基于声光可调谐滤波器的光谱成像系统

设计并搭建了一套基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱成像系统,该系统主要由前置成像镜头、AOTF、中继转像物镜、CCD相机、AOTF射频驱动器以及上位机组成。系统通过对AOTF的衍射光进行波长扫描,并利用CCD相机进行光谱图像采集,最终生成光谱图像立方体。该系统应用于400~700nm波段范围,光谱分辨率优于1nm,无扫描机械结构,实现了图谱合一。利用此系统进行了外场成像实验,经过0级光干扰抑制方法处理后的成像结果清晰可辨。进一步利用该系统对给定浓度在3.62×1017~1.21×1019molecule/cm2之间的不同NO2样气进行了测量,使用差分吸收光谱算法对所测光谱数据进行反演处理,得到NO2样气的测量浓度,并对测量值与给定值的误差和相关性作出了分析,其误差均在20%范围内,且相关系数为0.99401,表明二者具有良好的相关性,验证了该系统应用于污染气体测量方面的可行性。

微型化生物医学光学成像系统

生物医学光学成像技术因其高分辨率和无辐射毒性的优势成为了连接基础科学研究与临床应用的桥梁,对推动医学进步和提高公共健康水平起到了重要作用。然而,生物医学光学成像系统往往需要将光、机、电、控元件整合为一体,导致设备笨重且昂贵,难以满足人们对即时诊断和体内微创高分辨率成像的需求。随着元件加工手段的进步和新式技术的引入,微型化生物医学光学成像系统的设计制造逐渐开始成为了新的研究热点之一。本文分别对用于体外和体内检测的微型化生物医学光学成像系统的基本原理、关键技术以及在临床中的具体应用进行了深入地综述和总结,最后展望了该领域的发展方向。

条纹变像管压缩超快成像系统研制

设计了基于压缩感知和条纹相机的压缩超快成像系统,并对其进行模拟仿真和实验研究,原始三维图像经数字微镜设备进行编码调制,然后传输至狭缝全开条纹变像管,经偏转电场作用后,多幅不同时间图像叠加,并在CCD上输出最后积分图像。采用即插即用总变分还原算法将CCD积分图像重构出多幅不同时间的原始图像。对压缩超快成像系统采样和重建过程进行模拟仿真,还原了超快场景信号,峰值信噪比优于45 dB,图像相似性系数优于99%。研制了压缩超快成像系统,对皮秒脉冲激光的时空强度演化过程进行了诊断,脉冲光斑演化的时间长度约为30 ps,重建出12帧不同时间激光光斑图像,重建精度为96.06%。

3D成像系统在住培医师肝脏Couinaud分段学习中的应用

目的探讨3D(三维重建技术)成像系统在住院医师规范化培训(简称住培)医师肝脏Couinaud分段教学中的价值。方法选取2020年7月—2022年6月西安交通大学第二附属医院普通外科60名住培医师作为研究对象,随机分为对照组(n=20)、试验组1(n=20)和试验组2(n=20)。对照组采用阅读CT二维图像进行Couinaud分段教学;试验组1先二维图像后三维图像进行此教学;试验组2先三维图像后二维图像进行此教学。住培医师对Couinaud分段和满意度进行评价。结果试验组1和试验组2 Couinaud分段8段的准确率优于对照组,差异有统计学意义(P<0.001);试验组1和试验组2回答所有问题所需的时间[(10.80±1.94)min、(8.60±1.79)min]少于对照组[(16.45±1.76)min],且两试验组对比,差异有统计学意义(P<0.05)。试验组1和试验组2对Couinaud分段理解度及教学方法满意度高于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。结论基于3D成像系统的教学方法,可提升住培医师对肝脏Couinaud分段为基础的肝脏解剖的理解能力和实践能力,取得满意的教学效果。

