激光散斑衬比成像技术在慢性脑缺血动物模型中的应用研究进展

激光散斑衬比成像技术采用可视化、可量化的方法实时动态测量组织或器官的微循环血流量。因其活体检测、实时成像及操作简单等优点,已在微循环检测的多个领域中应用。慢性脑缺血动物模型主要通过减少双侧颈总动脉向大脑输送血流量的方法造模,可造成脑供血长期不足。激光散斑衬比成像技术可通过对慢性脑缺血动物模型皮层脑血流量、侧支循环开放、神经血管耦合反应等进行观察分析,从而判断动物模型造模是否成功及干预方法对其的治疗效果。本文就激光散斑衬比成像技术在慢性脑缺血动物模型中的应用及其优缺点进行总结,以期为临床治疗和科研提供新思路。

应用激光散斑衬比成像探究牙龈生物型对正畸加力下牙龈血流变化的影响

目的:应用激光散斑衬比成像(laser speckle contrast imaging,LSCI)探究牙龈生物型对正畸加力下牙龈血流变化的影响。方法:招募24例符合纳入标准的受试者参与研究,包括薄龈型组12例,厚龈型组12例,随机在每例受试者上颌左侧或右侧的尖牙至第一磨牙间施加150 g的力,并在施力前、施力30 min、1 d、3 d、7 d、14 d分别使用LSCI动态监测施力侧尖牙区牙龈血流灌注。结果:组间比较,薄龈型组与厚龈型组各时间点的血流值比较均存在显著差异,厚龈型血流值显著高于薄龈型(P<0.05);组内比较,每组各时间点的血流值比较也存在显著差异(P<0.05),施力后,局部血流灌注在30 min~1 d内降至最小值,7 d左右上升至最大值,14 d时基本恢复到基线。在没有力值加载的静息状态下,游离龈与牙间乳头的血流值比较存在显著差异(P<0.05),游离龈血流值显著低于牙间乳头。结论:LSCI是正畸加力过程中实时监测牙龈血流灌注的良好工具,薄龈型血液供应显著低于厚龈型。

基于CA-ResNet50的轮胎激光散斑图的分类研究

针对轮胎激光散斑图识别精度低的问题,本文提出了一种新的轮胎激光散斑图分类网络(CA-ResNet50)。首先选用ResNet50为基础的残差网络,改变传统ResNet50网络模型中的残差块结构,最大程度发挥批标准化的作用;再引入轻量级的卷积注意力模块,增强网络模型对轮胎缺陷的特征提取能力;然后,用LeakyRelu激活函数代替Relu激活函数,解决神经元的“失活”问题;最后,对训练数据集进行扩展,以克服训练中数据量不足和网络模型拟合过度的问题。将本文中提出的CA-ResNet50与当前常用的分类网络模型在相同的数据集上进行对比,实验结果证明本文所提网络模型对轮胎激光散斑图的测试精度高于其他网络,识别精度可达到99.7%。

激光散斑血流成像技术用于中医理论实验教学的探索

“读经典,做临床”一直以来被视为是中医成才的基本道路,在中医学专业人才培养中举足轻重。但是,随着中医药现代化的发展,亦急需大量科学实验研究的综合型人才。因此,深化中医学基础课程的实验教学改革,对强化学生的实践能力、培养学生的科研创新能力就显得尤为重要。文章从教学实践出发,以激光散斑血流成像技术运用于中医“寒凝血瘀”理论的实验教学为例,通过引导学生观察在室温及寒、热刺激下小鼠耳廓微循环的血液运行,使学生能更好地理解中医寒、热病机理论,将抽象的中医理论可视化、数字化呈现。据此可知,通过实验教学不仅有利于加深中医学专业学生对中医经典理论知识的理解,而且有利于提高学生的专业素质和综合能力。

