散射图能直观显示细胞浓度的变化，但无法具体表征出细胞浓度的变化趋势，为进步量化细胞的浓度，统计强度图像上的每个强度值以及散射图像上的每个散射系数。

由直方图图和直方图分析图可知不同浓度细胞悬浮液的信号强度分布直方图无明显变化散射系数分布直方图由原始的背景峰变为双峰，并且随着细胞浓度升高，背景峰向左移动，肩型特征峰向右移动，且肩型特征峰与背景散射特征峰的偏离程度射系数与第层不同，总体是随着层数的增加逐渐变大。

图中的散射系数起伏较大，这是由于中大豆油和卵磷脂等散射粒子具有不同的散射系数且大小不均匀，从而导致散射界面不均匀，该差异在散射曲线中较为明显，表现为较多的尖峰。

关于在纵向扫描末端，可用于散射系数计算的像素数较少，散射系数的计算误差偏大这问题，等对纵向扫描末端散射系数的高估作了相应优化，通过拟合系统噪声信号，得到噪声信号的多项式方程，在之后的样本成像过程中，利用该多项式在纵向扫描末端将深度信号扩展至更深的位臵。

扩展出的部分信号经式计算后可使样品以下的光功率之和增大，因此样品散射系数的计算结果比根据未扩展的深度信号计算的散射系数小。

考虑到构建的谱域系统对细胞悬液细胞负载水凝胶支架的成像深度有限，约为，本文在计算深度分辨散射系数时，对纵向扫描末端的散射系数进行了截取，只显示了纵向细胞负载水凝胶支架的强度图像无细胞水凝胶支架的散射图像细胞负载水凝胶支架的散射图像无细胞水凝胶支架染色切片图细胞负载水凝胶支架染色切片图讨论光学散射系数是通过信号的纵向衰减曲线拟合散射模型得到的，散射模型主要包括单次散射模型以及多次散射模型。

多次散射模型，包含浅层散射与深层散射以及两者的相干项，且含有散射系数以及散射角的均方根这两个未知参数，对于该模型，难以解得散射系数关于深度的解析解。

本文采用的深度分辨散射系数计算方法是在入射到样品光的功率和样品穿透深度已知的前提下进行的，通过对单散射模型求解散射系数与深度的解析解，得到深度分辨散射系数的计算方程，将每个采样点对应个散射系数，可获得散射系数分布图像。

多层散射介质模型的实验结果表明图，基于单散射模型的深度分辨散射系数计算方法能够准确地计算得到均匀和分层异构的散射系数，不需要进行复杂的分割，且与散射和传统散射检测基于深度分辨散射系数计算方法来量化表征细胞分布特性细胞学论文有效区分处培养基背景细胞和材料，并且散射系数分布直方图能够表征支架中有无细胞时的散射差异。

检测细胞分布准确性验证为验证利用深度分辨散射系数检测水凝胶支架内细胞分布的准确性，需证明图中的结构亮点为细胞。

水凝胶支架经扫描之后，用甲醛固定用于切片，切片厚度为，并用染色剂进行染色，切片过程中需对样品进行固定脱水再水化等处理，这导致水凝胶存在定的收缩变形。

图和为无细胞水凝胶支架和细胞负载水凝胶支架的图像，图和图为对应的散射系数分布图像，图和图为对应的切片结果，图中水凝胶呈浅蓝色，图中细胞经染色剂染色后呈深蓝色，能明显观察到细胞在水凝胶中的分布情况。

图中的光斑数量明显比图中的多，而通过与图对比可知，图中的光斑并非全是细胞，也可能是材料，图与图具有更强的对应关系。

通过对比强度图像深度分辨散射系数分布图像和切片图可知强度图像的分辨率和对比度足于培养基的下层随着细胞浓度的增加，培养基上层的细胞分布越密集，强度图像的明亮区域越明亮，而培养基下层的细胞团块随着细胞浓度的增加没有太明显的变化，这是因为信号强度随深度的增加而衰减。

图是对应浓度细胞悬浮液的散射图像，与强度图像具有较好的对应关系，不同点在于前者是图像灰度差异，后者是散射系数差异。

相比强度图像，散射图像的散射系数并不随着深度的增加而衰减，散射系数大小只与散射介质细胞的直径相关。

分析深度分辨散射图像能够实现细胞分布区分，从而区分共混状态下不同直径的细胞团块。

基于深度分辨散射系数计算方法来量化表征细胞分布特性细胞学论文。

图无细胞和含细胞水凝胶支架的强度图像以及散射图像。

无细胞的支架的强度图像含细胞的支架的强度图像无细胞的支架的散射图像含细胞的支架的散射图像为进步验证散射系数分布识别细胞的有效性，信号强度先增大后不变。

这方面可能是因为细胞消化不完全，细胞团块的数量增多，而团块对应的信号强度较大，另方面可能是因为不能保证聚焦位臵完全的位于液面。

图为对应浓度的散射系数分布直方图。

培养基的背景散射系数分布不再呈现高斯分布，散射系数越大其所占的频数越低，原因是散射系数计算误差随着深度的增加而增大，与图的结果致。

细胞悬浮液的散射系数呈双峰特征分布，原始的背景峰图旁出现了散射系数分布较广的肩型特征峰。

由图中标示的最大频数对应的散射系数值可知随着细胞浓度的增加，肩型特征峰与背景峰的偏离程度逐渐加大，最大频数对应的散射系数值逐渐增大背景峰最大频数对应的散射系数值逐渐减小。

