百草枯致SD大鼠中毒生理研究

百草枯对人毒性极大,且无特效解毒药,因误服百草枯而致人死亡的案例屡见不鲜。探究百草枯中毒致大鼠血液及内脏组织的损伤,可以为临床误服百草枯患者的治疗方案有所借鉴。通过大鼠连续灌胃1.0、0.5、0.1mg不同剂量的百草枯溶液一周。取大鼠的血液测定血常规、肺、肾、肝、脾组织进行凋亡染色比较分析大鼠脏器损伤情况。实验组大鼠反应迟钝,进食减少。血常规检测提示大鼠血液白细胞数、淋巴细胞数等指标发生明显变化。凋亡检测发现肺、肾、肝、脾组织都不同程度的出现凋亡情况,且百草枯对大鼠在毫克级别就能够造成不可逆的生理性损伤,尤其肺内损伤最为严重。

大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统

现代生物学和生物医学领域迫切需要研制兼顾大视场、高分辨率的显微成像技术和仪器以对生物样品实现跨尺度观测,满足重大科学问题的研究需求。受限于系统的空间带宽积,传统商业显微镜无法满足这一需求,且现有高空间带宽积显微成像系统存在体积庞大、实施成本高昂等问题。本文基于HiLo光切片技术和自主设计的大视场高分辨显微物镜,研发了具有高空间带宽积特点的大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统,测试了系统的成像视场和分辨率。应用该系统对小鼠脑切片开展了白光照明明场成像实验,并与OLYMPUS商业显微镜成像结果做了对比;对小麦种子荧光切片开展了光切片成像和宽场荧光成像对比实验。实验结果表明,大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统的成像视场达到4.8 mm×3.6 mm (对角视场为6.0 mm),横向分辨率达到0.74μm,轴向分辨率达到4.16μm。大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统兼有大视场和高分辨率成像的优势和快速光切片成像的能力,能够对大体积生物样本开展快速三维成像,将为胚胎发育、脑成像、数字病理诊断等研究提供有力的技术支撑。

多聚焦显微图像融合算法

在显微成像过程中,受系统景深限制,沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异,同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠,现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合算法,首先构造了一种类高斯四邻域梯度算子并结合快速引导滤波,实现高频聚焦信息的提取;同时针对大视场显微图像序列中存在聚焦信息重叠、像素数量大的情况,引入了一种小区域聚焦度量方法,提高了对聚焦清晰区域高频信息提取的能力,实现了多图最佳聚焦点的融合。拍摄3组包括4 mm和2 mm对角线视场的多聚焦显微图像序列进行测试,相较5种常用多聚焦图像融合算法,所提算法的峰值信噪比平均提高了2.4772,结构相似性指数达0.9400以上,对聚焦清晰区域有更好的融合效果,融合图像细节丰富且清晰度高,能够满足大视场多聚焦显微图像融合的准确性要求。

人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统

针对现今非接触眼科测量仪器对焦对准速度慢、通用性差和操作复杂的问题,搭建了应用于眼科测量仪器的人眼自动对焦及瞳孔中心自动对准系统,并提出了基于四邻域-多方向两级梯度函数的自动对焦算法以及融合卷积神经网络智能感兴趣区域(ROI)窗口的瞳孔中心定位算法。通过实验实拍人眼离焦图像序列及人眼图像测试集,分别对提出的两个算法进行验证。结果显示:所提出的自动对焦算法的平均计算时间约为13 ms,清晰度比率为93.531,优于6种传统的评价算法;所提出的瞳孔中心定位算法的平均计算时间为10.2 ms,准确度为97.14%,相比Hough法、改进Hough法有较大的性能提升。实验结果证明所搭建的系统能够满足眼生物参数测量的准确性、实时性和鲁棒性要求,提升了仪器的自动化水平,有助于眼科测量仪器的智能化发展。

纳米颗粒成像自动对焦评价算法

纳米颗粒成像过程中,离焦位置的粒子团簇和大颗粒杂质产生明亮的弥散斑,导致现有的对焦算法无法实现自动对焦功能。利用基于大津算法的二值化分割和形态学开闭方法,使离散的弥散斑聚合为一个区域,并利用连通域标记方法筛选剔除大面积的光斑区域,构造四邻域水平-对角平方函数和阈值四邻域水平-对角开方函数,将函数分别作为粗对焦和精对焦的评价指标,提高了自动对焦搜索的准确性和可靠性。实拍离焦序列图,并与5种常用的评价算法进行对比,结果表明所提自动对焦评价算法具有良好的鲁棒性、无偏性和单峰性。

双波段长后工作距连续变焦光学系统设计

为满足目前生物医学活体成像研究领域对多波段荧光成像的迫切需求,提出并设计了一种可见光(486~656 nm)、近红外(900~1700 nm)双波段长后工作距有限远变焦光学系统。针对双波段、长后工作距变焦系统带来的色差变化范围大、组分光焦度选择受限等技术难题,通过理论分析,选择了适合该双波段系统的变焦结构,计算得到了系统4组变焦结构的初始光焦度,并利用理想近轴面验证变焦方案初始结构的可行性,在此基础上对系统每一组元进行独立像差设计,共光路部分兼顾双波段像差进行优化,后组采用分光棱镜对两个波段分光,并针对双波段设计不同的后固定组以校正系统残余像差,同时实现长后工作距下的双波段成像。系统公差特性良好,变焦曲线平滑无拐点,变倍过程中像面稳定,成像质量良好。