基于激光散斑图像多特征参数的表面粗糙度建模研究

散斑法是表面粗糙度测量领域的研究热点之一,该方法可以通过建立散斑图像特征参数与表面粗糙度评定参数之间的关系,实现对工件表面粗糙度的高效和无损测量。然而,该方法在特征参数选取阶段缺乏统一的标准,工件的机加工方法也会对特征参数和表面粗糙度评定参数之间的关系产生影响。这可能导致选取的特征参数仅适用于某种加工工艺下的表面粗糙度测量,并且特征参数之间还可能存在冗余问题。针对以上问题,文中从采集的激光散斑图像中提取了多个特征参数,引入斯皮尔曼相关系数,制定简约规则对提取的特征参数进行预筛选,提出了改进的序列后向选择算法以剔除冗余特征。实验结果表明:文中提出的方法筛选出了一组与不同加工工艺的表面粗糙度均强相关的特征,并解决了特征冗余问题,利用这组特征建立的表面粗糙度测量模型能100%识别试件的加工类型,并实现对其表面粗糙度较高精度的测量,改进的序列后向选择算法将平磨、卧铣、立铣和研磨试件表面粗糙度测量模型的平均绝对百分比误差分别降低了1.22%、0.62%、4.99%和1.61%,解决特征冗余问题的同时建立的模型性能更优。

激光散斑在运动损伤恢复效果检测中的应用

目前方法对运动损伤修复效果检测时,不能清晰获取运动员损伤处的图像,导致检测效果差、精度低,为此,提出应用激光散斑检测运动损伤恢复效果。利用脉冲红外热成像技术获取损伤处的图像,利用激光散斑计算原始图像的变形程度,通过图像的稀疏融合提取图像缺陷特征,结合二进制粒子群算法与混沌算法计算图像的缺陷特征;通过SVM分类器完成对损伤图像的分类,实现对运动员损伤恢复效果的检测。实验结果表明,该方法检测恢复效果的精度高、效果好,与实际损伤恢复效果之间偏差较小。

基于激光散斑数字图像相关法的热应变测量

为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时,人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题,采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法,计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变,进行了非真空环境下加热试件的实验,以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比,取得了相应的散斑图像,并计算出平均应变曲线数据。结果表明,在非真空环境下,由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大,测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声;铝从室温升至450℃和钨从室温升至800℃的热应变与人工散斑结果相对一致;激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下,可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。

履带式运动柔性衍射光学器件抑制激光散斑及其耐久性实验

为了有效抑制激光散斑,真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质,提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件(Diffractive Optical Elements,DOE)的散斑抑制方法,对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构,并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理;接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法;之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)和聚丙烯(Polypropylene,PP)两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明,提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法,可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下,同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中,聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减,且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求,并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。

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.

激光散斑对比成像技术在血流监测中的应用

激光散斑对比成像(LSCI)是一种以宽视场方式监测血流速度的非扫描光学成像技术。LSCI技术具有高时间-空间分辨率、快速实时成像、非接触式、仪器结构简单、无需造影剂等优势。本文简要介绍了LSCI的基本原理,概述了反射式LSCI和透射式LSCI两种结构,综述了LSCI在皮肤血流、大脑皮层和视网膜血流等生物医学应用中的最新研究进展,并对其发展前景做了进一步展望,为血流监测提供理论依据和实践指导。

激光散斑成像在生物医学研究中的运用

激光散斑成像技术是一种物理成像技术,在生物医学方面,可以非侵入性的、实时的、快速的监测血管血流灌注水平。生物几乎所有的生命活动都直接或间接的与血管与血液状态相关,因此激光散斑技术被广泛运用。且因其使用时无创、实时、快速、成本低的特点,激光散斑技术在临床上有极大的运用潜能。但其只能成像浅表部位,因此运用也存在极大限制,在临床使用时应结合医生个人专业知识与其他检测方式联用。

