双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500nm,全视场达23.9°。

双视场多通道成像仪的光机结构

针对环境适应性和探测精度的要求,设计了双视场、多通道成像仪的光机结构,以获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的大气图像和数据信息。根据光学探测和光学定位精度的要求,设计的光学系统结构以及对应的机械结构采用了天底和临边多方位观测模式。该结构通过柔性系统保证了成像仪在45°C的温差范围内能够正常工作。由于温差较大,系统中构建了CCD探测器裸片的精密定位与散热系统。为验证光机结构设计的正确性,对集成后的成像仪进行了光学系统性能检测。检测实验显示,边界温度状况下3个光学通道的分辨率均优于4km,达到对地球临边和天底大气进行探测的需求。成像仪的质量为8.3kg,其一阶基频大于100 Hz,最大应力为52.5 MPa。该光机结构设计合理、紧凑,满足刚度、强度以及目标探测要求,适合空间遥感的应用。

广角多通道成像探测仪主光学系统的结构设计

介绍了广角多通道成像探测仪主光学装置光学系统和机械结构的设计,分析了光学系统的成像质量,利用有限元技术对机械结构进行了分析和计算,得到了满足仪器性能要求的设计结果。

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。

阿尔茨海默病海马亚区水通道蛋白磁共振分子成像研究

目的利用水通道蛋白磁共振分子成像(aquaporin magnetic resonance molecular imaging,AQP-MRMI)技术对海马亚区进行定量分析,探讨AQP-MRMI技术在阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)诊断中的应用价值。材料与方法本研究共纳入59名受试者,包括AD组16名、轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)组22名和正常对照(normal control,NC)组21名。分析三组间海马亚区水通道蛋白表观扩散系数(aquaporin apparent diffusion coefficient,AQP-ADC)值差异是否具有统计学意义,并与认知评分进行相关性分析。绘制AQP-ADC值受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析其诊断效能。结果对比NC组,MCI组仅表现为左侧海马角(cornu ammonis,CA)1的AQP-ADC值升高(P<0.05),AD组则表现为双侧齿状回(dentate gyrus,DG)-CA4、双侧CA1-3、左侧下托、双侧海马旁回及左侧内嗅皮层的AQP-ADC值升高(P<0.05);对比MCI组,AD组表现为双侧DG-CA4、双侧CA1-3、右侧下托及右侧海马旁回AQP-ADC值升高(P<0.05)。除右侧下托外,各海马亚区的AQP-ADC值均与简易精神状态检查量表(Mini-Mental State Examination,MMSE)评分呈负相关,其中左侧DG-CA4(r=-0.607,P<0.001)、左侧CA1-3(r=-0.633,P<0.001)与MMSE评分表现出较显著的相关性。通过ROC曲线的分析发现,多个海马亚区感兴趣区(region of interest,ROI)的AQP-ADC值可用于鉴别NC与AD、MCI,其中以左侧DG-CA4及左侧CA1-3的AQP-ADC值在NC与AD组间的曲线下面积(area under the curve,AUC)最大(AUC=0.905、0.940),并且具有较高的敏感度和特异度。结论本研究中多个海马亚区的AQP-ADC值与认知功能存在一定相关性,特别是左侧DG-CA4及左侧CA1-3亚区有助于评估认知障碍的严重程度,在鉴别AD与认知正常老年人上具有较优越的诊断效能,可以作为检测AD的生物标志物。左侧海马CA1亚区AQP-ADC值或许有望成为AD早期的潜在生物标记物。AQP-MRMI作为新兴水通道蛋白分子成像技术,可以在一定程度上反映AD的病理生理变化,在分子水平上为AD的诊断、治疗和预后评估提供更多的信息。

