基于透射解析模型的时域扩散荧光层析原理与实验

利用基于耦合扩散方程拉氏变换的广义脉冲谱技术和基于玻恩比的逆模型归一化表示形式,提出了无限平板透射模式下的时域扩散荧光层析图像重建方法.该方法采用外推边界条件下无限平板结构扩散方程的解析解,通过引入一对实拉氏变换因子及相应的两次线性求逆,可实现荧光产率和寿命的同时重建.将提出的算法进行了数值模拟验证,在空间分辨率、噪声鲁棒性等方面进行了评估.通过实验验证获得的荧光参数空间分布较准确的重建结果证明了此重建算法的有效性和可行性.     

基于时间分辨反射测量的混浊介质光学参数计算方法

发展了一种基于时间分辨反射测量技术的混浊介质光学参数重构方法．采用半无限空间扩散方程解析解卷积时间定标测量曲线获得模拟时间扩展曲线,将此与基于时间相关单光子计数技术实测的全时间分辨曲线进行归一化拟合;在对一个已知光学参数的定制模型验证的基础上,通过对4个参数未知的混浊介质进行测量,显示了方法的可行性和有效性．     

基于多波长数字锁相检测的光学拓扑成像方法

光学拓扑成像方法作为现有脑功能成像模态极为有益的补充,可量化脑组织中血红蛋白的氧合状况,对临床诊断和治疗工作有着非常重要的意义.但目前已推出的光学拓扑成像系统价格昂贵,较难推广,为此设计了一种结构简单、成本较低的基于数字锁相检测技术的光学拓扑成像系统,目的是以设定的源-探测光纤阵列,量化组织体浅层区域的血红蛋白浓度的变化.该系统将两路不同波长的激光信号耦合后作为辐射光源,以数字锁相技术同步检测输出光强;并以修正的Beer-Lamber定律为模型计算每对相邻的源-探测光纤处大脑皮层活动前后血红蛋白的浓度变化量.     

自发说谎的光学脑成像研究

基于功能性近红外光谱技术,采用半自发说谎范式考察对个人信息自发说谎的神经机制. 实验以26名大学生志愿者为研究对象,将其分为说谎组和控制组. 在说谎组中,要求研究对象对个人信息进行自发说谎;而在控制组中,要求研究对象对个人信息全部说真话. 研究采用含氧血红蛋白增量作为神经激活的指标. 结果表明,对个人信息进行自发说谎可引发左侧额中回的显著激活,不进行自发说谎的则不引发前额皮层区域的显著激活.     

细胞生命现象分析和研究的光学方法与手段

未来生物学发展的一个重要方向是系统生物学研究，其根本目的是从系统角度深入理解包括细胞增殖、分化、凋亡在内的重大生命过程．系统生物学研究的基本内容是高通量获取从一维的基因到多维的蛋白质信息，并通过系统整合所获得的信息而最终重构出细胞生命如何建立、执行或取消一种生物功能的基本图像，其中蛋白质信息包括蛋白质的数量和空间分布、蛋白质之间的相互作用、蛋白质在细胞生命活动中发生的变化等．随着基因组时代的基本结束，研究者已经开始从原来关注静态的“密码”转向了研究动态的“功能”．这将要求来自物理或化学的新技术应用到生物学以收集细胞动态信息．需要在活细胞水平上进行的研究至少包括两类：一类是对活细胞群体进行快速无损的功能检测，主要服务于临床快速诊断、药物筛选和某些细胞功能分析；另一类则是针对单细胞进行的亚细胞结构和大分子的动态功能表征分析．光学技术是研究活细胞功能的主流研究方法，具有无损、高特异性、高灵敏、高空间分辨、高时间分辨和实时动态等优势．主要介绍用于活细胞功能分析的光学方法与手段及其发展现状与趋势．     

光学显微三维成像特性的实验研究

讨论了激光共焦扫描显微镜的三维超分辨率成像特性,通过实验论证了在理论分析上所具有的三维超分辨率成像特性.理论分析和实验结果表明这种新的显微系统可以成高分辨率的二维层析图像并重构成三维图像.     

原位测量软材料弹性模量的光学相干弹性成像方法研究

弹性波光学相干弹性成像是利用波速定量获得生物组织弹性模量的方法,在医学研究与疾病诊断的领域具有重要应用价值．目前利用瑞利波理论评估一定厚度软材料的弹性模量存在较大的测量误差．为了提高弹性模量测量的准确度,提出了一种基于瑞利-兰姆方程反求弹性模量参数的方法．根据瑞利-兰姆方程的数值解,在确定仿体厚度的情况下,匹配合适的激励频率测量并获得弹性模量,将原位测试的弹性模量与拉伸实验结果进行比较,发现相对误差在3%以内．通过双层仿体的频散实验发现,在匹配的激励频率下,原位测量的弹性模量与拉伸实验测量的弹性模量几乎一致,结果表明该方法在测量上层仿体时不受下层仿体的影响．通过真实猪皮组织测量,结果表明该方法可以适用于皮肤组织测量．本研究提出的原位软材料光学相干弹性测量方法可以为生物组织的弹性定量表征提供更准确的测试手段．     

自闭症患者的光学脑成像研究

阐述了新近发展起来的无损光学脑功能成像技术. 通过比较几种常用的脑成像技术, 论述了光学脑成像研究自闭儿童皮层活动的可行性和便利性. 总结了国内外迄今为止利用光学脑成像研究自闭症的初步进展. 最新实验研究表明具有较高自闭特质的儿童,在共同注意任务中其前额叶的血液动力学响应与正常儿童不同. 进一步利用光学脑成像研究脑皮层活动规律及其固有的特征,有望为儿童自闭症的早期诊断提供可靠的客观依据.     

