基于深度学习的色彩迁移生物医学成像技术

传统病理学检测中,由于复杂的染色流程和单一的观察形式等限制着病情的诊断速度,而染色过程实质上是将颜色信息与形态特征关联,效果等同于现代数字技术的生物医学图像的图义分割,这使得研究者们可以通过计算后处理的方式,大大降低生物医学成像处理样品的步骤,实现与传统医学染色金标准一致的成像效果。近些年人工智能深度学习领域的发展促成了计算机辅助分析领域与临床医疗的有效结合,人工智能色彩迁移技术在生物医学成像分析上也逐渐表现出较高的发展潜力。文中回顾了深度学习色彩迁移的技术原理,列举此类技术在生物医学成像领域中的部分应用,并展望了人工智能色彩迁移在生物医学成像领域的研究现状和可能的发展趋势。

生物医学成像的若干发展动向

本文综述了近年来生物医学成像的发展动向。文章指出随着基因组学、分子与细胞生物学的发展,小动物成像的研究方兴未艾,微型CT、微型PET、微型MRI,前景诱人。图象引导的介入治疗仍是研究热点,着重于研究术中组织变形后的图象配准与实时治疗监护。所有的成像技术都朝提高灵敏度、空间分辨力与时间分辨力的方向努力。细胞成像、分子成像已引起注意。多种模式结合在一起的成像装置更引起人们极大的兴趣。磁共振成像朝快速获取数据的方向努力以便做成实时高分辨力MRI。磁共振弹性图和扩散张量成像的应用研究十分活跃。CT研究有新局面:锥束螺旋CT、倒置CT等即将走出实验室,4DCT已见初样。

小波变换域滤波方法在电磁生物医学成像中的应用

电磁生物医学成像信号是一种非平稳信号 ,传统滤波方法会造成信号重要信息的损失。小波变换局部极大值滤波方法利用信号与噪声不同的尺度变化特性来区分信号与噪声 ,将噪声从信号中分离出来。小波变换局部极大值描述是信号的一种稳定的、近似的描述 ,可以利用交替投影算法从小波变换局部极大值描述来重构信号。 ad hoc算法是寻找小波变换对数模极大线的一种有效算法 ,在此基础上 ,提出模极大值漂移抑制方法 ,对生物医学成像仿真信号的处理结果表明 ,该方法能够获得较好的滤波效果 ,能保持脉冲信号包含的重要信息。

用于生物医学成像的多通道高精度TDC芯片设计

针对生物医学成像设备的高分辨率、高采样率、低功耗、抗噪声等要求,设计了一种64通道,高精度,具有自校准功能的时间数字转换(TDC)电路.双Gray码计数器实现10bit"粗"计数,基于延迟锁相环(DLL)阵列的多采样技术实现8bit"细"时间的精确测量.64个通道共用一个深度为32字的异步先进先出(FIFO)单元存储时间信息.采用SMIC0.18μm CMOS低压工艺实现电路.时间精度范围是71～143ps,动态范围是10～20μs,微分非线性误差DNL=0.8LSB,积分非线性误差INL=0.3LSB.该电路适用于生物医学成像,尤其是小动物PET成像系统.

FPGA技术在生物医学成像中的研究进展

数字图像处理技术和微电子集成电路的飞速发展,使实时动态生物医学成像成为可能.生物医学动态成像的关键是高的通讯带宽和快速的数据处理能力,FPGA(field programmable gate array)即现场可编程逻辑门阵列,为数字图像实时处理系统在算法、系统结构上提供了新的思路与方法.文中首先简单介绍FPGA的概念、特点及其发展历程,详细对比FPGA与通用处理器之间的性能指标,然后重点介绍常规生物医疗成像技术原理和FPGA在医疗领域高速成像技术方面的研究和应用情况,最后对FPGA在实时成像方面进行总结和展望.

用于生物医学成像的多通道流水线数字化电路设计

针对生物医学成像中前端读出电路多通道以及要求高速数字化的特点,设计了一个16通道的流水线数字化电路.整个电路由模拟多路选择器、单端转差分电路、8-bit 25Ms/s 1.5bit/stage流水线ADC以及数据输出模块组成.模数转换和数据输出在两相邻时间窗口内采用流水线方式进行.电路采用TSMC 0.18μm mixed signalCMOS工艺实现.电路仿真结果表明,流水线ADC的DNL为-0.62/0.67LSB,INL为-0.39/0.72LSB,SNR为45.99dB,ENOB为6.03bit,该电路能够在两个相邻时间窗口内完成16通道的信号数字化并输出,满足系统设计要求.

