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首页电子声热波显微镜实现生物组织分层定量成像
本文主要探讨了利用扫描电子声热波显微镜(Scanning Electron-Acoustic Thermal Wave Microscopy, SETWM)在生物组织微观结构的定量分层成像方面的创新技术。SETWM是一种结合了电子显微镜和声波成像原理的精密仪器,它在2010年由南京大学的研究团队发表在《南京大学学报(自然科学)》上。 在SETWM的成像过程中,关键在于热源深度不同会导致声信号的相位和幅值发生变化。由于声波具有高的衰减特性,这使得该技术特别适用于表面层下结构的检测和分析。实验中,通过压电换能器将热波产生的声信号转换为电信号,然后利用锁相放大器对信号进行放大和滤波,以增强特定频率和相位的信号,从而实现对样品不同深度结构的区分和可视化。 为了实现定量的分层成像,研究者引入了热传导和热弹性方程来理论模拟SETWM的工作过程。他们通过求解温度场和声场的分布,结合边界条件,构建了一个数学模型来预测各个深度结构对声信号的影响。这种方法不仅能够获取图像,还能提供有关各层次间物理性质的定量信息,如热导率和弹性参数等。 通过这种方法,研究人员得以精确测量生物组织样本中的多层次微结构,这对于生物学、医学和材料科学等领域深入研究细胞和组织结构,以及评估治疗效果或材料性能有着重要的应用价值。SETWM技术的这种定量分析能力,无疑为非侵入式、高分辨率的层析成像提供了新的可能性,推动了纳米尺度下的科学研究和技术发展。
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第
46
卷第
6
期
2010
年
11
月
南京大学学报(自然科学)
JOURNAL
OF NAN
]l
NG
UNIVERSITY
(NATURAL
SCIENCES)
Quantitatively laminated imaging by scanning
electron-acoustic
thermal
wave microscopy
Vo
l.
46
,
No.6
Nov.
,
2010
Zhu
Shou-Jing
l
,
Zhang
Shu-Yi
l
川
,
Gao
Chun-
儿
1ing
l
,
Zhang
Zhong-Ning
l
,
Shui
Xiu-Ji
l
,
Zhang
Xiu-Ling
2
,
She
Wωz-Ðoηg2
(1.
Laboratory
of
Modern
Acoustics.
Institute
of
Acous
tI
cs.
Nan
]i
ng
University.
Nanjmg.
210093
,
Chma;
2.
Nanjing
Gulou
Hospltal
,
Medlcal
School
of
NanJing
Universlty.
Nanjing.
210008
,
China)
Abstract:
Lammated
images
of
microstructures
of
b
lO
logical
tissues
have
been
obtained
by
the
scanning
electron-acoustlc
thermal
wave
microscopy
by
suitably
adJusting
the
phase.
because
the
acoustic
signals
produced
by
the
thermal
sources
at
dlfferent
depths
are
with
dtfferent
phases.
On
the
other
hand
, m
order
to
theoretically
slmulate
the
laminated
lmagmg
by
the
electron-acoustic
mlcroscopy
,
thermal
conduction
and
thermo-elastic
equations
are
introduced
to
obtam
the
distribut
lO
ns
of
the
temperature
fleld
and
then
the
acoustlC field
in
the
samples.
Based
on
the
solutions
of
the
equatlons
and
related
boundary
condit
lO
ns.
the
depths
of
laminated
image~
can
be
theoretlcally
estlmated
quantltatlvely
as
the
thermal
dtffusivities
of
the
samples
are
determmed.
Meanwhile.
the
thermal
diffusivity
of
the
samples
can
also
be
measured
by
the
electron-acoustlc
detection
technique.
For
the
biologlcal
tlssues
(heart
and
liver
of
rats)
the
thermal
diffUS1VltleS
are
measured
,
which
are
in
the
range
of
O.
45 -
O.
65
mm:
/
s.
and
the
measured
depths
are
about
several
tens
micrometers.
Therefore.
the
depth
profiling
of
the
b
lO
loglcal
tissues
ca
口
be
evaluated
quantitatively
by
the
theoretlcal
htting
to
the
expenmental
laminated
lmage
日.
Key
words:
Thermal
wave
technique
,
laminated
lmaging.
scannmg
electron-acoustic
microscopy
利用扫描电子声显微镜技术实现定量分层成像
朱守经
l
,张淑仪
1.
高椿明
l
,张仲宁
1
,水修基
1
,张秀玲
2
,余万东
2
O.
南京大学声学研究所近代声学重点实验室,南京.
210093;
2.
南京鼓楼医院,南京大学医学院,南京,
210008)
摘
要:
电子声热波显微镜技术成像过程中,由于不同深度的热源具有不同的相位与帽值,因此产生的声信号的
相位与幅值对应于不同的深度和结构.由于热波是高衰减波.所以特别适合于表面层附近结构的检测与分析.实验
上利用压电换能器检测声信号,其输出的电信号通过锁相放大器加以放大、并抑制其余不同频率和相位的信号和
噪声,因此可以增强特定频率和相位的声信号输出.根据检测到的不同相位的声信号,即可分析样品不同深度的结
构,因而扫描电子声热波显微镜技术可以实现分层成像.
Foundation
Item:Nat
lO
nal Natural
SClence
Foundauon
of
Chma
(1
0774074)
Received Date:
2009
一
10-08
相.
Correspondmg
Author.
E-m
a!
l:
zhangsy@;
时
u.
edu.
cn
下载后可阅读完整内容,剩余8页未读,立即下载
weixin_38678773
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