结合光学脑成像及机器学习分类算法对自闭症大脑活动特征的研究进展

自闭症的诊断一直以来是基于行为层面的观察。近年来脑成像研究表明,自闭症大脑存在结构及功能的改变,这些发现为基于成像的诊断提供了新的途径。准确的诊断要基于对大脑异常特征的准确描述,多个脑生理参量的成像可以为自闭症的大脑特征提供更全面的信息。在现有的无损脑功能成像中,光学脑成像具有较高的时间及可接受的空间分辨率,测量时对头部晃动相对不敏感,适用于对儿童,特别是自闭症儿童的研究。近红外光谱技术提供皮层的血氧代谢,而漫射相关谱技术测量皮层的血流。这两类参量可以提供互补的皮层血液动力学信息,结合更为高效的分类算法,有望取得对自闭症大脑皮层活动特征的更为准确的描述和区分。在广泛文献调研及结合自身研究成果的基础上,对利用光学脑成像研究自闭症的大脑活动特征;结合特征参量利用机器学习分类算法对自闭症的预测;以及利用多模态光学脑成像技术（即结合近红外光谱及漫射相关谱）研究自闭症的前景等问题做了系统的回顾与展望,希望为自闭症相关领域的科研人员提供参考和借鉴。     

关于不动点研究中的拓扑度方法

本文用拓扑度方法放宽了Ｐｅｔｒｙｓｈｙｎ不动点定理边界条件，研究了某类代数方程组可解性等问题。     

OTDR原理及其应用

介绍了OTDR的测试原理和基于OTDR的分布式光纤传感器的传感原理,总结了它们在各个领域的应用情况,并指出了未来的发展趋势。     

基于数值积分的车削加工时域仿真

建立了车削加工系统z向单自由度动力学模型,试验测试获得了CJ0625车床的刀架频响函数,并辨识获得结构动态特性参数.采用一种变步长方法进行时域仿真研究,该算法可以根据计算点主轴转速动态调整仿真步长,保证算法收敛,满足仿真结果精度要求.基于Matlab平台设计并编写了车削加工时域仿真软件.对时域仿真方法与频域颤振预测方法(叶瓣图法)进行了比较研究.给出了稳定切削、临界稳定以及颤振情况下的振动位移变化曲线.结果表明两种方法获得的车削加工绝对稳定切削深度误差小于607%.     

时域模态参数识别法的改进及实验研究

本文讨论利用振动系统的随机响应和自由响应信号识别系统模态参数问题。文中提出了将系统的固有频率与阻尼比同振型先后予以识别的方法。提出了一种在实数域内识别模态参数中幅值与相位的新方法,并得到一个简化算式。模拟计算和现场试验表明,本法是行之有效的。最后对有关模型定阶及虚假模态的剔除等问题进行了探讨。     

含参考光路的时间差法动态调焦式光学测头

为了满足对机械件、光学件和电子件等几何形貌质量控制和产品监测越来越高的要求,在动态主动调焦法测量原理的基础上,提出一种含参考光路的时间差法动态调焦式光学测头的检测方法.论述了该测头通过测量参考光路和测量光路的时间差实现位移测量的测量原理及其结构,并对这种新的测量方法进行了详细的误差分析,对该光学测头及其测量系统进行了各项实验.实验表明,含参考光路的时间差法动态调焦式光学测头及其测量系统的测量范围为±0.1mm,测量分辨力为0.075μm,线性度误差约为0.45μm.     

变时间分数阶扩散方程的数值模拟

考虑变时间分数阶扩散方程。首先利用分段线性插值法结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后利用Richardson外推法改进精度,最后用数值例子来验证提出的数值方法,从而说明数值方法的有效性。     

光纤局部网的分析和模拟

本文叙述了光纤局部网的特点,分析了光纤局部网的拓扑结构和访问原则.从理论上比较了传输速率,信包长度分布等因素对网络性能特性(主要是延迟特性)的影响.并对部分实践和计算机模拟结果作了评价.     

基于遗传算法的对流扩散方程逆时反问题的数值求解

利用Tikhonov正则化方法解第一类Fredholm积分方程获得该逆时反问题的解,并结合遗传算法的优点给出了一种反演的例子。实例模拟结果表明,该方法具有精度高,收敛速度快且易于计算机实现等特点。     

非线性光波导特性及其应用

从理论和实验两个方面,综述了国内外非线性光波导的研究,介绍了非线性光波的研究中比较重要的特性,并介绍了非线性光波导的应用,最后对非线性光波导中的相位匹配技术做了介绍,比较了各自的优缺点。