应用激光散斑成像技术比较颈型颈椎病患者和健康志愿者颈背部皮肤微循环特征

目的:利用激光散斑皮肤血流灌注成像技术测定颈型颈椎病患者颈背部皮肤微循环灌注量(MBPU),并与健康受试者比较,总结与颈型颈椎病相关的压痛敏化部位的皮肤微循环灌注特征规律。方法:对颈型颈椎病患者35例和健康受试者30例的颈、背部进行皮肤微循环灌注量测定和数据分析,比较两组颈侧上区块(C_(2)~C_(5)水平)、颈侧下区块(C_(6)~C_(7)水平)和背侧区块(T_(1)~T_(3)水平)的皮肤MBPU特征。结果:两组颈侧上区块平均MBPU高于颈侧下区块和背侧区块,颈侧上外区块平均MBPU高于颈侧上内区块,差异有统计学意义(P<0.01)。颈椎病组颈侧上区块内的高低微循环灌注量落差显著高于颈侧下区块和背侧区块(P<0.01)。与健康组比较,颈椎病组颈侧上区块、颈侧上外区块的皮肤平均MBPU升高(P<0.05)。结论:颈型颈椎病颈侧上区块具有高微循环灌注量和微循环灌注量高低落差较大的特征,可为颈型颈椎病敏化部位的定位提供借鉴;颈侧上外区块的高微循环灌注量特征,可为颈型颈椎病敏化部位提供更为精确的定位,为针灸临床精准治疗提供试验依据。

数字激光散斑照相技术测金属的热胀系数

利用数字激光散斑照相技术对金属热胀系数进行了测量。产生激光散斑的散射体(毛玻璃片)随被测金属棒受热膨胀而相应移动,数字照相机(CCD)将一系列随温度上升而平移的激光散斑场记录下来。通过计算机程序对采集到的图像进行频谱分析,获得两幅数字激光散斑场相对应的干涉条纹图像,计算条纹间距从而得到温度变化导致的金属棒伸长量,并计算出金属材料的膨胀系数。

基于改进惯性矩算法的冷鲜猪肉新鲜度激光散斑图像检测

为了探究激光散斑技术检测冷鲜猪肉新鲜度的可行性,用660和465 nm 2种波长的激光对宰后24 h的猪肉样本在7 d内的激光散斑图像进行采集。以时间序列散斑(time history of speckle pattern,THSP)图像的惯性矩(inertia moment,IM)作为散斑活性,研究冷鲜猪肉散斑活性随货架期的变化规律。通过分析2种波长不同行的选取对IM值的影响,发现不同波长其奇偶行IM的规律不同,并针对传统IM算法容易出现异常值、稳定性差等缺点提出3点改进:设计排序算法动态选择散斑活性最高峰及周围2个相邻行,依此计算样本IM值;改进共生矩阵的修正矩阵计算方法;改进非零元素偏离对角线距离的计算方法。结果显示,改进方法可以有效地抑制异常值干扰,冷鲜猪肉散斑活性随货架期呈现先上升后下降的变化趋势。根据测得的挥发性盐基氮值(total volatile basic nitrogen,TVB-N)和散斑活性IM值建立猪肉新鲜度等级预测模型,结果显示465 nm波长的激光判别效果要好于660 nm激光,其训练集和预测集的识别率能达到87.5%和89.29%。试验结果表明利用激光散斑技术检测冷鲜猪肉新鲜度的具有可行性。

电针对小鼠肝脏血流灌注量影响的激光散斑成像显示

目的:应用激光散斑成像技术连续监测电针过程小鼠肝脏表面血流灌注图像,研究电针不同穴位对肝脏血流灌注量的影响,探讨激光散斑技术在针灸效应研究中的应用价值。方法:采用Moor-FLPI激光散斑血流成像系统分别对足三里组、曲泉组、非经非穴组正常小鼠电针30min以及不电针对照组连续观察30min过程中肝脏表面血流灌注量变化进行观察,分析电针不同穴位、各个时点肝脏血流变化的规律。结果:(1)肝脏激光散斑图显示电针后各电针组肝脏表面整体血流灌注均增加,肝门附近区域灌注量增加幅度大于肝脏边缘区域;(2)电针各时点各电针组肝脏血流灌注量均出现增加,电针0～20min灌注量增加率为足三里组>曲泉组>非经非穴组;电针25～30min为足三里组>非经非穴组>曲泉组。结论:激光散斑血流成像技术能够精确记录显示电针过程肝脏表面的微循环变化情况,电针可以增强正常小鼠肝脏血流灌注量,电针增加肝脏血流灌注的效应存在穴位特异性。

