基于声透镜的三维同时光声层析成像技术

提出了一种能实现连续分布物体的三维同时光声层析成像的新方法, 利用一个具有二维并行成像能力而且具有较大焦深的声透镜, 把一个三维物体并行成像在声透镜的像面上. 由于声透镜具有较大焦深, 可以把不同物面的光声信号准确成像在同一像面. 根据成像系统的正弦定理, 同一物面所产生的光声信号同时到达像面, 而不同物面所产生的光声信号需要不同的时间到达同一像面, 由于光速远大于声速, 因此可以利用时间分辨技术实现三维物体的同时光声层析成像. 实验结果表明, 该成像系统可以同时获得三维物体的不同层面的层析图像.     

光学相干层析及其在实验力学中的应用

光学相干层析(optical coherence tomography, OCT)是一种基于低相干干涉原理的层析成像方法,具有非侵入和快速成像等优点,可用于透明和半透明生物组织和材料内部微米级分辨率和毫米级深度的层析成像.与数字图像相关方法或位相测量等技术相结合之后, OCT还可作为一种弹性成像方法,用于载荷作用下物体内部位移与应变的全场测量,且灵敏度可分别达到纳米级和微应变级.目前, OCT弹性成像已广泛应用于眼角膜、皮肤、肿瘤、高聚物、复合材料等多种生物组织与非生物材料的测试,为定量评价组织与材料内部微观力学特性的分布提供有效的实验手段.本文在介绍OCT成像原理、位移与应变场重构方法的基础上,总结了OCT在实验力学中的典型应用,并探讨了该方法目前存在的问题与挑战.     

数字体图像相关方法研究进展

数字体图像相关方法是可测量物体内部三维全场变形的先进实验力学方法.通过匹配由数字体成像设备获取的被测物体变形前后的两组数字体图像,该方法能够获得物体内部亚体素精度的三维位移场和全场应变.得益于新型体成像设备的不断涌现、图像配准算法的持续改进以及高性能并行计算技术的快速发展,数字体图像相关方法已在生物医学、固体力学、岩土力学、材料科学等领域获得许多令人瞩目的重要应用.本文对过去20多年数字体图像相关方法中出现的各种位移和应变测量算法进行了系统回顾和评述,分析了该方法当前的局限和所面临的挑战.可以预期,数字体图像方法在实验力学领域中将扮演更为重要的角色,并有望在更多科研和工程领域中获得应用.     

动态点击

英国研制成功新型微波成像系统英国科学家日前开发出一种全新的微波成像系统。专家认为,这一系统有望在将来取代X光成像技术,为医疗服务行业提供一种效率更高、危害性更低的诊断方法。除此之外,该项研究成果还可应用于安全和工业生产等领域,例如探测隐藏的武器、地雷和爆炸物等。英国诺森伯兰大学工程技术学院的大卫·史密斯博士正在开发的这种新型微波成像系统,通过测量物体两维的“密度模式”,进而生成物体的三维图像,也就是人们所熟知的“全息图像”。利用该技术,医务工作者能够以更低的成本更快地获得检测结果。未来的电脑:有机电脑早…     

原子力显微术应用于活细胞及新鲜组织成像的新进展

原子力显微术由于其独特的成像方式, 为生物医学领域高分辨表征与成像研究提供了崭新的手段, 但其在活细胞及新鲜组织成像上仍存在着巨大挑战. 本文结合作者在活细胞及新鲜组织成像方面的工作, 对原子力显微术两种常用工作模式(接触模式和轻敲模式)的特点和局限、新的轻敲模式(磁驱动轻敲模式, MAC mode)用于活体生物样本的优势以及MAC mode所提供的一种反映样品表面新信息的TREC像进行了叙述, 进而介绍了目前原子力显微术在活体生物样本成像方法及表征研究方面的进展.     

动物眼睛给人类的启示

在所有动物的眼睛中,人眼是较高级的,对所见的物体能迅速成像,这归功于人具有一个公共屈光系统——晶状体,它能受睫状肌的调节而改变凸度,从而能使不同距离的物体清晰成像,投射到视网膜上。根据人眼的结构及成像原理,人们仿制成了普通照相机,这种照相机镜头中的凸透镜就和     

用灌砂法测定路基的压实度

再不要以为电影《哈利·波特》中的隐身斗篷是遥不可及的,一项最新的研究成果显示,隐身斗篷可能会成为现实.美国近期<科学>杂志报道,美国成功构建了对蓝绿可见光谱具有负折射率的纳米结构光子材料.这一研究成果有望产生能够进行分子成像的新型光学显微镜,甚至创造出一些能使物体遁形的遮蔽装置.     

隐形衣让士兵变成透明人

再不要以为电影《哈利·波特》中的隐身斗篷是遥不可及的,一项最新的研究成果显示,隐身斗篷可能会成为现实.美国近期<科学>杂志报道,美国成功构建了对蓝绿可见光谱具有负折射率的纳米结构光子材料.这一研究成果有望产生能够进行分子成像的新型光学显微镜,甚至创造出一些能使物体遁形的遮蔽装置.     