普鲁士蓝纳米颗粒在生物医学成像及生物医学治疗中的应用研究进展

普鲁士蓝(PB)具有特殊的物理、化学、光学和磁性特性,其制备的普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)具有简单可调控、易于表面功能化和功能化组装、良好的稳定性、较高的载药率、靶向性等多方面的独特优势。以PBNPs作为成像对比剂,应用于磁共振成像、光声成像等生物医学成像中,可提高病灶诊断的灵敏度,有利于疾病的早期诊断和治疗。PBNPs在光热转换和纳米酶方面具有优势,被应用于肿瘤及炎性病变的光热治疗、抗炎、抗氧化治疗等。此外,PBNPs的中空介孔结构和较大的表面区域能够高效负载化疗药物,修饰特异性靶向分子,实现药物的靶向输送和智能可控释放,可显著提高疾病的治疗效果。

生物医学成像:眼成像仪可快速显示80%视网膜图像

Opto公司研发的三色激光视网膜成像装置能在1/4s内快速显示出近80%的视网膜图像,并可用于检验渗漏处、鉴定肿瘤、检测血流量和供氧量以及寻找出血点,具有非凡的实用价值。

多模态跨尺度生物医学成像设施在北京启动建设

2019年6月29日,由北京大学联合中科院生物物理所建设的国家重大科技基础设施一一多模态跨尺度生物医学成像设施在北京怀柔科学城启动建设。该设施于2018年4月由国家发改委批建,是《国家重大科技基础设施建设"十三五"规划》确定的10个优先建设项目之一,是生物医学成像领域由我国科学家首倡的大科学工程,将提供革命性的研究手段,对生命体结构与功能进行跨尺度可视化描绘与精确测量,进而破解生命与疾病的奥秘。

中国科学院深圳先进技术研究院·生物医学与健康工程研究所 劳特伯生物医学成像研究中心

中国科学院深圳先进技术研究院是中科院直属的国立科研机构，下设先进技术集成、计算与数字工程和生物医学与健康工程三个研究所。生物医学与健康工程研究所是中科院深圳先进院第一个生物医学与健康工程领域的正式编制研究机构，致力于高端医学成像技术装备与医疗器械研发，以及创新低成本健康技术研究。经过两年多的发展，该所已形成一支拥有200多人的研究队伍，

基于碳纳米管X射线源的生物医学成像（英文）

尽管X射线在100多年前就被发现，但X射线的产生技术的发展却相当缓慢．最近发明的碳纳米管X射线源有望彻底改变生物医学X射线成像．碳纳米管X射线源已经成功地应用在几种生物医学成像技术，包括小动物的动态微米CT和乳腺癌的静态乳房断层合成成像．将来，碳纳米管X射线源将在生物医学成像中实现更多应用，其中一个显著的可能是基于静态碳纳米管X射线源的多源CT．

英国开展全球最大生物医学成像研究

英国生物样本库（位于斯托克皮特市的一家非营利生物学数据存储库）于2014年4月14日宣布，计划在未来6年到8年对10万人的器官进行扫描。研究人员表示，这些快照采用磁共振成像（MRI）和其他标准技术，将与不同的健康和生活方式数据联合在一起，使研究人员能够提高对疾病的认识和诊断，如癌症、老年痴呆症、关节炎和骨质疏松症、冠心病等。

我国生物医学成像大科学工程竣工助力全景“看见”疾病发生

我国生物医学成像领域的大科学工程——多模态跨尺度生物医学成像设施项目工程11月3日在北京怀柔科学城竣工。未来将对生命体的结构与功能进行跨尺度、可视化地描绘与精确测量,为复杂生命科学问题和重大疾病研究提供成像组学研究手段,助力全景式研究和解析生物医学重大科学问题。

纳米长余辉发光材料在生物医学检测、生物成像与肿瘤治疗中的研究进展

长余辉发光材料是一种能储存外界激发光能量、在激发光停止激发后仍能持续发光的材料。由于其长余辉寿命、无需原位激发、无组织背景信号干扰和高信噪比等优点,纳米长余辉发光材料广泛应用于生物医学检测、生物成像和肿瘤治疗领域。本文综述了近年来纳米长余辉发光材料在生物医学检测、生物成像和肿瘤治疗(化疗、光热治疗、光动力治疗和免疫治疗)方面的应用进展,并进一步探讨了其在生物医学应用中所面临的挑战,对其未来的发展趋势也进行了展望。