基于激光散斑的应力传感系统

激光散斑传感技术具有结构简单、灵敏度高等特点,可以实现对应力、振动、距离、速度、流速等物理量的传感测量,已成为光学传感领域中的研究热点之一。设计了一套基于激光散斑的应力传感系统。该系统使用波长为405 nm激光作为光源,利用音圈电机振动多模光纤,同时采用CCD图像传感采集系统对抛光玻璃表面进行显微成像,通过MATLAB软件对采集到的散斑图像进行分析处理,计算散斑对比度,拟合散斑对比度随时间变化的曲线。结果表明:散斑图像对比度的变化反应了多模光纤应力的变化,通过多模光纤应力变化可以判断是否有入侵者,实现了防盗功能。

应用激光散斑技术观察针刺合谷对面部不同区域血流的影响

目的:观察针刺合谷对面部不同区域血流的影响,探讨针刺的外周效应。方法:20例健康受试者针刺合谷穴,使用MoorFLPI激光散斑成像仪,观察面部皮肤血流在针刺前、针刺得气后留针15min及起针后10min内7个不同时间段的血流变化。将面部分为嘴,鼻,左、右脸颊及前额5个区域,分别计算平均血流量。结果:针刺合谷后,鼻区、左、右脸颊区的血流量逐渐升高,与针前比较差异有显著或极显著统计学意义(P<0.05或P<0.01),前额区针后即刻显著增加(P<0.05),随后保持不变,嘴区没有明显变化。结论:针灸可通过经脉产生远隔效应,进一步补充说明了"面口合谷收"的中医经典取穴规律。

数字激光散斑图像的极值位移测量法

通过对数字激光散斑特性的研究,提出了一种利用激光散斑图像的极值点进行二维位移测量的极值位移测量法。该方法采集发生位移前后的两幅数字激光散斑图像,分别寻找它们的极值点,利用极值点之间的相互关系以及极值点对出现概率较高的特点,测量出散斑图像的位移。改进后,该算法能够测量亚像素级的位移,且运算速度较快。

基于激光散斑和Henon映射的图像加密方法

为了提高图像在信息交换中的安全性与可靠性,提出一种将激光散斑和Henon映射混合应用于图像加密的新方法。激光散斑图像灰度分布具有随机性,采用SCAN语言将其扫描为不同的随机序列,该序列与Henon映射生成的序列求和形成新序列,新序列与待加密的原始图像按位异或实现加密。结果表明:该方法具有较好的加密效果,较强的密钥敏感性,较弱的相邻像素相关性,可抵御统计分析攻击。

利用激光散斑获取深度图

相对于普通灰度和彩色二维图像,深度图像可以得到物体的三维信息,使视觉识别和人机交互更加智能。国内外目前还没有低成本、公开的实时获取高质量深度图的方法。本文在对散斑图获取深度图原理研究的基础上,采取激光散斑的方式,运用块匹配的方法给出了一种大范围深度图的获取方法。首先,从原理上验证了块匹配方法的可行性;然后,分别从理论和实验两个方面对深度图的计算公式进行了推导和验证;再次,对深度图恢复过程进行了详细叙述,包括散斑图像的预处理和块匹配的过程;最后,给出了运用该块匹配方法得到的实验数据。实验结果表明,本文方法在物体距离相机50 cm左右时精度可以达到5 mm,200 cm时精度可以达到5 cm,可以满足室内大部分对象的识别要求。