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基于压缩感知原理的类器官三维成像方法研究

申报人:余辉 申报日期:2023-09-30

基本情况

第二十八期“上海交通大学大学生创新实践计划”
基于压缩感知原理的类器官三维成像方法研究
创新训练项目
工学
生物医学工程类
创新类
生物医学工程学院
余辉
指导教师
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指导老师承担多项横向与纵向研究课题,包括科技部十四五重点研发课题,国自然重大科研仪器研制项目、面上项目,以及横向技术开发项目。

指导教师奖提供项目研究所需的实验条件,包括三维重建算法开发所需的服务器、光学元件,以及控制电路所需的单片机,led灯,电容电阻等电子器件,给予完成项目所需的技术指导。

随着干细胞生物学领域的进步,一种新型的3D类细胞体外培养技术问世,因其有着类似原器官的空间形态结构,故而称其为类器官。将肿瘤组织用该技术体外培养所形成的肿瘤类器官,极大程度保留了肿瘤细胞在体内的生物特性,且兼具低成本和便于操作的优点,弥补了以往传统肿瘤实验模型的缺陷在类器官模型上的药物开发和细胞生物学研究是目前科学研究的前沿领域。

类器官不同于传统的细胞,是一种具有三维空间结构的细胞团簇其各维度大小通常在毫米级。类器官的分析既需要对大量细胞的统计分析,又需要单细胞尺度上的异质性信息分析,同时还需要能获取三维空间的信息。传统的光学显微镜的观察视野和成像分辨率之间存在带宽限制,即在使用高倍物镜时能得到较高的空间分辨率,对单细胞进行分析,但其观测面积小,无法对整个细胞团进行高通量的统计分析;而在使用低倍物镜时,虽然能观察到整个细胞团,但空间分辨率不足,无法对单细胞进行个体的分析。另外,如共聚焦荧光显微镜等的三维生物样品成像系统存在着价格昂贵、成像速度慢、定量分析能力差等关键问题。因此,开发用于类器官分析的新型三维成像系统,对类器官研究领域的发展,有着重要的推动作用。

无透镜成像技术是近年来发展一类大视野成像技术其优点在于无需使用光学透镜,使得光学系统极大简化,利用光的透射、衍射散射效应,构建数学模型进行图像的三维重建,组织切片、细胞生物样品分析中有独特的应用,但受限于其三维定量分析的灵敏度和分辨率限制,类器官的分析上尚未有相关的工作。我们课题组发展了一种具有大视野、高分辨、实时、定量分析优势的三维定量成像分析技术。其基本原理是采用无透镜成像技术,将样品与互补金属半导体氧化物(CMOS)芯片紧密接触,形成无需光学透镜、直接对样品进行成像的装置,结合计算成像的原理进行图像的重建构建三维图像并进行类器官的细胞计数分析。然而,现有逐角度照明成像方式的成像速度过慢,因此本项目提出采用压缩感知成像原理,通过多个角度同时照明来提高成像速度。

选题成员

4

指导教师

序号 教师姓名 电子邮箱 所属学院
1 余辉 登录状态下查看 生物医学工程学院 第一指导教师

选题附件

结束