二类水体中藻蓝蛋白的高光谱提取模式

通过测定高光谱离水辐射率和光吸收，对水体中藻蓝蛋白的光谱进行了研究，结果发现：在离水辐射率的高光谱曲线中，藻蓝蛋白在620nm的吸收峰表现明显．采用分析算法建立了藻蓝蛋白的生物光学模式，并运用误差分析方法对建立的藻蓝蛋白生物光学模式进行了校正，经过光谱校正获得的藻蓝蛋白与实际测得的藻蓝蛋白浓度的相关性（R=0．755）较光谱波段比（709nm／620nm）获得的藻蓝蛋白浓度的相关性（R=0．729）要好，证明校正算法可以提高藻蓝蛋白浓度的提取精度．     

微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统, 微波致热超声扫描成像(MITAT, microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势, 因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注. 介绍了一个完整的MITAT原型系统, 并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验. 在这些实验中, 通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号, 获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像. 为了验证MITAT的优势, 一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究; 两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.     

基于海面-遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法

海面Rw1 Rw2 曲线到遥感器R1 R2 曲线之间 ,斜率的传递是线性的 .传递的比例因子(td2 /td1) (toz2 /toz1)取决于该两个波段的大气透射率 (包括漫透射率和臭氧层吸收率 )的比值 .于是 ,提出以大气部分斜率传递现象为基础的αR1 R2 算法 (斜率法 ) ,适于进行考虑Ⅱ类水体大气校正的近海悬浮泥沙遥感监测     

HJ-1A星干涉成像光谱仪数据业务化光谱重建

2008年9月6日, 环境减灾小卫星星座A/B星(HJ-1A/B)成功发射. HJ-1A星上搭载的干涉成像光谱仪是我国第一个对地成像的星载高光谱相机(HSI), 同时也是世界上第一个基于干涉成像原理设计的民用高光谱成像仪, 具有极为重要的研究与应用价值, 是我国星载高光谱相机发展的一个重要里程碑. 针对HSI原始干涉数据的特点, 研究并建立了HSI数据业务化处理流程与光谱重建的算法, 尤其针对干涉数据的预处理, 设计了CCD相对辐射校正、全系统校正、滤波、相位修正、切趾等数据预处理算法. 目前, 该光谱重建流程与算法已在中国资源卫星应用中心多星多任务地面数据处理系统中得到实施和应用, 具有极高的运行效率与较理想的处理质量.     

针孔SPECT成像完全三维图像重建的研究

依托自行研制的一台高分辨率小动物单光子发射型计算机体层成像系统(Micro- SPECT), 开发针孔SPECT成像的完全三维图像重建技术. 该研究包括: 针孔SPECT成像的投影算子推导及其在Radon空间的采样特性分析; 有效的系统几何参数校正方法; 适用于圆轨道和螺旋轨道扫描的三维图像重建算法及定量补偿方法的实现. 为验证开发的完全三维图像重建技术, 进行了相应的计算机模拟成像、模具成像及小鼠成像实验, 并对结果进行了讨论. 计算机模拟和模具及小鼠成像实验显示: 跟基于解析求逆理论的近似图像重建算法FDK相比, 基于统计理论的三维迭代图像重建算法结合有效的系统响应补偿方法, 能够显著地改善重建图像质量和提高系统成像分辨率; 螺旋轨道扫描的针孔SPECT成像技术可以有效地克服常规圆轨道扫描成像的局限性, 扩大成像系统的轴向视野, 提供相对完备的锥形束投影采样空间, 实现高分辨率的全身小动物SPECT成像. 实验结果表明我们开发的完全三维图像重建方法与技术是切实有效的, 达到了预期的目的, 可以较容易地推广应用于多针孔SPECT成像的三维图像重建.     

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.     

含有谐衍射元件的红外双波段减热差系统设计

首次将谐衍射透镜成功地引入红外双波段系统的减热差设计中, 系统只使用硅和锗两种材料, 三片透镜, 此系统不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量, 而且在- 70℃到100℃温度范围内, 使系统在两个波段内同时较好地完成了校正系统的轴向像差, 波前差均小于1/4波长, 光学传递函数接近衍射极限. 设计结果表明, 谐衍射透镜的光谱特性介于折射透镜与衍射透镜之间, 恰当的选择谐衍射透镜的厚度和中心波长, 能够设计出简单实用的双波段减热差系统. 同传统的折射系统相比, 降低了对工艺水平的要求, 成本大大降低, 使设计结构紧凑, 片数少, 透射比高, 具有良好的消像差和减热差特性.为红外光学设计提供了一种全新的器件.     

