基于计算机视觉技术的连翘果实性状变化研究

目的:探究连翘果实发育与性状之间的关系,建立基于计算机视觉技术的连翘“辨状论质”方法。方法:采用Python库LabelMe对连翘显微横切图片进行标注,获取连翘果实显微横切各部位的面积占比。采用自制软件Lq_measure对连翘进行长度、宽度和单果面积的测量,同时称取连翘果皮(含隔膜)和种子的质量,并制作数据集。结果:连翘果实性状差异大,证实了计算机视觉技术筛选优质连翘具有工业化应用的前景,建立了一套以Lq_measure软件为基础的连翘性状研究实验操作流程,为连翘性状数据库的建立提供了基本方法,为基于连翘果型的中药“辨状论质”理论研究提供可靠技术支撑。结论:连翘种心性状可用于鉴别连翘的果实成熟度,连翘长宽比系数和连翘果皮重占比相关性为0.74,为以后的连翘质量控制提供了理论依据。

贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用

双光子光片显微镜具有分辨率高、光漂白低等优势,在生物学领域有着广泛的应用。但由于照明光片厚度与长度之间的取舍矛盾问题,导致轴向分辨率和成像视场无法兼顾,因此在应用中受到限制。为了解决这一问题,本文采用液晶空间光调制器将普通高斯照明光束调制为贝塞尔光束,利用贝塞尔光束的“无衍射”特性实现了大且薄的光片照明,光片长度与厚度之比达到了163。在此基础上,设计并搭建了一套贝塞尔双光子光片显微镜,在310μm的视场范围内实现了横向440 nm、轴向1.9μm的三维高分辨率成像。本文成功实现了斑马鱼胚胎的活体成像,可以做到血液细胞流速的测量和脊柱骨细胞的分割计数,验证了贝塞尔双光子光片显微镜在活体生物成像中的应用潜力。

改进网络模型的局部骨切片图像重构

基于骨切片图像的三维骨多孔结构数字建模是骨组织工程的技术基础,也是生物医学工程领域的研究热点,骨切片图像的质量决定了骨多孔结构数字模型的准确程度。然而,骨切片图像在获取过程中会出现数据丢失、图像受损或图像尺寸过小等问题,导致只能得到局部的切片图像。为了解决这个问题,提出对局部骨切片图像进行完整重构修复的改进条件生成对抗网络,即在条件生成对抗网络基础上,对生成器进行改进,加入嵌套残差密集块,同时,在判别器中加入极化自注意力模块,并对重构的图像进行形态学函数分析和局部孔隙率分布研究来评价生成图像与真实骨多孔图像的相似程度。结果表明该网络能准确、稳定地重构出多样化的完整骨多孔切片图像。

基于反卷积算法的超声图像优化方法

超声成像技术因其无侵入、低成本、快速、可便携化的特性,成为医学成像领域的一大研究热点.然而,受限于声波的传播特性、成像算法的弊端以及硬件发展,超声图像存在成像深度小、大量伪影、分辨率低等问题.针对超声图像中的目标混叠和分辨率低下问题,提出了一种基于信号处理的超声图像优化方法,通过反卷积算法对超声探头采集到的原始信号进行处理,再将处理后的信号按照延时求和成像算法重建为图像.提出的方法可以减轻信号间的混叠,最终减轻图像中的混叠,令图像中原本难以辨认的微小结构和细节信息得以展现.通过仿真和实验证明,经过处理后的信号所重建的图像质量优于原始信号所重建的图像,验证了提出的信号处理方法的有效性.

高灰度级高分辨率激光散斑血流实时成像研究

激光散斑对比成像是一种大测量范围、实时、高分辨率的光学成像方法.现有研究表明,低灰度级(8位)低分辨率(752像素×480像素)照相机可以有效监测血液等散射介质流动,但散粒噪声大、有效成像区域小等缺点难以通过软件弥补,严重影响成像质量.使用高灰度级(16位)高分辨率(2 048像素×2 048像素)照相机监测血液流动会减慢单帧成像速度,并行计算能使图像处理时间减少1/3.研究借助动物血液流动实验,以成像速度与成像质量为评价标准,对比分析高灰度级高分辨率空间激光散斑对比成像与空间近似激光散斑对比成像(sLSCIa)、时间激光散斑对比成像(tLSCI)的结果.结果表明,高灰度级高分辨率空间激光散斑对比成像并行计算兼顾成像质量与成像速度,可以达到临床实时监测血液流动要求.

