用于生物医学和临床应用的独特极化特性

作为一种电磁波,光具有许多基本特性,包括波长、强度、相位和偏振(光波的振荡方向)。

用于生物医学和临床应用的独特极化特性。
图片来源:作者:Chao He、Honghui He、Jintao Chang、Binguo Chen、Hui Ma 和 Martin J. Booth。

前三个是标量,但极化具有矢量特性(因为它用矢量的数学概念表示);因此,它的使用需要更先进的计算和光学方法。

因此,与标量等价物相比,处理光的矢量特性或物体的完整矢量变换特性的研究在生物医学分析中的历史较短,其应用程度仍在调查中。

到目前为止,已经通过利用偏振光学获得的矢量信息改进了几个有趣的研究领域。其中包括材料表征、量子物理学、生物医学/临床应用等。

对于生物医学/临床应用,偏振方法与其他等效方法相比具有非凡的优势:对亚细胞结构敏感,非常适合体内无标记成像/传感,易于小型化并与其他当前光学系统良好匹配。

在发表在一篇新论文中 光: 科学与应用由牛津大学和清华大学的Martin Booth教授、何超博士和何鸿辉教授及其同事领导的研究团队撰写了一篇题为“偏振光学在生物医学和临床应用中的应用”的综述文章。

本综述首先概述了标准偏振光学表示工具,重点是采用斯托克斯-穆勒形式主义,斯托克斯矢量用于说明光束的偏振状态,而穆勒矩阵说明了影响斯托克斯矢量的对象的变换特性。

薄膜测量的椭偏法与生物医学样品的偏振法进行了比较,并在文章中给出了它们的发展趋势。简要介绍了极化测量方法,包括时序、部分 Stokes/Mueller、同步快照测量和全 Stokes/Mueller 技术。

此外,矢量信息测量理论建立在“去噪”、“优化”和“校准”的结构中。

在测量理论之后,描述了Stokes/Mueller形式主义的极化信息提取和分析方法。特别说明了穆勒矩阵极性分解、穆勒矩阵变换以及基于数据的信息提取方法在生物医学和临床应用中的发展趋势。

接下来,提供了薄/大块组织表征的极化信息分析示例,重点是 离体 病理组织分析(例如,癌症检测和分化)和体内临床诊断。

最后,该评论还指出了未来与其他开创性技术进行多模态协同的潜力,这些技术包括但不限于机器学习方法和大数据、非线性光学、轨道角动量、基于超表面的方法和矢量涡旋光束操纵。

该评论的主要目标是为读者提供广泛的矢量信息使用概述,这些信息可以通过偏振光学获得,用于临床和生物医学研究中的应用。此外,这样的总结可以鼓励新的讨论、调查和相关前景领域的进一步潜在进展。

期刊参考:

他,C. . (2021) 用于生物医学和临床应用的偏振光学:综述。 光: 科学与应用. doi.org/10.1038/s41377-021-00639-x.

来源: http://english.ciomp.cas.cn/

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