荧光相关光谱技术的研究进展

荧光相关光谱技术(fluorescence correlation spectroscopy, FCS)将单分子荧光探测技术与统计光谱方法相结合,通过共聚焦荧光测量光学设计与单光子计数方法,测量微小探测体积内由于荧光分子运动所产生的荧光信号涨落,进而对此涨落信号进行关联函数分析,获得分析扩散运动速率、探测空间内平均分子数等重要参数,是研究生物学和生物化学的重要手段.与其他荧光成像和生物物理方法相比, FCS具有高分辨率和高灵敏度等优势,已成为用于量化分子动力学的强大技术,广泛应用于生物医学、生物物理学和化学等领域.本文首先介绍了单点FCS和荧光交叉相关光谱(fluorescence cross-correlation spectroscopy, FCCS)的基本原理,并对FCS和FCCS的实施提供了建议;然后介绍了扫描FCS和图像相关光谱(image correlation spectroscopy, ICS)的基本原理与方法,并对其不同的衍生技术进行了讨论;最后介绍了FCS在膜蛋白、DNA染色体、蛋白质和核酸、酶和多细胞生物及组织中的应用.我们相信,随着技术的发展, FCS有望为生物...     

近红外光谱分析方法研究:从传统数据到大数据

近红外光谱分析技术作为一种绿色分析技术,在许多领域中已得到广泛应用.随着应用的深入和拓展,近红外光谱的数据类型逐渐从传统数据变成近红外光谱大数据.本文总结了近红外光谱的预处理、奇异样本筛选、多元校正和模型转移等技术及其在相关领域的应用.对近红外光谱大数据分析技术的初步研究,包括近红外光谱在工业品在线检测、不同批次产品鉴别中的应用以及近红外光谱物联网系统等也进行了综述.此外,对于近红外光谱大数据未来的发展及近红外光谱大数据云平台的基本功能、软硬件的设计与开发、建设过程中需要解决的问题等进行了详细阐述.     

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.     

正常及病变组织相位编码三次谐波超声透射成像

提出利用相位编码技术提高生物组织三次谐波超声透射成像中的信噪比, 输出三个相位分别为0°, 120°和 240°的脉冲信号, 并将各自接收信号进行线性叠加. 理论及实验表明: 三次谐波声压提高了9.5 dB, 而基波和二次谐波信号被有效地抑制; 三次谐波的轴向和径向指向性比二次谐波好. 利用相位编码技术对两种正常和病变生物组织进行三次谐波透射法成像, 并与传统单脉冲技术的基波以及二次谐波成像比较, 进一步证明了该技术能增强图像的清晰度和对比度, 提高区分正常和病变组织的能力.     

主族层状低维半导体的偏振光探测器

偏振探测在成像、遥感和生物检测等领域具有非常广泛的应用.为了契合光电领域高度集成化的发展目标,偏振光探测器的器件结构需要跳出复杂的检偏器与探测器分离式结构模型,开发新型探测路线.对偏振光天然敏感的主族层状低维半导体可实现直接偏振光探测,实现探测结构的简化.基于Ⅳ族锗系和锡系的低对称性层状半导体在短波近红外具有较高的光响应以及偏振灵敏度,并且基于二维GeSe的偏振光探测器已经实现对近红外实物的二维式扫描偏振成像.基于Ⅴ族锑系和铋系的层状半导体在可见光波段具有较宽的光谱响应以及低的探测噪声,也已实现偏振成像.基于该两类主族层状低维半导体的偏振成像为未来偏振图像传感技术提供了一种简洁可行的思路.     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

量子点经嗅觉通道进入中枢神经系统的可视化过程

模拟纳米颗粒呼吸道暴露及鼻腔给药模式, 给ICR雌性小鼠鼻腔滴注量子点溶液, 用动物活体荧光成像系统和荧光显微技术观察小鼠鼻腔、嗅球及大脑等组织中量子点分布随时间的变化情况. 动物活体荧光成像可见, 鼻腔滴注量子点30 min后, 量子点溶液扩散到嗅球, 2 h后鼻腔荧光强度逐渐变弱, 24 h仅在嗅球部位仍有可见荧光. 荧光显微镜观察组织切片可见, 滴注30 min时, 量子点仅存于嗅球前端边缘, 1 h后进入嗅球, 并向嗅球深层转移, 24 h后发现嗅球内量子点荧光变弱, 并在大脑组织切片内观察到量子点荧光. 结果表明, 纳米颗粒可以经过鼻黏膜进入脑组织, 分布于嗅球、大脑等部位.     