可见光集成三波长激光成像系统分时复用薄膜器件的研制

针对激光医疗等在光学系统中成像和治疗多功能分时复用的需求,本文利用光学薄膜设计软件设计了覆盖可见光400~700 nm波段及980 nm、1064 nm、1470 nm 3个近红外波长的减反膜,采用电子束蒸发技术在K9玻璃基底上镀制薄膜。测试结果表明:可见光400~700 nm波段的平均透过率为98.2%,980 nm、1064 nm、1470 nm处的透过率分别为98.1%、98.4%、98.2%,可有效提高光学系统的光能效率和信噪比,能够满足激光医疗等光学系统中成像和治疗多功能分时复用的使用要求。

EH4电磁成像系统在西南含盐含石膏隧洞勘察中的应用探析

本文介绍了EH4电磁成像系统的原理、工作方法和资料处理,通过EH4电磁成像系统在云南禄丰黑井隧洞勘察中的应用实例,提出该方法可以应用在含盐和石膏隧道勘察中,在勘查地质构造、岩石破碎带和含盐、含石膏地层方面有很好的效果,为这类隧道勘察提供了科学依据。

一种基于混合量子——经典神经网络模型预测光学成像系统成像质量的方法

光学成像系统广泛应用于生活中,由于长期暴露于环境中,相机寿命会受到一定的影响。本文分析了随着气体腐蚀过程中光学成像系统成像质量的灰阶值变化,并利用灰阶值定义了老化前后相机拍摄的图片。通过混合量子-经典神经网络模型对相机的成像质量进行学习,能很好的对光学成像系统的成像质量进行预测,对老化的系统进行提前预警。

内镜逆行胰胆管造影联合eyeMax胆胰成像系统直视下液电碎石治疗困难胆管结石效果观察

目的探讨内镜逆行胰胆管造影(ERCP)联合eye Max胆胰成像系统直视下应用液电碎石技术治疗困难胆管结石的安全性及有效性。方法回顾性分析2022年5月—11月吉林市人民医院消化内科行ERCP联合eye Max胆胰成像系统直视下应用液电碎石技术治疗困难胆管结石12例患者的临床资料,观察碎石、取石的临床效果,评估术后并发症发生情况,以及手术操作时间。结果12例患者中,11例(91.67%)患者直视液电碎石成功,9例(75.00%)一次性取石成功,11例(91.67%)达到结石完全清除,1例患者因多次胆道手术造成胆管多处狭窄,直视下将狭窄处上方的Ⅱ级肝内胆管结石取出,但仍残留Ⅲ级肝内胆管结石,进而未能达到结石完全清除的效果;ERCP平均操作时间(91.3±26.2)min,其中能量碎石时间为(41.8±22.2)min;术后2例胆道感染,给予抗感染后好转;2例高淀粉酶血症,未予特殊处置;3例轻度胰腺炎,给予药物对症治疗后好转;无出血、穿孔等并发症。结论ERCP联合eyeMax胆胰成像系统直视下应用液电碎石技术治疗困难胆管结石安全、有效、可行。

气候试验序列对光学成像系统成像质量影响研究

光学成像系统被广泛应用于各类视频监控场所,其可能经受诸如盐雾、高低温等各类比较严酷的环境老化条件。目前,对于关于单一环境因素对系统整体成像质量的影响受到了较多的关注,而缺少系列气候试验对对系统整体成像质量的影响的研究。本文研究了两种典型气候试验序列对典型成像系统成像质量的量化影响。选取成像分辨率,色彩还原和灰阶为主要考察的成像质量参数。研究发现,不同气候实验序列对成像系统的成像质量具有不同的影响。研究发现,试验序列1的严酷度远高于序列2的严酷度,对样品产生更大的破坏性。因此在评估样品可靠性的过程中,要选择合适的测试序列。本文的研究将为标准的制修订,测试工程师的测试方案的合理制定提供一定的参考。

