基于傅立叶变换的心磁信号减噪处理和心磁图分析

利用单通道直流高温超导磁强计(de-SQUID),在磁屏蔽室内测量心脏跳动产生的磁场信号。改变无磁床的位置得到胸前平面6×6的正方格子上各点的心磁信号,以同时记录的心电信号为时间基准,对心磁信号作平均处理。通过二维双线性插值,得到时域心磁分布图,可观察一个心动周期内的心磁分布变化。为了提高心磁信号的信噪比,我们在信号平均处理的基础上通过傅立叶滤波,消除电网干扰和高频噪声。快速傅立叶变换算法简单,效果显著。我们在此基础上观察到心动周期内心磁图QRS和T波段的反向现象。

同步双光谱受激拉曼成像用于实体瘤无标记快速病理检测

受激拉曼散射(SRS)显微成像技术是近年来发展起来的新型无标记分子成像技术,具有高灵敏度、高特异性和高分辨率等优势。其对分子的选择性来源于分子的内禀振动特性,因而可以针对生物组织中的不同化学组分进行分别成像,如脂质、蛋白和核酸等。该课题组前期的工作初步证明了基于脂质和蛋白的双光谱SRS技术可用于脑肿瘤边界的术中活体成像以及离体标本的病理检测。但目前多光谱成像技术依赖于波长调谐或光谱编码等过程,不能实时得到病理图像。本文将围绕发展快速无标记病理检测方法为目标,以利用锁相放大器的相位敏感性发展而来的双光谱SRS成像技术为核心,结合同步的图像处理算法进行实时的数字病理诊断。此项技术可以大大提高肿瘤边界的探测精度以及术中病理成像的速度,从而提高手术治疗的精准度。

泵浦-探测显微镜在生物医学和材料科学领域的 应用(特邀)

对生物体系微观动态过程以及材料学领域粒子超快行为的观测能够帮助人们更深入、更微观地去理解生物体系和材料中的超快响应。泵浦-探测显微镜是结合了超快激光领域的泵浦-探测技术以及显微成像技术的新型表征手段,通过选择不同的探测模式,可以实现对不同体系微观机制的探索和表征。本文从泵浦-探测技术的原理出发,阐述了泵浦-探测过程中涉及到的激发态吸收、受激辐射和基态损耗三种非线性过程,泵浦-探测显微镜的构成及其在生物医学和材料科学领域的发展现状和应用。

用于水分子相干拉曼散射成像的光纤光源研究

水是生物体中含量最多的一种物质,了解生物体内水的分布对于理解水的生理功能来说至关重要。相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)作为一种非侵入的成像技术,能够对生物体内的水分子进行实时且免标记的成像。因此,设计并搭建了用于水的CARS被动同步光纤激光器系统,该被动同步系统由掺铒和掺镱锁模光纤激光器构成,通过将主脉冲注入到从激光器腔内引入非对易相移,进而实现无源同步,同步失配距离达到347μm。结合功率放大技术、倍频技术和脉冲压缩技术,双路输出平均功率分别为146 mW和2 W,脉冲宽度分别为146.0 fs和9.1 ps。使用所搭建的同步光源在3156 cm^(-1)处对新鲜小鼠耳朵组织进行CARS成像,成像效果良好。该同步光纤光源有望推动CARS技术在快速、实时、高效病理学检测领域的应用。

“生物医学光子显微与多模态成像”专题前言

从上世纪至今,光学显微技术为生命科学和医学研究带来了革命性的进步。每一次显微技术的突破,都给生物医学研究带来里程碑式的发展。近年来,生物医学光子学应运而生,其利用光子学的原理和技术来探究生命科学,是研究生命系统的交叉学科。其研究内容包括:在生命科学领域,在分子水平上对生物组织结构与功能进行监测与调控.

在SQUID心磁测量中基于奇异值分解和自适应滤波的噪声消除法

采用矩阵奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的方法,对高温射频超导量子干涉仪(HTc rf-SQUID)采集到的单通道心磁信号进行处理.证明了对于近似周期性的心磁信号,在无参考噪声的情况下矩阵奇异值分解的方法与自适应窄带陷波相结合有较好的消除广谱噪声的效果.

受激拉曼散射显微技术用于快速无标记病理成像

对病变组织进行快速成像以获取足够的诊断信息,可以帮助医生在术中做出重要决策。受激拉曼散射显微技术是一种新兴的无标记成像技术,利用生物分子自身的光散射性质,在不需要对组织进行任何处理的情况下即可获取类比于传统病理的成像结果。越来越多的研究表明受激拉曼散射显微技术作为一种"虚拟组织成像"工具,可以迅速区分病变与正常组织。这篇综述主要阐述了受激拉曼散射显微成像的基本原理、发展现状及其在组织成像上的应用。

光纤式相干拉曼散射成像光源研究进展

相干拉曼散射具有非侵入、无标记、化学特异性的优点,广泛用于生物组织成像、药代动力学等领域。主要介绍了光纤式相干拉曼散射(CRS)成像光源的实现方式及特点,总结了超连续谱展宽、孤子自频移和四波混频技术在提高双色超短脉冲输出功率、调谐范围、光谱分辨率方面的新进展。报道了基于四波混频的光参量振荡技术在产生可调谐双色超短脉冲方面的最新进展,采用全保偏光纤光路和光子晶体光纤,结合色散滤波和偏振操控技术,获得时间自同步、空间自重合、波长可调谐的双色超短脉冲,可实现脂类、蛋白和核酸的非侵入、无标记光谱检测与成像,为实现结构紧凑、使用方便、环境稳定的CRS提供了一个有效的技术途径。

受激拉曼散射显微技术及其应用

随着光学显微技术的发展,人们得以在亚微米级的尺度观察微观世界,对破译生命活动密码起到了关键性推动作用。其中,相干拉曼散射(CRS)显微术作为一类基于分子特定振动提供成像衬度的技术,通过非线性光学过程大大增强了拉曼散射的信号,提高了成像速率和检测的灵敏度。根据非线性光学过程的不同,可将相干拉曼散射分为相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)和受激拉曼散射(SRS)。相较于CARS,SRS具有无非共振背景干扰、定量分析等优点,使之备受关注。将介绍相干拉曼散射的基本原理,并着重介绍受激拉曼散射的发展与应用。