基于图像技术量化皮秒激光治疗纹身祛除效果研究

尽管纹身的人数在增加,但希望祛除纹身的需求量也在增加。现在纹身祛除大多采用激光进行治疗,但仅凭肉眼观察的单次疗效不够理想,往往需要重复治疗。因此,研究了基于图像技术量化评价治疗的效果。使用皮秒激光对猪皮的不同颜色的纹身进行照射,采集治疗部位与正常皮肤组织的图像,再标准化提取部位,并对此部位的图像进行特征提取后,量化照射前后的纹身所占面积比,进而得到祛除率。为了验证量化算法的可靠性,设计了不同对比度的标准图像来计算色素占比,得到的误差均小于0.01%,证明该算法是可靠的。对于色素祛除的量化评价能客观反映激光祛除色素的效果,避免了因医师的主观判断所造成的疗效偏差,为治疗参数的选择及疗效的提高等提供了帮助。

蛋白质三维结构解析的方法

三维结构是生物大分子功能分析的基础.对生物大分子的原子框架深入研究可以确定其结构、功能和进化的根源,有助于指导疾病的治疗以及靶向药物的开发.蛋白质是生命活动的物质承担者和体现者,对蛋白质结构的解析是阐明其发挥功能的分子机制的前提.从原理、发展历程及优缺点等方面对现有的4种蛋白质结构解析方法进行了简要概述,即X射线衍射法、核磁共振法、冷冻电子显微镜法以及基于大数据进行蛋白质结构预测的AlphaFold人工智能系统,旨在回顾结构生物学的发展历程,系统梳理目前蛋白质结构解析的发展现状.

基于不同频率成份衰减矫正的光声成像方法

根据超声衰减理论,研究了光声信号不同频率成份随距离的衰减差异,及其对光声图像重建的影响;提出了对光声信号不同频率成份进行衰减矫正的成像方法,此方法增强了光声信号的高频成份,突出了吸收体的边界变化和细微的结构特征,提高了成像系统分辨率,实验结果显示系统分辨率由0.3mm提高到0.2mm.实验所用的光源为YAG激光器,波长为1064nm,重复频率为20Hz,脉宽为6ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1mm.

基于直接数字频率合成的混合频率恒流源设计

对比已有的混合频率恒流源实现方式,提出一种灵活性好、稳定性高的实现结构。从系统组成角度分别介绍直接数字频率合成、电压控制增益放大器、电压控制电流源三个模块及其实现方法。从仿真及实测结果看,设计的恒流源能够达到较高的输出阻抗。通过实测电流的时域波形图及频谱图分析,恒流源能输出混合任意两种频率正弦波形的电流,且噪声水平较低。该设计在三维多频电阻抗成像系统中得到良好的应用,可提高成像系统的测量速度及精度,并使电阻抗成像技术有效应用于阻抗变换快的检测对象。

光声成像及其在生物医学中的应用

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法,它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点,以超声探测器探测光声波代替光学成像中的光子检测,从原理上避开了光学散射的影响,可以提供高对比度和高分辨率的组织影像,为研究生物组织的结构形态、生理特征、代谢功能、病理特征等提供了重要手段,在生物医学临床诊断以及在体组织结构和功能成像领域具有广泛的应用前景.对光声成像技术的机理、光声成像技术和方法、光声图像重建算法以及光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍,希望有助于推动我国在该领域的科研和开发应用工作的迅速发展.