HL-2A装置相衬成像系统的安全连锁与远程监控

通过在相衬成像系统光路中引入电控安全快门控制激光输出,并使用延迟电路实现了安全快门与HL-2A放电运行的同步触发,保障了诊断系统的安全运行,安全快门时间响应为26ms,其抖动误差1ms;利用四象限传感器实现了激光束斑位置的实时监测,获得了HL-2A装置垂直和水平方向的振动数据。所发展的电控快门技术和激光实时监测系统不仅能够大幅提高相衬成像系统的安全性和可靠性,对于HL-2A/2M装置诊断系统的发展和完善也具有重要意义。

基于自由曲面光学元件的大视场光学成像系统

面向机载探测系统大视场光学成像的需求,开展了大视场光学成像系统光学设计、自由曲面光学元件超精密加工、形位误差同步检测以及系统集成与成像实验研究。首先,采用视场扩展法进行大视场自由曲面离轴反射光学系统的设计;其次,进行铝合金自由曲面反射镜纳米精度加工和高频抑制工艺探索,并实现了基于计算全息元件的自由曲面形位高精度检测;最后,进行了光学系统的装调集成与成像实验。结果表明,系统的视场角为30°×5°,全视场光学传递函数值大于0.7,接近衍射极限,最大像元均方根半径为2.075μm,自由曲面光学元件的面形精度均方根(Root Mean Square,RMS)值优于20 nm,位置精度优于1μm,装配集成后能够满足大视场高分辨的场景使用要求,同时具备稳定可靠和快响制造等特点。

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

基于环形阵列的医学超声成像系统设计

针对传统手持式医学超声扫描成像视野狭窄、非标准化等问题,设计并实现了一套基于环形阵列的超声成像系统,包括512阵元超声环形阵列、256/1024通道超声采集电路、基于PCIe总线的数据传输模块以及相应的采集控制和快速成像软件。多通道采集电路由8个32/128超声收发控制模块组成,可控制512个环阵阵元在12 s内完成全矩阵数据采集和高速传输,实测数据传输效率达1.2 Gb/s。系统具备0.16~15 MHz的频带宽度,以及12.5~100 MHz 4档可调的A/D采样率,有利于适配更广泛的临床和实验需要。采集控制软件可设置多模式超声数据采集,实现快速成像监测和全矩阵数据存储,用于后续的图像精细重建。仿组织体模和活体成像实验表明,系统成像范围大于10 cm×10 cm,能够分辨1 mm的异常,可准确重建生物组织中脂肪、肌肉、骨组织等界面,验证了该系统可以实现大视野的标准化医学超声影像。

环形孔径折叠成像系统的光-数联合无热化设计(封面文章·特邀)

环形孔径折叠成像系统通过光路折叠可以实现光学系统的小型化。然而环形孔径折叠成像系统由于仅使用一块基底材料,且没有补偿镜,无法通过光学被动无热化实现宽温度范围的高质量成像。为了减小温度对成像质量影响的同时简化光学系统结构,引入波前编码的方法来设计光-数联合的环形孔径折叠成像系统。文中研究了光-数联合的环形孔径折叠成像系统设计原理,推导了遮拦比与相位掩膜板参数的关系,以实现离焦一致性。在图像解码部分,文中研究了不同权重下的点扩散函数(PSF)的图像复原效果,通过模拟退火算法构建了合成PSF模型。根据理论分析设计了光-数联合的环形孔径折叠成像系统,焦距为70 mm,系统总长为25 mm,F数为1,全视场8°。在−40~60℃范围内,高温和低温下的峰值信噪比(PSNR)比其他方法分别提高了4.7090 dB和5.0442 dB,实现了单一滤波器的图像复原。文中研究在简化红外成像光学系统的同时,采用光-数联合的方法克服了环形孔径折叠成像系统的温度限制,为宽温度范围红外系统小型化提供了新的思路。

鱼眼成像系统标定技术研究

为了解决目标在大视场鱼眼成像系统中定位精度低的问题,采用了一种基于相机移动标定鱼眼成像系统的研究方法。以固定不动的单个点光源作为标定物,通过电动高精度2维旋转位移台驱动鱼眼成像系统移动,分别记录点光源在鱼眼成像系统中的方位角度和光点在图像中的像素位置,构建鱼眼成像系统标定模型,使点光源成像在图像中的各位置;利用图像有效区域的边缘拟合圆计算出光学中心,并采用分区域标定的方式计算出畸变参数,减小标定误差。结果表明,当划分为三区域标定时,该方法在中心成像区域的标定误差为0.06°,精度较高。此研究可应用于红外地球敏感器、广角成像侦查系统等领域中对大视场鱼眼成像系统的标定。

