жетістіктеріне қазіргі микроскопиялық үлес», Форматекс зерттеу орталығы, 2: 729–736 (2012),ISBN 978-84-939843-5-9.
^ Тишко, Т.В., Титар, В.П., Тишко, Д.Н., Носов, К.В. (2008). «Адам қанының эритроциттерінің 3D морфологиясы мен функционалдығын зерттеудегі сандық голографиялық интерференциялық микроскопия», Лазерлік физика, 18(4):1–5.
^ Тишко, Т.В. Тишко, Д.Н., Титар, В.П. (2009 ж.) «Қан жасушаларын голографиялық әдіспен бейнелеу», Бейнелеу және микроскопия, 2:46–49.
^ Тишко, Т.В., Титар, В.П., Барчоткина, Т.М., Тишко Д.Н. (2004). «Оз ино-терапиясының пациенттердің қан эритроциттеріне әсерін зерттеу үшін голографиялық интерференциялық микроскопты қолдану» SPIE, 5582:119–123
^ Тишко, ТВ, Титар, В.П., Тишко, Д.Н. (2008). «Цифрлық голографиялық интерференциялық микроскопия әдісімен қан эритроциттерінің 3D морфологиясы», SPIE, 7006: 70060O-70060O-9.
^ Тишко, Д.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П. (2009). «Мөлдір жұқа қабықшаларды зерттеу үшін сандық голографиялық микроскопияны қолдану». J. Опт. Технол,76(3):147–149.
^ Тишко, Д.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П. (2010). «Жіңішке мөлдір фильмдерді тергеу үшін сандық голографиялық интерференция микроскопиясын қолдану». Практикалық металлография,12:.719-731.
^ Тишко, Т.В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П. (2012). «Анизотропты микрообъектілерді үш өлшемді визуализациялау үшін поляризация-контраст және интерференция-контраст әдістерін біріктіру». J. Опт. Технол, 79(6):340–343.

[1] Тишко, Т. В., Титар, В.П., Тишко, Д. Н. (2005). «Микроскопиялық фазалық объектілерді үш өлшемді визуализациялаудың голографиялық әдістері» .J. Бас тарту Технол., 72 (2): 203–209.

[2] Фазалық микроскопиялық объектілерді голографиялық микроскопиялау. Теория және практика. Татьяна Тишко, Тишко Дмитрий, Титар Владимир, World Scientific (2010).ISBN 978-981-4289-54-2

[3] Тишко, Т. В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П., «фазалық микроскопиялық объектілерді сандық голографиялық әдіспен 3D бейнелеу In: Duke EH, Aquirre SR. «3D бейнелеу: теория, технология және қолдану», Нью-Йорк, Нью-Йорк: Nova Publishers (2010): 51–92.ISBN 978-1-60876-885-1.

[4] Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1985). «Фазалық микроскопиялық объектілердің толқындық фронттарын қосу арқылы контрасттық кескіндерін алу». Украина. Физич. Ж., 30: 334–337 (орыс тілінде)

[5] Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1985). «Фазалық микроскопиялық объектілердің голографиялық интерферометриясы». Украина. Физич. Ж., 30: 994–997 (орыс тілінде).

[6] Сафронов, Г.С., Тишко, Т.В. (1987). «Фазалық контрастты голографиялық микроскоп». Приб. Техникалық. Эксп, 2:249.

[7] Голографиялық өлшемдер Гинсбург, В.М., Степанов, Б.М., Радио I Свяс, Мәскеу, Ру, (1981).

[8] Жетілдірілген жарық микроскопиясы Pluta M., Elsevier, Нью-Йорк, (1988).

[9] Тишко, Т.В., Титар, В.П., Панфилов, Д.А., Тишко, Д.Н. (1998). «Адам қанының эритроциттерінің формаларын анықтау үшін голографиялық интерферометрия әдісін қолдану». Вестн. Харк .Нетс. Унив., Сер Биол. Вестник., 2 (1): 107–111 (орыс тілінде).

[10] Эритроциттер микроскопиясының теориясы мен практикасы Новицкий, В.В., Рязанцева, Н.В., Степовая, Е.А., Шевтзова, Н.М., Миллер, А.А., Зайцев, Б.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П., Тишко, Д.Н., Печатная. Мантура, Томск (Ру) (2008)

[11] Тишко, Т.В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П. Адам қанының эритроциттерінің 3D морфологиясын зерттеуге сандық голографиялық интерференция микроскопиясын қолдануАнтонио Мендес-Виластың «Ғылым мен техниканың жетістіктеріне қазіргі микроскопиялық үлес», Форматекс зерттеу орталығы, 2: 729–736 (2012),ISBN 978-84-939843-5-9.

[12] Тишко, Т.В., Титар, В.П., Тишко, Д.Н., Носов, К.В. (2008). «Адам қанының эритроциттерінің 3D морфологиясы мен функционалдығын зерттеудегі сандық голографиялық интерференциялық микроскопия», Лазерлік физика, 18(4):1–5.

[13] Тишко, Т.В. Тишко, Д.Н., Титар, В.П. (2009 ж.) «Қан жасушаларын голографиялық әдіспен бейнелеу», Бейнелеу және микроскопия, 2:46–49.

[14] Тишко, Т.В., Титар, В.П., Барчоткина, Т.М., Тишко Д.Н. (2004). «Оз ино-терапиясының пациенттердің қан эритроциттеріне әсерін зерттеу үшін голографиялық интерференциялық микроскопты қолдану» SPIE, 5582:119–123

[15] Тишко, ТВ, Титар, В.П., Тишко, Д.Н. (2008). «Цифрлық голографиялық интерференциялық микроскопия әдісімен қан эритроциттерінің 3D морфологиясы», SPIE, 7006: 70060O-70060O-9.

[16] Тишко, Д.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П. (2009). «Мөлдір жұқа қабықшаларды зерттеу үшін сандық голографиялық микроскопияны қолдану». J. Опт. Технол,76(3):147–149.

[17] Тишко, Д.Н., Тишко, Т.В., Титар, В.П. (2010). «Жіңішке мөлдір фильмдерді тергеу үшін сандық голографиялық интерференция микроскопиясын қолдану». Практикалық металлография,12:.719-731.

[18] Тишко, Т.В., Тишко, Д.Н., Титар, В.П. (2012). «Анизотропты микрообъектілерді үш өлшемді визуализациялау үшін поляризация-контраст және интерференция-контраст әдістерін біріктіру». J. Опт. Технол, 79(6):340–343.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]