1. 研究目的与意义（文献综述）

显微成像技术，使人们能够以微米甚至亚微米级的分辨率观察微观世界的形态^[1]。对血管结构及血液动力学的微观层面的研究，可以提供生物医学应用上的众多信息。如，与健康组织相比，肿瘤中生长的血管具有许多与众不同的特点：由于肿瘤细胞的快速生长及增殖，需要更多的氧化反应以提供足够的能量，所以在其周围的血液中，含氧量会比正常组织低，形成一个相对低氧的环境；也正因如此，在机体调节机理的作用下，其微血管分布密度会有显著增加，且小动、静脉与毛细血管中产生的不正常分支，将使其在形态上更为扭曲而不规则^[2,3]。而显微成像技术可以对血管形态学进行直观可视化，此外，在成像数据的分析中，还可能获取其病理性信息；因此，本课题的研究在生物医学上具有重要意义。

虽然，目前针对不同的成像需求（时间/空间分辨率、透射深度、灵敏度以及复现性等等），已涌现出一系列相关技术。比如，电子计算机断层扫描、核磁共振、超声波、光声和红外光谱显微成像^[4]-[8]。这些技术具备测量很多重要参数的能力，如血液流动速率、血管直径以及血管密度等，在癌症治疗中，对血管生成抑制剂的评估有着潜在的应用价值。有些已经应用于正式的临床诊断中，但这些方法大多需要标记物，存在较严重的限制。

而最早诞生于光化学领域的瞬态吸收是一种时间分辨技术，它利用一束精确控制的调制脉冲激光去激发样品，同时采用一束具有一定时延的、未经调制的激光照射样品，根据调制信号的转移来获取探测样品被脉冲光激发过程中光吸收发生的变化。且由于常采用的脉冲激光是皮秒或飞秒级别的超短脉冲，在这么一个时间尺度下，泵浦光激发的分子动力学弛豫现象存在更为复杂及多样的过程^[9]。因此，瞬态吸收成像方式是一种通用的、免标记的、能够产生很强对比度的技术，并且可以对生物和医学组织提供特异性和功能性很高的图像^[10]-[16]。最早的飞秒泵浦探测成像实验使用摄影感光片技术在100 fs-600 fs时间尺度上记录了光诱导硅材料的融化与蒸发^[17]，而经过近些年不断的发展，现如今，瞬态吸收技术可以基于受激拉曼散射、双光子吸收、激发态吸收、受激辐射或者基态损失等非线性光学过程，通过对传输光或散射光的简单探测，获得高质量的成像图片；并且，因为是在很短的时间内就获得足够的灵敏度，完成了对特异性组织标记物的成像，所以信噪比也有一定程度的提高^[18]。一般的，在mhz高频调制下，系统的灵敏度可以达到10^-7量级^[19]。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

本课题的工作集中：在学习瞬态吸收成像的基本原理和方法，完成实验光路的搭建，以及基于平台和控制程序对血细胞或血红蛋白样本进行瞬态吸收成像，并根据绘制的时间延迟曲线完成不同含氧浓度红细胞的区分。必要的话，还需要改变光波长，拍摄不同波长下的扫描成像结果，进而得出一系列的分析结果。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的基本概念和基础知识。确定方案，完成开题报告。

第4－6周：样本准备，完成不同含氧浓度血液样本的制备。

第7－9周：搭建瞬态吸收光路，调试并优化光路，测试不同含氧浓度的时间分辨曲线，并进行不同样本的红细胞成像。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 满奕，李昂，曹德昌，等. 受激拉曼散射显微技术在生物科学中的应用[j]. 电子显微学报, 2015(2):154-162.

[2] kimura h, braun r d, ong e t, et al. fluctuations in red cell flux intumor microvessels can lead to transient hypoxia and reoxygenation in tumorparenchyma.[j]. cancer research, 1996, 56(23):5522.

[3] sorg b s, moeller b j, donovan o, et al. hyperspectral imaging ofhemoglobin saturation in tumor microvasculature and tumor hypoxia development[j].journal of biomedical optics, 2005, 10(4):11-0.