基于超声显微镜的脊髓损伤的术中观测:动物预研

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是一种严重的中枢神经损害,许多基于动物模型的实验证明神经再生和细胞植入方法对于脊髓修复是有效的.为了更好地应用这些方法进行脊髓修复与桥接,对脊髓损伤区域的准确定位与识别成为术中必须解决的问题.本文的目的在于评估超声显微成像(ultrasound backscatter microscopy,UBM)是否能够有效地识别脊髓损伤区域,以及UBM图像与组织学图像的一致性.实验选择了Wistar大鼠(1只正常与7只SCI造模)作为实验对象,在进行椎板切除术后,使用中心频率为55MHz的超声显微系统进行脊髓损伤部位的定位与成像,并与常规B超图像和组织学图像进行了对照.结果显示,与常规B超相比,从UBM图像中能够有效识别大鼠在脊髓损伤后形成的囊腔和继发损伤形成的陈旧性胶质瘢痕.该研究结果表明,UBM在神经再生与修复手术中具有潜在的临床应用价值.     

不同尺寸二氧化硅纳米颗粒体内分布与代谢研究

基于二氧化硅荧光纳米颗粒(FSiNP)的荧光信号同步指示功能, 通过实时、原位活体荧光成像技术, 并结合离体器官成像、组织切片成像以及尿液荧光成像等方法, 系统地研究了不同尺寸二氧化硅荧光纳米颗粒在裸鼠活体内的分布与代谢. 活体成像结果表明纳米颗粒尺寸越小, 血液循环时间越长, 全身分布情况越明显, 随着时间的延长纳米颗粒逐渐聚集到肝脏、膀胱等部位; 通过离体器官成像和组织切片成像进一步证实了活体成像所观察到的结果. 同时, 肾脏组织切片以及尿液成像结果显示, 颗粒越小越容易通过泌尿系统排出体外. 研究结果为今后开展不同尺寸纳米颗粒材料在活体内的应用研究打下基础.     

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.     

微藻光谱衰减特性测量的一种改进方法

给出了一种可更准确测量微藻混悬液及微藻细胞光谱衰减特性的改进方法,该方法利用不同藻液光程的两个比色皿进行测试,充分考虑了多层介质间的多次反射作用.利用改进的双光程法测得蒸馏水的光谱衰减系数与文献中的数据吻合较好.实验结果表明在300~700 nm波段,BG11培养基的光谱衰减系数显著高于蒸馏水,而大于700 nm波段时,其光谱衰减系数与蒸馏水基本相同.在300~1300 nm波段,小球藻混悬液的光谱衰减系数随波长变化明显且随着浓度的增大而增大,而在1300~1800 nm波段时,浓度对其的影响减弱.在测量波段,不同浓度小球藻的衰减系数及衰减截面随着波长增大逐渐减小,且不同浓度小球藻衰减截面非常接近.     

Optical Coating Broadband Thickness Monitoring System

针对传统的宽带膜厚监控法存在精度低和灵活性不高的缺陷,文章提出了一种新的方法,在蒸镀过程中不断拟合更新镀层的色散系数(折射率)、膜厚等参数,而后根据所得数据不断修正设想的目标透射率(反射率),以克服传统的宽带膜厚监控法的缺陷,这就是基于修正膜层目标光谱特性的宽带膜厚监控系统.     

利用反射差频参量阵进行生物组织B/A值的层析成像

在有限振幅插入取代法的基础上,提出了利用反射模式的差频参量阵对生物组织的非线性声参量B/A值进行层析成像的理论和实验方法;测量了差频声波的指向性,并对若干生物样品进行了实验成像,获得了满意的结果,为医学超声提供了一个新的成像方法.