用于多通道单分子定位的高精度图像配准方法

单分子定位技术可以绕过光学系统的衍射限制,在生物样品的单粒子追踪和超分辨显微成像中得到了广泛应用.多通道单分子定位采用多个成像通道,可以实现对不同目标的同时追踪或多色超分辨成像,也可以提升单粒子追踪的轴向深度或实现更高的定位精度和密度.但各通道图像间的差异会影响协同定位或定量分析,因此图像配准是其图像数据预处理的关键环节;且由于单分子定位精度高,其对多通道图像配准精度的要求也很高.现有技术一般采用基于控制点的配准方法,且多采用复杂而精密的方式来获取基准物网格图像用于定位得到控制点对,以实现高精度图像配准,对样品或实验设备要求高,难以直接推广.为此,本文基于局部非线性变换和误匹配点剔除,发展了一种可以直接采用随机分布荧光珠样品作为基准物的高精度图像配准方法,通过在特征匹配和变换模型参数估计的过程中对控制点进行监测和迭代筛选,以剔除因单分子定位不准确或精度差而导致未精确匹配的控制点对,从而消除以随机分布荧光珠样品作为基准物时对于控制点准确获取和精确匹配所带来的不良影响,同时采用基于局部加权平均的二阶多项式拟合进行变换模型参数估计,以更好地适用于不同通道间存在局部非线性形变的情形.结果表明,采用该方法只需要3次迭代,就可以将未准确定位和精确匹配的控制点对找到并剔除,从而实现更准确的变换模型参数估计,将配准精度提高一个数量级,在图像局部非线性形变情况严重的正交像散双通道单分子定位成像系统中实现了约6 nm的配准精度.

空间高光谱成像通道可编程技术

随着光学、信号处理和焦平面探测器等基础技术的不断发展,当今在空间运行的高光谱成像仪已可以达到几十至几百个波段,并且具有相当高的信噪比和动态范围,但一般仪器由于数据量偏大,导致遥感作业效率偏低,这在一定程度上限制了它的应用范围,而且高光谱通道数的提高与空间平台的数据传输资源之间的矛盾日益突出。为此,介绍了空间高光谱成像系统中的通道可编程技术,可以较为有效地克服数据传输问题。

远端肢体缺血预处理抑制缺血性脑水肿的水通道蛋白磁共振分子成像(AQP MRI)评价

目的探讨经肢体远端缺血预处理后脑缺血大鼠模型在AQP MRI上的改变。方法 51只成年雄性SD大鼠随机分为3组:预处理组、脑缺血组和假手术组。预处理组和脑缺血组分别经LRP预处理或阴性预处理后经历1 h的大脑中动脉栓塞建立脑缺血模型。在恢复再灌后48 h行MRI检查采集T_2FLAIR、常规DWI及AQP MRI图像,并行TTC染色。结果预处理组大鼠的梗死面积较脑缺血组显著减少(P<0.05)。预处理组病灶的T_2信号较假手术组显著升高(P<0.001),但较脑缺血组显著降低(P<0.001);预处理组的AQP ADC值较假手术组显著降低(P<0.001),但相比脑缺血组有所增高(P<0.05)。预处理组AQP ADC值的改变呈多样化,而脑缺血组的AQP ADC值表现为均匀地降低。预处理组大鼠AQP ADC的差值百分比变化与T_2值及传统ADC值的差值百分比变化之间均无明显相关(P>0.05),而脑缺血组大鼠AQP ADC的差值百分比变化与T_2值的差值百分比变化呈负相关(r=-0.832,P<0.01),与传统ADC的差值百分比变化呈正相关(r=0.822,P<0.01)。结论 AQP MRI能够在体显示AQPs的分布情况,是帮助深入探索LRP的脑缺血保护作用分子机制的重要手段。

屏电极结构对微通道板成像器间隙放电的影响

利用铝屏和氧化铟锡(ITO)屏两种结构的微通道板(MCP)成像器进行了放电实验,通过直流首击穿后器件的绝缘强度和电极熔蚀形貌变化,分析了屏电极结构对放电的影响。实验表明,铝屏MCP成像器首击穿后,铝膜电极出现如火山口状的熔蚀形貌,在10μs脉冲屏压下绝缘强度降低到3 kV/mm以下,绝缘强度与MCP无关。而ITO屏MCP成像器首击穿后,荧光质向MCP的质量迁移具有抑制阴极发射的作用,所以放电具有稳定的场发射特性,在10μs脉冲屏压下绝缘强度可达到9 kV/mm。分析表明,MCP成像器间隙放电的发展主要依赖于屏电极结构,ITO屏的电极结构有利于MCP成像器绝缘性能的提高。