ZEISS LSM 780激光扫描共聚焦显微镜的三维成像及分析

针对ZEISS LSM 780激光扫描共聚焦显微镜的三维图像获取步骤做了系统的介绍,详述了光学切片的设置和获取过程,后期应用Zen2011 black和blue软件进行三维重构的渲染及图像分析、数据采集。列举出三维成像中常见问题及解决办法,使仪器为教学和科研工作提供更优质的服务。

基于UPLC-Q-TOF/MS代谢组学探究虹鳟鳃对热应激的生理反应

全球气温日趋升高导致的水温上升可引起虹鳟(Oncorhynchusmykiss)代谢紊乱,为解析其在热应激下的代谢变化特征,研究基于UPLC-Q-TOF/MS代谢组学技术,探究了虹鳟鳃靶器官在高温暴露(20℃和24℃)及恢复到初始温度(14℃)下的代谢生理反应。研究结果表明,与对照组相比,在20℃、24℃高温组和14℃恢复组中分别鉴定出128、130和108种差异显著代谢物。在高温暴露下,亚油酸、花生四烯酸等与脂质代谢相关的代谢物及还原型辅酶Ⅱ(NADPH)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽二硫化物(GSSG)等与细胞氧化还原状态相关的代谢物均发生显著改变。富集分析表明这些代谢物主要涉及虹鳟鳃的甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、亚油酸代谢、花生四烯酸代谢、磷酸戊糖途径和谷胱甘肽代谢等代谢通路,但在温度恢复到14℃后,除鞘脂代谢外,其他代谢途径均未恢复至正常状态。上述结果表明,热激导致了虹鳟鳃靶器官的脂质代谢紊乱,可能导致鳃细胞膜的结构和功能的损伤,诱使鳃细胞出现炎症反应,并产生免疫应答。同时,虹鳟鳃细胞通过磷酸戊糖途径产生的NADPH来调节谷胱甘肽代谢中GSH/GSSG比值以提高细胞的抗氧化能力来对抗氧化应激,防止细胞凋亡。研究结果为理解热应激下虹鳟的生理反应提供了科学依据。

^(18)F-FLT PET/CT在弥漫大B细胞淋巴瘤诊断及分期中的价值

本研究旨在比较18F-FLT PET/CT与CT对弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL)的诊断及分期的评估价值,分析DLBCL病灶的18F-FLT PET/CT显像及分布特点。收集2008年9月至2009年12月在本院经病理确诊的36例DLBCL患者,以18F-FLT PET/CT及CT扫描全身及头颅,用18F-FLT PET/CT及CT测量原发肿瘤的部位、大小及SUVmax,计算与主动脉弓血池SUVmax比值(T/MB)。结果表明,18F-FLT PET/CT及CT检测DLBCL病灶的一致率为79.10%,其敏感性分别为96.65%、85.44%,特异性分别为100%、57.14%,阳性预测值分别为100%、96.70%,阴性预测值分别为61.11%、21.05%,假阳性率分别为0%、42.86%,假阴性率分别为3.35%、14.56%,准确率分别为96.82%、83.64%。以上指标组间比较均有统计学差异(P<0.01)。结论:18F-FLT PET/CT对DLBCL检测的敏感性、特异性均明显好于CT,能够协助DLBCL准确分期,18F-FLT与18F-FDG PET/CT显像比较尚待进一步研究证实。

利用机器学习方法对神经肌肉罕见病DMD进行分类预测

为早期诊断和检测神经肌肉罕见病——杜兴氏肌营养不良(DMD),设计了一组分类预测试验.首先,利用小波变换对DMD患者组和健康对照组的磁共振图像(MRI)进行小波分解;其次,从所得的分解图像中提取出若干纹理特征参数并进行降维处理;最后,再基于这些纹理特征参数,利用支持向量机算法(SVM)对试验图像进行分类预测.试验结果显示,若选择适当的小波分解尺度、分类器核函数和相关参数组合,则MRI图像的分类灵敏度、特异度和准确率分别可达96.9%,97.3%和97.1%.该处理方法有望为临床提供客观有效的辅助诊断手段,可作为DMD罕见病无创检测的尝试探索.

人工神经网络和支持向量机性能比较及其在DMD疾病识别中的应用

对人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)这两种机器学习方法进行了分析与比较,并分别利用两种算法对神经肌肉罕见病DMD的磁共振图像(MRI)数据进行建模、分类预测.经对比后得出结论:两种算法结果均表明,DMD的两类MRI(T1和T2)中,T1更具特征性,故此类患者的MRI检查可仅进行T1扫描;若能选择合适的模型参数,则两种算法模型均具有极好的分类预测效果,其灵敏度、特异度和准确率分别高达98.5%,97.3%,97.9%和96.9%,97.3%,97.1%;利用机器学习方法对DMD患者的MRI进行分析处理可作为该病无创检测的技术探索,有望为临床提供客观有效的辅助诊断手段.