关节软骨和骨关节炎的傅里叶变换红外光谱学显微成像研究进展

傅里叶变换红外光谱学显微成像(FTIRI)将傅里叶变换红外光谱测量和微区成像技术有机结合起来,同时采集样品的分子光谱和表面形貌信息,可以获得样品空间各微区位置的组成和分子结构信息.本文简述了该成像系统的构成、特点和工作原理,介绍了FTIRI在生物医学/光学领域新开辟的关节软骨光谱成像.重点介绍了该技术用于研究正常关节软骨和骨关节炎软骨所取得的代表性成果和进展,分析了部分局限性及其在该领域的未来发展前景.     

两块晶体的硬X射线衍射增强成像

硬X射线衍射增强成像(DEI)方法利用一块或一对放在样品和探测器之间的完美晶体(分析晶体), 把X射线(经过多块晶体单色化, 具有较高单色性和准直性)穿过样品时产生的透射光、折射光和散射光彼此分开来成像, 是一种和X射线相位变化梯度有关的成像方法, 能够大大提高弱吸收体硬X射线成像的衬度和空间分辨率. DEI成像的光路通常较为复杂, 入射光要经过多块晶体的衍射, 调节不便, 不利于实用化. 为了探索简化DEI方法的可行性, 在北京同步辐射装置(BSRF)仅用两块Si(111)单晶体(一块作同步辐射白光的单色器, 另一块作为Bragg模式的分析晶体)作了一系列DEI成像实验, 在摇摆曲线的十多个位置获得了衬度和分辨率均比吸收像明显提高的硬X射线衍射增强像, 并解释了分析晶体位于摇摆曲线不同位置时所得图像在明暗对比和成像衬度等方面的差别. 这是目前使用晶体最少的Bragg模式的DEI成像.     

计算光学相位成像:从干涉数字全息到光强衍射层析

<正>自400多年前问世以来,光学显微技术经历了不断地革新,已从Leeuwenhoek时代简单的单透镜装置发展成为一种极为重要且精密的观察与计量科学仪器,广泛地应用于生物医学、工业生产、材料化工与科学研究等领域.2014年,诺贝尔化学奖授予了超分辨率荧光显微技术^[1].该技术突破了光学显微镜衍射极限的限制,将荧光显微成像的分辨率带入纳米时代,极大地推动了生命科学和基础医学的发展.除分辨率外,光学显微镜面临的另一大挑战是对比度传统显微镜受强度(振幅)探测机理所限,对无色透明物体(如细胞)的成像依赖染色标记.而在研究活细胞的生理活动及其长时程动态过程时,无标记显微是一种最为理想的探测手段1932年,Zernike发明了相差显微镜:通过空间滤波原理极大地提高了透明物体在镜下的可分辨性,Zernike也因此获得1953年的诺贝尔物理学奖^[2].但时至今日,该技术仍局限于二维定性观测,无法实现三维定量测量,发展较荧光显微技术明显滞后.     

纳米探针在分子影像领域的研究进展

随着人们对医学诊断要求的提高, 现有的影像诊断技术已经不能满足疾病高效超前诊断的需求. 而分子影像诊断技术从分子水平对疾病的异常结构和功能进行生理、生化水平显像, 能为疾病的诊治提供更为精确的信息. 分子影像学的发展除了需要先进的成像设备外, 最关键的是要发展新型而高效的成像探针. 目前常规的造影剂和分子探针因为信噪比较低、不具备靶向性等缺点而无法满足成像要求, 而在各种纳米材料基础上发展起来的纳米影像探针显示出较好的显像效果. 本文主要综述光学成像(optical imaging)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, RI)、正电子发射断层成像(positron emission tomography, PET)、电子计算机X线断层扫描(computed tomography, CT)、单光子衍射成像技术(single-photonemission computed tomography, SPECT)、光声成像(photoacoustic imaging, PA)、多模态成像(multi-modality imaging)等各类分子影像中纳米探针的种类、应用及发展前景.     

多探针扫描探针显微镜研究进展与应用

扫描探针显微镜(SPM)是微纳尺度形貌表征、物性测量及微纳操作的重要工具之一.传统的SPM只有单一探针,功能单一,多探针扫描探针显微镜(MP-SPM)的出现拓展了SPM的应用.MP-SPM的多个探针可充当精确定位的测量电极,从而提供了一种无损探测样品微纳尺度电学输运性质的方法;也可相当于多只独立活动的"手",相互配合实现复杂的纳米操作;还可以探针成像,成像信息作为其他探针操作的先验/反馈信息,从而提高操作的效率及准确性.本文首先介绍了MP-SPM的基本仪器结构,多探针距离缩小及位置标定方法,以及使用多探针技术测量材料电阻率的原理,接着总结了近年来MP-SPM在样品微纳尺度电学输运性质测量、微纳操作、并行成像与操作以及新型力学性质测量等方面的应用,最后探讨了该技术的前沿发展以及面临的机遇与挑战.     

