用于生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用的偏振光學(xué)器件

光作為一種電磁波，具有幾個基本特性，包括強度、波長、相位和偏振(光波振蕩的方向)。雖然前三個是標(biāo)量，但極化具有矢量特性(由于它由矢量的數(shù)學(xué)概念表示);因此，它的使用需要更先進的光學(xué)和計算方法。因此，與標(biāo)量對應(yīng)物相比，光的矢量特性或物體的全矢量變換特性的研究在生物醫(yī)學(xué)分析中的歷史較短，其應(yīng)用范圍仍在探索中。

到目前為止，通過利用偏振光學(xué)獲取的矢量信息，許多有趣的研究領(lǐng)域得到了加強。這些范圍從量子物理學(xué)、材料表征到生物醫(yī)學(xué)/臨床應(yīng)用。對于生物醫(yī)學(xué)/臨床應(yīng)用，偏振技術(shù)與其他同類技術(shù)相比具有特殊的優(yōu)勢：對亞細胞結(jié)構(gòu)敏感，適用于體內(nèi)無標(biāo)記成像/傳感，與其他現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)兼容，易于小型化。

在Light: Science & Applications發(fā)表的一篇新論文中，由來自牛津大學(xué)和清華大學(xué)的 Martin Booth 教授、Chao He 博士和何鴻輝教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團隊以及同事撰寫了一篇關(guān)于該主題的評論文章'用于生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用的偏振光學(xué)'。

這篇綜述首先介紹了基本的偏振光學(xué)表示工具，重點是采用斯托克斯-穆勒形式主義，斯托克斯矢量用于表征光束的偏振態(tài)，而穆勒矩陣描述了光束的偏振態(tài)。影響斯托克斯矢量的對象的變換屬性。給出了薄膜測量橢偏儀和生物醫(yī)學(xué)樣品偏振測量的比較及其發(fā)展趨勢。的偏振測量方法，包括時序、同步快照測量、部分 Stokes/Mueller、完整 Stokes/Mueller 技術(shù)。此外，矢量信息測量理論的結(jié)論是一個由“去噪”、“優(yōu)化”和“校準”組成的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)測量理論，給出了Stokes/Mueller形式主義的極化信息提取和分析方法。特別提到了穆勒矩陣極坐標(biāo)分解、穆勒矩陣變換以及生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用的基于數(shù)據(jù)的信息提取方法的發(fā)展趨勢。在此之后，介紹了薄/大塊組織表征的極化信息分析示例，重點是離體病理組織分析(如癌癥檢測和分化)和體內(nèi)臨床診斷。

最后，評論還指出了未來與其他前沿技術(shù)進行多模態(tài)協(xié)同的可能性，包括但不限于機器學(xué)習(xí)技術(shù)和大數(shù)據(jù)、基于超表面的技術(shù)、非線性光學(xué)、軌道角動量和矢量渦束操縱。這篇綜述的主要目的是讓讀者對偏振光學(xué)獲得的矢量信息在生物醫(yī)學(xué)和臨床研究中的應(yīng)用有一個總體概述，這樣的總結(jié)也可以激發(fā)新的討論、探索以及進一步的潛力在這些相關(guān)的前瞻性領(lǐng)域取得突破。

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