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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:呂宏洲
研究生(外文):Hong-Chou Lyu
論文名稱:應用時間解析自發螢光生命期與二倍頻訊號量測於牙齒組織之影像
論文名稱(外文):Application of second harmonic generation and auto-fluorescence lifetime imaging microscopy in imaging dental tissue
指導教授:高甫仁
指導教授(外文):Fu-Jen Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立陽明大學
系所名稱:生醫光電工程研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:螢光生命期顯微術二倍頻顯微術牙齒組織極化影像顯微術
外文關鍵詞:FLIMSHG MicroscopyDental tissuePolarization Microscopy
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牙齒組織是一種由有機物質組成的高度礦物質化組織。在這篇論文中,將使用二倍頻訊號、自發螢光與螢光生命週期常數影像來解析牙齒組織中的象牙質與琺瑯質。
首先,在牙齒組織與膠原蛋白的發光光譜發現,二倍頻訊號與自發螢光的強度會隨著激發光波長改變而變動,但是對於只會產生二倍頻訊號的非線性光學晶體PPLN,訊號強度並不會更動。這是因為在生物組織中,二倍頻訊號與自發螢光會有互相競爭的情形。
在二倍頻影像中,只有象牙質會顯示管狀構造,而琺瑯質並不會產生二倍頻訊號。但是,兩邊卻都會有自發螢光,而且從琺瑯質的自發螢光影像,可以看到琺瑯質的特殊結構- Enamel rod。
此外,藉由螢光生命週期影像的分析,象牙質跟琺瑯質兩邊的螢光生命週期不同,將可以更清楚地區分兩邊的交界。還有,經由螢光生命週期的比較,可以確定象牙質的自發螢光是源自於本身的膠原蛋白。
在一系列不同深度的螢光生命週期常數影像切面,可以發現在象牙質中,因為有機物質的缺失所造成的中空管狀構造。
最後,在這篇論文中,將會架設兩套偏振偵測系統,分別是在穿透式跟反射式的偵測系統。在反射式的偵測系統中,可以將自發螢光與二倍頻訊號分出O-wave 和 E-wave,並同時接收。首先,量測與確認偏振光在系統中的焠滅比率,接著,利用倍頻晶體產生二倍頻訊號,根據不同的偏振光激發,二倍頻訊號的偏振訊號也被量測,最後,觀察膠原蛋白自發螢光強度比率和生命週期常數在不同偏振狀態下的改變,兩種不同偏振方向的訊號將可以提供更多影像資訊。
In this thesis, we have developed a 2-channel TCSPC based microscopy platform for anisotropy imaging with fluorescence and second harmonic. Polarization measurements are conducted in both forward and backward directions. Dental tissues, purified collagen, and periodically poled lithium niobate (PPLN) are used as specimens to elucidate the importance and the role of anisotropy.
A dental section is a highly mineralized tissue and is formed by the association of organic materials. In this study, we used second harmonic generation (SHG) and two-photon fluorescence lifetime imaging microscope (FLIM) to image the enamel and dentin sections.
In the SH measurements, dental tissues and purified collagen exhibit excitation wavelength dependence. The SH intensity increases with the increment of excitation wavelength. For comparison, periodically poled lithium niobate (PPLN) does not show such dependence. The wavelength dependence may be caused by the competition between auto-fluorescence (AF) and SHG in collagen. In SH imaging, the tubular structure in dentin can be revealed while enamel does not exhibit any SH signal. Both dentin and enamel exhibit strong AF signals that can be used to reveal their unique morphological features, such as dentinal tubule and enamel rods.
Additionally, the FLIM images show different auto-fluorescence lifetime distributions in dentin and enamel. AF lifetime in purified collagen is also measured as a comparison. The hollow tubular structures within dentin are visualized through the absence of organic materials. We have also performed the following measurements with our unique 2-channel TCSPC based microscopy platform: extinction ratio characterization, polarization of SH (PPLN), and polarization of collagen auto-fluorescence.
It is interesting to note that in the auto-fluorescence measurement, fluorescence from different polarizations exhibits different lifetimes.
謝 誌 ………………………………………………I
中文摘要 ……………………………………………III
英文摘要 ………………………………………………V
目 次 ……………………………………………VII
圖 目 次 ………………………………………………X
表 目 次 ……………………………………………XIV
第一章 緒 論…………………………………………1

第一節 前言………………………………………………1
第二節 研究背景…………………………………………2
第三節 研究目的…………………………………………4

第二章 實驗原理 ……………………………………6

第一節 時間相關單光子計數(Time correlated Single Photon counting, TCSPC) ……………………6
第二節 螢光生命週期影像顯微術(Fluorescence Lifetime Image Microscopy, FLIM)………8
第三節 第二倍頻訊號影像顯微術(Second Harmonic Generation Microscopy) ………………………12
第四節 膠原蛋白I型(Collagen type I)………………16
第五節 週期性極化鈮酸鋰(Periodically poled lithium niobate, PPLN)……………………………………19
第六節 牙齒組織 …………………………………………21

第三章 實驗儀器與架設 ……………………………23

第一節 實驗光路架設 ……………………………………24
第二節 反射式偵測器模組 ………………………………26
第三節 穿透式偵測器模組 ………………………………29

第四章 實驗數據與內容探討 ………………………31

第一節 膠原蛋白與倍頻晶體之二倍頻訊號之比較……32
第二節 FV-300類比影像與TCSPC影像量測與比較……36
第三節 牙齒組織中自發螢光與二倍頻影像之比較 ……38
第四節 牙齒組織中的自發螢光生命週期影像 …………42
第五節 利用FLIM對牙齒組織Z軸方向解析……………46
第六節 反射式二頻道偏振影像量測 ……………………48

第五章 結論 …………………………………………56

參考書目………………………………………………58
附錄A ……………………………………………i
附錄B …………………………………………vi
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