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摘要为了对不同层面上的生命体，如人体结构，器官，组织，细胞，蛋白，DNA等实现成像与分析，生命科学研究不断提出对新型分析测量仪器的需求。尤其是对微小生物体，如细胞，单一的显微技术已经不能满足对生物样品的观察与测量需求。因此，不同类型的显微镜常常相互结合，从而提供更多视角的信息。本文主要研究的定量干涉显微可以实现对现有显微技术的补充，其能够实时对生物样品实现相位的定量测量与分析，克服了现有大多生物显微镜只能实现定性观察的不足。作为一种可以与传统显微技术相结合的新方法，为生物细胞样品的观察和测量提供了更加丰富的技术与手段。<br>　　本文主要针对定量干涉显微技术，发展了一系列相位恢复算法，并运用该技术，实现了对生物细胞的定量实时大通量观测和对细胞的三维折射率测量，取得了如下研究成果:<br>　　在定量干涉显微的相位恢复算法研究中:<br>　　(1)设计并建立了定量干涉显微的数值模拟计算和实验测量平台。使用该数值模拟计算平台，可以对相位恢复算法进行模拟与验证，并对定量干涉显微实验装置的搭建提供参考。在此基础上，设计并搭建了定量干涉显微实验测量平台，实现了对血红细胞等生物样品的定量显微成像。<br>　　(2)提出了多项新颖的相位恢复技术，其中包括两步希尔伯特相位提取算法，基于像素移位的快速相位解包算法以及基于有效像素点拟合的单幅干涉图相位背景消除方法等等。这些算法相较于传统的相位恢复技术，在计算精度和计算效率等方面都有一定提高。此外根据生物样品的吸收特性，设计了光吸收生物样品定量相位恢复算法，该算法能够克服生物样品光吸收带来的影响，其能够更加精确地恢复生物样品的定量相位分布。<br>　　在定量干涉显微的应用方面:<br>　　(3)利用自主研发的定量干涉显微实验系统，对细胞受到外界影响的过程实现了实时观察跟踪测量以及统计。实验中，以分别在锂离子和铅离子溶液中的血红细胞作为观测对象，使用定量干涉显微技术对单个血红细胞实现了120分钟以上的实时跟踪。在统计过程中，引入了相位面积和相位体积的概念，获取了血红细胞的尺寸大小，相位分布等参数。该技术为判断金属离子对细胞的破坏趋势和程度提供了一种新途径。<br>　　(4)基于定量干涉显微实验系统，设计并实现了高通量的定量相位流式细胞仪。并基于主成分分析以及基于正则化光学流场相位恢复算法实现了使用定量相位流式细胞仪对大量细胞的多参数检测。为了进一步提高定量相位流式细胞仪的检测效率，改进了实验装置，设计了重力驱动的定量相位流式细胞仪，提高了其检测通量，在实验中可以达到～1cell/s。<br>　　(5)结合扫描以及多角度投影，本文实现了对单个生物细胞的三维折射率重构。本文提出的基于局域平面波近似的一维扫描血红细胞三维折射率重构技术摆脱了传统技术通常需要的二维旋转扫描方式，实现了快速重构血红细胞三维折射率分布。该技术手段将定量干涉显微从相位的二维测量扩展到了折射率的三维重建，实现了对细胞内部结构的观察与测量。<br>　　本文的研究成果可对定量干涉显微成像技术在医学的临床诊断，药物监测中的应用与发展起到积极的推进作用。