这是由于细胞浓度越高，细胞在培养基中越密集，纵向扫描的细胞数量越多，导致培养基背景以下细胞的功率之和越大，计算的培养基背景散射系数变小，因此细胞浓度越高对背景抑制的作用越强。

图不同浓度细胞悬液的强度及散射系数的频本文提出种基于干涉光谱信号确定深度分辨散射系数的方法，该方法利用大部分光在成像深度范围内衰减成像的特性，基于单散射模型计算局部的衰减系数，将干涉光谱信号数据集中的每个像素转换为衰减系数数据集中的相应像素，无需分割区域以及进行大量的平均，即可确定整个成像范围内每个像素的散射系数。

本文首先构建多层散射模型，验证该方法深度分辨多层散射体模型的有效性。

接着，计算不同浓度细胞悬浮液的散射系数分布，以及生物维打印细胞负载水凝胶支架的散射系数分布，以此展示基于深度分辨散射系数表征细胞分布的可行性，并通过染色对照验证散射分布检测的准确性。

系统和方法成像采用自制的高分辨谱域系统进行组织模型无损成像和介质散射系数分布测量。

系统采用中心波长为半峰全宽为的宽带光源，系统的轴向分辨率为，横向分辨率为，每个纵向扫描的采样率为。

空气中，系统成像深度达到，物镜焦距为，所有扫描和支架材料的散射特性不同，细胞在图像中表现为明亮的区域，这初步证明了将基于散射差异的技术用于检测工程化组织中细胞分布的可行性。

此外，还有相关研究利用技术测量细胞的散射系数，用于区分鼻咽癌细胞系光学特性的内在差异，检测细胞的凋亡过程，以及鉴别活细胞坏死细胞凋亡细胞，。

同时，对散射信号进行测量和分析能够得到与粒子浓度和粒径等有关信息。

这些应用表明了基于散射系数进行细胞检测的可行性。

这类研究主要关注的是相对均匀的同种类型介质的散射系数或计算组织的整体散射系数，较少注意深度分辨散射系数的分布特性。

基于深度分辨散射系数计算方法来量化表征细胞分布特性细胞学论文。

图散射系数分布图像重建过程信号直方图统计分析在每个样本的随机位臵采集组强度数据集，使用式计算每组强度数据集对应的散射系数数据集，绘制频率分布直方图，强度和散射系数的频率分布直方图的组距分别设臵为和。

记录每组强度和散射系数频集的组实验数据的标准差。

由图可看出，信号强度值随着浓度的增加先增大后不变。

由图可看出，随着浓度的增加，背景峰的散射系数逐渐降低，而细胞特征峰的散射系数和双峰间距逐渐上升。

综上所述，基于信号强度分布无法量化细胞的浓度，但散射系数分布与细胞浓度之间具有线性关系。

本文提出种基于干涉光谱信号确定深度分辨散射系数的方法，该方法利用大部分光在成像深度范围内衰减成像的特性，基于单散射模型计算局部的衰减系数，将干涉光谱信号数据集中的每个像素转换为衰减系数数据集中的相应像素，无需分割区域以及进行大量的平均，即可确定整个成像范围内每个像素的散射系数。

本文首先构建多层散射模型，验证该方法深度分辨多层散射体模型的有效性。

接着，计算不同浓度细胞悬浮液的散射系数分布，以及生物维打印细胞负载水凝胶支架的散射系数分布，以此展示基于深度分辨散射系数表征细胞分布的可行性，并通过染色对照验证散射分布检测的准确性像的散射系数并不随着深度的增加而衰减，散射系数大小只与散射介质细胞的直径相关。

分析深度分辨散射图像能够实现细胞分布区分，从而区分共混状态下不同直径的细胞团块。

图不同浓度的细胞悬浮液强度图像与散射图像。

强度图像散射图像为量化细胞的浓度，分别对图中的强度图像的强度值及散射图像的散射系数值进行统计，图像的总像素为。

图分别为浓度为的细胞悬浮液的强度图像强度值的统计直方图。

图中强度分布直方图基本呈高斯分布，峰值处的强度值为，最大强度不超过。

如图所示，随着细胞浓度的上升，强度大于区域的频数逐渐增加，强度分布变宽。

图给出了最大频数对应的信号强度，随着细胞浓度的增大，信号强度先增大后不变。

这方面可能是因为细胞消化不完全，细胞团块的数量增多，而团块对应的信号强度较大，另方面可能是因为不能保证聚焦位直方图的背景峰和特征峰对应的散射系数之差和细胞浓度具有线性关系。

研究发现，通过散射图像能够区分细胞和水凝胶材料，两者之间的散射对比相比强度对比更明显，细胞分布识别更准确，同时采用染色图验证了该方法在细胞分布识别方面的准确性。

基于深度分辨散射系数分析方法有望实现维组织模型中细胞生长情况的无损实时在线免标记的检测以及表征。

参考文献陈重江，杨思华，邢达光声显微成像技术研究进展及其应用中国激光，顾侃，侯科良，沈建琪，高斯光束照射下微米颗粒的后向散射测量与分析中国激光，斯培剑，王玲，徐铭恩基于光学相干层析成像技术的肿瘤细胞侵袭成像中国激光，王凯，丁志华，王玲基于光学相干层析术的组织光学性质测量光子学报，甄洁，王颖，王成铭，