磁-金纳米粒子的制备及其生物医学应用进展

综述了近年来磁-金纳米粒子的合成及其在生物医学成像诊断和生物医学治疗上的最新应用研究进展。从磁性纳米粒子的制备方法、磁-金纳米粒子的合成方法、磁-金纳米粒子作为成像造影剂用于生物医学多模态成像及“无背景”成像、磁-金纳米粒子作为诊疗一体化探针用于医学诊疗一体化几个方面进行了概述,并对磁-金纳米粒子未来的发展及应用前景进行了展望。

线扫描共聚焦成像技术在生物医学成像中的应用

线扫描共聚焦成像技术基于共聚焦成像原理,使用线光束一维扫描照明样品以提高成像速率;通过共焦狭缝滤除样品成像光束中的非聚焦层面杂散光,提高成像分辨率和对比度;近年来,该技术因分辨率高、成像快、成像视场大、系统结构简单等优点而在生物医学成像中的应用越来越广泛。介绍了线扫描共聚焦成像技术的基本原理,列举了成像系统的主要参数及其影响因素,并举例说明了其在生物医学成像,尤其是眼底成像和生物组织细胞观察等方面的应用,最后总结了该技术的优缺点及其应用前景。

基于自由曲面光学的双模态生物医学成像研究

为了提高光学分子影像与计算机断层扫描(CT)影像的耦合图像质量,基于自由曲面光学技术建立了光学分子影像与CT影像肿瘤病灶组织的自由曲面光学通道,实现了双模态影像融合显示。采用肿瘤病灶组织的微进、多空间、多焦点自由曲面光学曲面镜头与成像面的设计方法,建立双模态影像融合镜头与成像面的微分方程,解出病灶组织自由曲面的光学曲面光焦度变化曲线。采用反求工程中的自由曲面光学重构技术,对病灶组织自由曲面的光学通道曲面进行离散和重建,提高了光学分子影像与CT影像双模态融合的图像质量。采用自由曲面光学通道技术融合显示光学分子影像与CT影像双模态影像的方法合理可行,提高了融合影像信号的清晰度与信噪比。

新的生物医学成像技术—光学相干显微术及其应用

光学相干显微术是一种新的成像技术，它能对高散射介质、如生物组织进行非介入的快速成像，其分辨率远大于Ｂ超，因而在活体生物组织的微结构分析和疾病诊断方面有重要的应用价值。

多模态生物医学成像技术-PET/CT的临床应用价值

PET/CT是将具有高灵敏探测性能的正电子发射计算机断层显像(positron emission computed tomography,PET)与能反映精细解剖结构的X-计机算机体层摄影(X-computed tomography,X-CT)两台不同性能的医学影像设备整合在同一个机架,合二为一的多模态生物医学成像新设备与技术,是功能显像和解剖显像的有机结合。PET/CT在肿瘤的诊断与鉴别诊断、分期、疗效评估及预后判断发挥了重要作用,并广泛应用于临床,其临床应用价值已得到认可。

多模态生物医学成像联合重建的数学问题

生物医学成像技术可得到可视化的结构或功能信息,以供生物研究或临床诊断使用,数学理论在生物医学成像技术中一直起着重要的作用.生物医学成像技术中的一类数学问题是从测量数据重建感兴趣的结构或功能信息,这是一类典型的反问题.最近,生物医学成像技术的一个新进展是多模态成像技术,通过融合多种成像技术实现,目标是提供更加丰富的可视化信息.相对于已有的单模态成像技术,多模态成像技术的图像重建的策略具有多种选择.一个新兴的方向是利用各种模态图像的相似性,或者更严格地讲,是利用不同模态图像在某一特征表示上的部分相似性,进行各种模态图像重建的联合重建.联合重建的优势是可以利用不同模态的数据,通过相似的特征互补性在重建中互相约束,有希望得到更好质量的图像.本文对多模态成像技术中的联合重建问题进行综述,论述有关的关键数学问题,介绍相关的研究进展,其中涉及的一个理论基础Mumford-Shah泛函,张恭庆曾有专著论述.