逐像元自适应增益成像系统的星上辐射定标方法

逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容,可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时,由于甚低增益(ULG)的动态范围过大而实验室积分球能量有限,只能通过与低增益(LG)的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定;星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益(HG)和中增益(MG)输出饱和也无法直接测定辐射定标系数,只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案,分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类,将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级,利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果,同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像,结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性,在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性,解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。

共聚焦显微成像系统P9000图像质量评价临床研究

目的评价共聚焦显微成像系统P9000检测人体消化道相关组织的有效性和安全性。方法选取2021年8月至2022年6月在北京中医药大学东方医院和山东大学齐鲁医院行内镜检查的96例患者为研究对象。94例受试者纳入全分析集(Full Analysis Set,FAS),90例患者纳入符合方案集(Per Protocol Set,PPS)。通过多中心、随机、自身对照研究,统计共聚焦显微成像系统P9000与国际公认的Cellvizio®系统检测人体消化道相关组织的图像质量评分一致性和95%CI,以及两组的操作时间和不良反应发生情况。结果FAS和PPS两款器械图像质量评分一致性和95%CI分别为92.55%(87.25%~97.86%)和92.22%(86.69%~97.76%),两者95%CI下限均大于目标值84.6%;两组器械操作时间相当,差异无统计学意义(P>0.05);两组均无设备导致的不良反应发生。结论共聚焦显微成像系统P9000的临床使用有效性和安全性达到了设计要求,值得临床推广应用。

荧光免疫分析仪的光谱成像系统设计

针对荧光免疫分析仪对光谱成像系统小体积、高分辨率和多通道的需求,提出了使用反射式平面光栅作为分光元件的光谱成像系统。根据反射式平面光栅的分光原理,采用离轴反射式结构与非球面校正透镜组合的方式,实现了对待检光源的精准分光。通过分辨率、光谱范围等设计要求确定了光谱仪的初始结构,利用Zemax软件对结构进行了进一步的仿真优化。仿真结果表明,该光学系统能够在狭缝宽度25μm,光栅刻线0.3的条件下,实现了在多谱段范围内,结构紧凑、分辨率高的设计目标,波长分辨率优于1.5 nm,为荧光免疫分析仪的便携化提供了一种有效的设计方案。

可见-近红外二区双通道荧光成像系统

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-Ⅱ窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

内镜逆行胰胆管造影术中使用胰胆直视成像系统联合激光碎石治疗胆总管复杂结石的分析

目的探讨经内镜逆行胰胆管造影术中使用胰胆直视成像系统联合激光碎石治疗胆总管复杂结石的治疗效果,及与传统内镜逆行胰胆管造影术的临床疗效获益对比分析。方法回顾性分析2022年1月1日至2023年5月31日南京医科大学第四附属医院内镜中心及南京医科大学第二附属医院内镜中心接受ERCP手术治疗的胆总管复杂结石症患者。分为成像辅助组(胰胆直视成像系统辅助ERCP术,n=24)和对照组(常规ERCP术,n=26)。比较2组手术指标、康复指标、术后并发症发生率、疼痛程度评分标准、焦虑自评量表等临床疗效获益和医疗成本上的差异。结果成像辅助组平均手术时间、平均总住院时间显著低于对照组,且第一次手术成功率显著高于对照组(P<0.05)。成像辅助组切口出血、胆管炎和消化道损伤的发生率显著低于对照组(P<0.05),仅中度疼痛的发生比例低于对照组(P<0.05)。结论胰胆直视成像系统辅助下ERCP术能够给患者带来更好的临床疗效,符合快速康复和精准微创治疗的理念要求。