对2次闪电通道成像数据的观测对比分析

基于案例中2次闪电通道成像数据的观测对比分析,阐述对这2次闪电的相关观测数据进行了对比分析,定位系统得出的闪电方位与成像方位对比有显著差别,2套定位系统得出的距离有较大差别,表明利用全天空闪电通道成像可对闪电定位信息进行初步校正。

双通道多普勒超声成像技术评价扩张型心肌病患者心功能的应用价值

选择临床确诊的DCM患者30例作为观察组,随机抽取40例健康人作为对照组进行研究,每位患者均行常规超声心动图检查,测量二尖瓣舒张早期峰值流速(E峰)和舒张晚期峰值流速(A峰),并采用双通道多普勒法(DPw)和传统方法分别获得左心室Tei指数和舒张早期二尖瓣血流峰值流速(E)与彩色M型舒张早期血流传播速度(Vp)比值(E/Vp),观察对比分析各组心脏结构及心功能参数的差异性。结果观察组两种方法测得Tei指数和E/Vp均高于对照组(P<0.05);与传统方法相比,双通道多普勒超声成像技术测的Tei指数和E/Vp均增大(P<0.05)。双通道多普勒超声成像技术测量Tei指数及E/Vp不受心律的影响,可作为准确敏感评估DCM患者左心室功能的指标。

水通道蛋白磁共振分子成像(AQP MRI)对缺血性脑卒中的应用价值

目的探讨水通道蛋白磁共振分子成像(AQP MRI)对缺血性脑卒中的诊断价值。方法 31只雄性成年SD大鼠随机分为两组:实验组和假手术组。实验组大鼠行1 h的大脑中动脉栓塞建立短暂性脑缺血模型。在恢复再灌后48 h行MRI检查采集T2 FLAIR、常规DWI及AQP MRI图像。结果实验组患侧在T2 Flair上可见明显的高信号,显著高于假手术组(56.655±7.359 vs 2.334±2.203,P<0.001),而相应的ADC值仍见显著降低(-24.491±1.924 vs-0.960±3.824,P<0.001);AQP ADC结果显示实验组的AQP ADC值较假手术组显著降低(-25.218±8.839 vs 0.209±1.279,P<0.001)。AQP ADC值的差值百分比与T2值的差值百分比呈负相关(r=-0.832,P<0.01),与传统ADC的差值百分比呈相关性(r=0.822,P<0.01)。结论 AQP MRI能够在体显示水通道蛋白的分布情况,对缺血性脑卒中的病程判断具有重要意义。

短暂性脑缺血大鼠模型的水通道蛋白磁共振分子成像研究

目的探讨缺血性脑卒中大鼠模型在水通道蛋白磁共振分子成像(AQP MRI)上的改变。材料与方法 31只成年雄性SD大鼠随机分为两组,实验组和假手术组。实验组经历1 h的右侧大脑中动脉栓塞建立短暂性脑缺血模型。在恢复再灌后48 h行MRI检查采集T2 FLAIR、常规DWI及AQP MRI图像,并行Western Blot和免疫荧光检测AQP4的表达量。结果实验组大鼠在T2 FLAIR上可见明显的高信号病灶,其T2信号的差值百分比显著高于假手术组(56.655±7.359和2.334±2.203,P<0.01);实验组病灶的ADC值差值百分比较假手术组显著降低(-24.491±1.924和-0.960±3.824,P<0.01);AQP ADC结果显示实验组的AQP ADC值的差值百分比较假手术组显著降低(-25.218±8.839和0.209±1.279,P<0.01)。Western Blot结果显示实验组患侧的AQP4蛋白表达量显著高于假手术组。将实验组单只大鼠的AQP ADC图像与其相应的免疫荧光结果对比显示,AQP ADC值高的区域,AQP4阳性染色减少,而AQP ADC值低的区域,AQP4阳性染色增多。结论 AQP MRI能够在体显示水通道蛋白的分布情况,对缺血性脑卒中的病程判断具有重要意义。