数字加和任务时的脑内负激活研究

近年来, 负激活逐渐成为脑功能成像研究中的热点, 但数字加工中负激活现象尚未见报道. 本研究运用功能磁共振成像技术研究了15名健康被试在数字加和判别实验中的全脑负激活现象. 结果显示, 后扣带回及临近的楔前叶区域、前扣带回和前额叶区域都出现了负激活, 特别是两侧脑岛也出现了显著负激活. 结合这些区域所参与的相关认知功能, 探讨了它们对于维持静息状态下人脑认知活动所起的重要作用, 并发现脑岛参与了静息状态下从外界获取声音信息的活动.     

物体功能抑制自然的成因对人造物分类的影响

早期研究显示, 人造物概念的分类会受到多种因素的影响(如物体的成因和功能等). 这些因素之间的关系可能是相互独立的, 也可能有复杂的交互作用. 实验采用大样本施测(N = 169), 沿用自然语言呈现物体属性并要求被试做自由命名的任务, 考察物体的功能和成因影响物体分类的交互模式. 结果发现: (ⅰ)不呈现物体的功能时, 呈现物体的自然成因会增强被试将物体分类为自然物的反应倾向, 同时会削弱被试将物体分类为人造物的反应倾向; (ⅱ)呈现物体的功能时, 被试强烈倾向于将物体命名为某种人造物, 而且, 呈现物体的自然成因没有减少被试将物体分类为人造物的反应. 结果说明, 物体的功能抑制了物体成因的作用, 而物体成因却没有干扰物体功能的作用. 结果提示, 物体的功能是影响物体分类的核心成分.     

穿透夜幕的火眼睛金

在不久前的一次国际汽车博览会上,一辆凯迪拉克帝威2000型轿车引人注目,在介绍新车的录像片中,只见司机在夜幕下闭灯驾车如有神助,原来此车装有红外传感器,可探测车前数百米内的物体所散出的热能并形成图像,图像被投影到司机挡风玻璃的下方,使司机将前方公路及路旁的一切都尽收眼底,这辆使司机在黑夜如同长了神眼的汽车,就装有红外热成像夜视系统。     

高柔性超高空间分辨力触觉传感器阵列的研究

触觉传感器阵列是一种测量自身敏感面与物体之间相互作用参数的装置,是智能机器人与外部环境接触所必需的感知装置.触觉传感器阵列敏感面包含有许多触觉敏感元,并以阵列形式排列,以便获取敏感面与物体之间相互接触的二维分布力函数,即触觉图象.高柔性和高空间分辨力触觉传感器阵列,不仅能有效地获取丰富的接触信息,而且有利于机器人手爪可靠地接触和抓握物体.但目前国内外许多触觉传感器阵列的空间分辨力指标和柔性指标     

多模态成像引导的光热抗肿瘤联合疗法研究进展

光热疗法(PTT)是一种借助光热试剂将特定波长激光的光能转化为热能,通过局部组织热效应来治疗癌症的方法.因其具有高肿瘤消融效率、对正常细胞的毒副作用小等优点,引起了人们的广泛关注.近年来,大量低毒性、高生物相容性、高光热转换效率的光热试剂被开发.单一PTT虽可杀死癌细胞,但因其可视化程度低、高热过程难以控制,且极易造成癌症二次复发和转移,严重限制了其发展.因此发展具有多模态成像结合癌症治疗方法的光热诊疗纳米平台具有重要的意义.本文综述了近年来多模态成像引导的光热抗肿瘤联合诊疗的最新进展,包括PTT相关的癌症诊断(热成像、光声成像、光致发光成像、磁共振成像、X射线计算机断层扫描成像、正电子发射断层扫描成像等),以及PTT与其他癌症治疗方法(光动力疗法、化学药物疗法、免疫疗法、放射疗法、声动力疗法等)结合的策略.此外,就目前光热诊疗纳米平台所面临的挑战和未来的前景进行了深入分析和展望.     

物体的成因影响人造物分类的特异性

以前的研究发现, 物体的成因(是否人工制造而成)影响成人和幼儿对物体的命名和分类, 但没能说明成因影响物体分类的特异性, 即成因的作用发生在概念系统的哪个水平. 两个实验用前人研究的物体命名任务的变式, 检验了物体的成因对物体概念系统的领域水平(划分“人造物/非人造物”的水平)和基本水平(物体命名的水平)分类的影响. 结果显示: (ⅰ) 完成自由命名任务时, 人工制造条件的成因使物体被更多地分类为人造物领域的范畴, 而自然形成条件的成因使物体被更多分入自然物领域; (ⅱ) 用迫选任务强行改变基本水平的分类后, 领域水平分类的模式保持不变. 综合起来, 两个实验的结果说明领域水平和基本水平的分类可以分离, 而物体的成因对物体分类的影响只发生在物体概念系统的领域水平. 此外, 被试陈述的分类理由提示, 人工制造条件的成因可能导致被试自动推测物体的功能, 进而影响物体分类. 最后讨论了物体的功能对物体分类的影响, 以及新理论代替基于设计的人造物分类理论的可能性.     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.