草鱼基因组DNA一些RAPD位点的遗传分析及分子标记筛选

RAPD技术的实验结果很容易因实验条件和反应参数的不同而造成差异。为了建立能通用的草鱼基因组多态性分析RAPD分子标记体系,需要利用RAPD位点按照孟德尔共显性规律遗传的特点,用不同遗传背景的材料对多态性的RAPD位点进行统计遗传学比较分析以判断其真实性。为此,本实验选择具有遗传多态性的湘江流域草鱼群体和经连续两代人工诱导雌核发育获得的雌核发育草鱼品系,对一些可能作为草鱼基因组DNA分子标记的RAPD位点进行了遗传学比较分析。所用的10条多态性随机引物共检测到30个多态性RAPD位点。两个不同遗传背景群体的遗传统计对比分析结果表明:这30个多态位性位点在湘江流域草鱼群体和雌核发育草鱼群体中的分布符合孟德尔遗传规律,可以作为草鱼基因组DNA分析的可靠分子标记。本实验的观察结果还表明:在人工诱导雌核发育过程中,存在RAPD位点的快速丢失现象,两次人工诱导雌核发育过程中共丢失了17个多态性位点。因此,加强对自然水体中草鱼种质资源多样性的保护和利用各种现代生物学技术纯化、筛选和组合优良性状基因,是草鱼遗传育种中同样重要和不可或缺的两个方面。

基于数字希尔伯特变换的OCT信号处理与系统实现

信号处理方法的选择是光学相干层析(OpticalCoherenceTomography,OCT)系统研制的重要环节,直接决定着OCT系统的硬件构建和实现。应用硬件实现OCT信号处理的方法虽然速度快,但存在硬件开销大,系统配置可调节性差等缺点。进而采用了基于数字希尔伯特变换的软件方法来处理OCT信号。该数字处理方法对探测得到的离散干涉实信号进行解析拓展,得到同时具有振幅信息和相位信息的复信号,其中的振幅信息被用于OCT的图像重建。介绍了研制的光纤OCT系统和各驱动单元的同步时序控制,最后给出了人体皮肤和洋葱的OCT高清晰层析图。

蔡司LSM 7DUO NLO激光共聚焦显微镜的应用和管理

介绍了蔡司LSM7DUO NLO激光扫描共聚焦显微镜三个组成部分单光子、双光子和快速扫描的硬件配置和软件功能以及成像和图像分析的应用,例如单、双光子图像叠加,多视野拼接拍摄、三维重构等功能在生命科学研究中的应用。介绍管理该仪器的一些方法和心得,保障仪器为教学和科研工作提供更好的服务。

基于探测超声的生物组织无损光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域,使之与光致声场产生相互作用,光声信号将耦合到探测束上,再解调探测超声来重建光吸收区域的图像,可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性,也反映了组织的声学特性.实验中,通过旋转超声探测器进行数据采集,并利用滤波反投影算法重建图像,可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽,其吸收是特征分子选择性的,所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法,也可用于组织的功能成像.

基于Monte Carlo模拟的系统矩阵解析算法

系统矩阵是单光子发射计算机断层成像系统(SPECT)中迭代重建算法的关键因素。蒙特卡洛(MC)模拟是计算系统矩阵最准确、最常用的方法,但是标准的MC算法最大的缺点就是耗时太长。为此,提出一种新的解析算法:利用MC模拟的投影数据,拟合准直器的点扩散函数,并以此作为计算系统矩阵的解析表达式。该新算法既缩短了计算耗时又包含了MC投影信息,使得解析计算的系统矩阵与MC模拟的结果相当。因此,该方法可用于修正准直器张角效应对系统矩阵计算的影响。本文采用解析计算得到的系统矩阵,重建了均匀泛源和Jaszczak模型的MC投影图像,重建图像能真实的反映原始图像。