双通道多普勒成像技术评价心力衰竭患者左心室舒张功能

目的探讨双通道多普勒成像技术同步测量舒张早期二尖瓣血流速度峰值与彩色M型血流传播速度比值(E/Vp)评价心力衰竭患者左心室舒张功能不全的价值。方法随机选取心力衰竭患者60例为病例组,选性别、年龄相匹配的60名健康人为对照组,采用双通道多普勒成像技术以及常规超声分别测量二尖瓣口血流舒张早期二尖瓣血流峰值速度(E峰)、舒张晚期二尖瓣血流峰值速度(A峰),组织多普勒舒张早期二尖瓣瓣环峰值速度(Em)、二尖瓣环舒张晚期运动峰值流速(Am),以及M型血流传播速度(Vp),计算同步与非同步E/Vp、E/Em。分析:1E/Vp、E/Em与纽约心脏病学会心功能分级(NYHA分级)的相关关系;2E/Vp、E/Em与N端B型利钠肽原(NT-proBNP)的相关关系;3分析E/Vp、E/Em用于左心室舒张功能评价的可行性。结果 1病例组同步及非同步测得E/Vp、E/Em高于对照组,差异有统计学意义(P均<0.01);2随着NYHA分级的增高,心力衰竭患者的同步E/Vp也随之增高,同步E/Vp与NT-proB-NP相关性良好(r=0.77,P<0.01);3当同步E/Vp≥1.32时,诊断左心室舒张功能不全的ROC曲线下面积为0.90,敏感度为74%,特异度为96%;同步E/Em≥9.11时,诊断左心室舒张功能不全的ROC曲线下面积为0.85,敏感度为61%,特异度为92%。结论采用双通道多普勒成像技术测量的同步E/Vp重复性好,能较准确地评估心力衰竭患者的左心室舒张功能。

通道调制型偏振成像系统的波段宽度限制判据

通道调制型偏振成像技术是一种体积紧凑、空间分辨率高且能够实时获取全偏振信息的新型偏振成像探测技术.但该技术目前只能实现准单色光的全偏振探测,严重制约了其实用化.本文首先对宽带光通道调制型偏振成像出现混叠现象的原因进行了分析,得出载波频率是限制波段宽度的主要因素.据此在空间频谱域上分析并推导了通道调制型偏振成像系统的光谱宽度限制判据公式,同时通过模型仿真得到了系统的极限有效光谱范围,与理论推导公式结果进行了对比分析,验证了判据的准确性.基于该判据可预测给定通道调制型偏振成像系统的有效工作波段,同时还可为扩展系统波段宽度提供理论支撑.

基于样本优化和主成分分析的多通道拉曼光谱重建及其快速成像

拉曼成像是一种无损伤、无需标记的光谱成像技术,在生物医学领域得到了广泛的应用。然而,由于大多数生物样本中的自发拉曼信号都很弱,为了获得较好的成像结果,需要较长的时间来获取高信噪比的拉曼光谱,严重影响了拉曼成像的时空分辨率,阻碍了其在快速动态体系中的应用。多通道拉曼成像是解决这一问题的有效途径之一,在多通道拉曼成像技术中,完整拉曼光谱的标定-重建算法是关键。目前,适用于光谱重建的算法有伪逆法、 Wiener估计算法等,这些方法虽然简单且易于实现,但是在应用于多通道拉曼成像时,一方面易受噪声、振动等非线性因素的直接干扰,另一方面在多通道拉曼成像中,数量相对较少的训练样本和坏样本的存在均很容易影响重建效果。为解决这两类因素的影响,本文提出了一种基于训练样本优化和主成分分析(PCA)的拉曼光谱重建算法。首先,利用滤光片理论响应矩阵函数计算训练样本的模拟窄带测量值,借助Wiener估计重建完整拉曼光谱,得到重建光谱的模拟窄带测量值,比较样本与重建光谱的窄带测量值,完成训练样本的优化;然后,基于多项式回归,拓展优化处理后的窄带测量值,降低非线性因素的干扰;最后,利用主成分分析,提取训练样本主要信息,完成转移矩阵的计算,并引入归一化处理,实现拉曼光谱的快速重建。在试验中,选取有机玻璃(PMMA)作为实验样本,利用伪逆法、 Wiener估计算法和本算法,分别完成拉曼光谱重建。采用均方根误差,评价拉曼光谱的重建精度。结果证明,该算法优于传统算法,为拉曼成像技术进一步在快速动态体系中的应用提供了理论支持。

冰面放电的纹影图像处理及折射率场重建方法

相比于电流、电压等传统测量方法,利用纹影技术拍摄得到的冰面局部电弧等放电的图像更加直观,其图像处理和折射率场重建是定量分析放电的几何尺寸、密度、粒子分布等物理特性的基础。从放电通道的光偏折特性出发,介绍了利用纹影成像技术测量放电通道的原理;提出了一套覆冰表面放电通道的图像处理和折射率场数值重建方法,通过数值实验验证了算法准确性。实测结果表明,所设计的纹影系统空间分辨率为10~100μm/像素可调、时间分辨率为1~38.45μs可调;提出的折射率场重建方法具有较高精度,能够有效得到冰面局部电弧形成过程中各个放电阶段的折射率场。

用于CF-LCoS LED照明的大角度复眼系统共轭成像优化设计

根据LED发光特性以及彩色滤光片式硅基液晶芯片特性,从成像光学的角度导出了复眼照明系统的基本成像公式.在此基础上由彩色滤光片式硅基液晶芯片目标区域的大小及其对光束入射角以及LED经整形以后的光斑尺寸与发散角的要求,根据推导的复眼系统的基本成像公式计算彩色滤光片式硅基液晶芯片复眼照明系统的初始结构,利用复眼照明系统中的多重共轭成像关系,将复眼成像,中继透镜成像分别优化,最后将两者通过孔径与中间像匹配的基本要求进行复眼阵列组合,设计了基于彩色滤光片式硅基液晶芯片的大照度入射光下的复眼照明系统.该系统以较小的复眼数,在保证彩色滤光片式硅基液晶芯片照明要求的条件下,较好地解决了照明系统效率、均匀性与大角度问题.与传统计算方法相比,该方法简单明了.非成像软件的模拟结果证明该方法准确,均匀性好,效率高.实验样机结果验证了本文所提方法的正确性和有效性.

基于高斯核主成分分析的多通道拉曼光谱重建

针对多通道拉曼成像系统常会受荧光背景、噪声等非线性因素的影响而导致拉曼光谱重建结果一般的问题,提出了一种基于高斯核主成分分析的拉曼光谱重建算法.首先利用相似度因子对标定样本数据集进行预处理,其次通过高斯核函数将标定样本以非线性形式映射至高维特征空间,接着在特征空间中对映射后的数据集提取基函数并通过伪逆法求得与之对应的基函数系数.使用聚甲基丙烯酸甲酯作为测试样本,并引入均方根误差来评估拉曼光谱重建结果的准确性.实验结果表明,相比传统的伪逆法与维纳估计法,该算法具有更高的重建精度及抗噪能力,且能有效降低标定样本中不良数据和成像系统中非线性因素对拉曼光谱重建的影响.因此,该算法可以为多通道拉曼快速成像提供一种有效的拉曼光谱重建算法.

风机塔筒焊缝缺陷漏磁与磁扰动检测性能对比

风机塔筒焊缝缺陷种类多样,不仅对塔筒的结构完整性构成重大威胁,对焊接区的无损检测也提出了相当大的挑战。采用漏磁与磁扰动检测方法对风机塔筒焊缝区域进行检测并对比其检测性能,为利用两种方法综合检测塔筒焊缝缺陷提供依据。首先,研制了适于焊缝缺陷检测的漏磁与磁扰动阵列传感器,制备了4种类型的缺陷试样并构建了检测试验平台;其次,试验获得了不同缺陷的漏磁与磁扰动多通道阵列扫查结果,并采用插值成像的方法对缺陷进行了二维成像;最后,利用检测结果对漏磁与磁扰动检测的性能进行了对比分析。结果表明,漏磁检测在小宽度裂纹检测和圆孔深度表征方面优于磁扰动检测,磁扰动则对小角度裂纹和小尺寸圆孔缺陷的检出性能更好。