高速扫描激光共聚焦显微内窥镜图像校正

使用往复式逐行扫描的方式可以提高激光共聚焦显微内窥镜的成像速度和数据利用率,但这种扫描方式也会带来图像畸变和错位问题,从而影响系统成像质量。受扫描畸变影响,图像错位程度不一致,后期处理难以得到理想的校正效果。本文基于共振振镜的运动规律,推导了均匀空间采样过程中的采样时间函数,通过非等时采样方法校正了振镜速度变化带来的横向畸变。利用互相关法评价图像错位程度,采用遗传算法获得最优的采样开始时刻,实现了图像错位的校正。最终通过调整采样开始时刻和时间间隔在数据采集环节校正了图像畸变和错位。为了验证图像畸变校正和错位校正效果,本文搭建了基于往复式逐行扫描方式的激光共聚焦显微内窥成像系统。实验结果表明,该方法能够有效地校正图像畸变和错位,图像的横向分辨率。与现有方法相比,本文方法将图像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。

双色荧光成像在体微型显微镜

目前微型显微镜光学系统大都采用梯度折射率透镜作为物镜,受其色差限制,双色荧光成像效果较差。首先设计了微型消色差镜头代替梯度折射率透镜,分别以大脑皮层和深层成像为应用方向设计了两套光学系统,视场为1.10 mm×1.10 mm和0.77 mm×0.77 mm,分辨率都达到3.47μm;其次,设计了数据采集电路,实现10帧/s的双色荧光同时成像,并将视频数据存储于内置存储卡中,去除了线缆对动物行动的限制;最后,通过优化结构设计形成了双色荧光成像微型显微镜样机,整体重量为6.2 g,方便动物随身佩戴。通过双色荧光微球仿体成像实验验证了该设备的技术指标及可靠性,预期在脑科学研究中具有较好应用价值。

CT表型在慢性阻塞性肺疾病中的应用价值

慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)简称慢阻肺,全球发病率和死亡率仍呈增高趋势,给患者、家庭和社会带来沉重的经济负担[1]。据统计,目前慢阻肺占全球死亡原因第3位,预计至2020年将跃居世界疾病经济负担第5位。慢阻肺是一种以持续性呼吸道症状和气流受限为特征、可以预防和治疗的常见病,缘于气道和肺实质多重病变。不同的个体有着不同的病理生理过程,慢阻肺患者临床表现和疾病进展存在显著的异质性,肺功能中第一秒用力呼气容积(FEV 1)单独一个指标不能够反映疾病的严重和复杂程度,且FEV 1不能作为区分疾病诊断、评估和治疗的理想指标[2]。虽然慢阻肺的负担日益得到重视,但患病率和病程经过均未得到显著改善,这部分归咎于慢阻肺患者漠视病情,往往就诊时慢阻肺症状已较为凸显。而且,慢阻肺存在较多潜在的表型,亟需对表型量化,并研发基于生物标志物的精准医学[3]。

基于一体化微球物镜的超分辨成像系统

利用直径微米量级的透明微球与传统光学显微镜相结合,可以在白光下实现超分辨成像.目前大部分研究是将微球直接播撒到样品表面,由于微球位置的随机性和不连续性导致无法实现特定区域的完整成像,极大限制了该技术的使用范围.使用微探针或微悬臂黏附微球,通过三维位移台精确控制微球位置,一定程度上解决了上述问题,但是需要对微球位置进行精准操控.本文提出了一种结构稳定、参数可控、简单易用的基于一体化微球物镜的超分辨成像系统,对微球与物镜进行了一体化安装设计,通过设计侧视成像及位置反馈系统实现了对微球、物镜和样品三者之间距离的精准控制,结合通用的显微成像系统,实现了对可控特定区域的超分辨成像.该系统将普通显微物镜(40×,NA 0.6)的分辨能力提高了4.78倍,最高可以看到100 nm的样品特征.该一体化物镜可以搭配普通光学显微系统使用,实现超分辨成像,提高了微球超分辨技术的通用性,在亚衍射极限样品的超分辨成像方面具有广泛的应用价值.

共聚焦激光显微内窥成像中PMT与APD探测器性能对比分析

共聚焦激光显微内窥镜(CLE)可以进行在体组织显微成像,实现实时病理学诊断,而光电探测器作为CLE系统的核心部件,影响共聚焦图像质量。对比分析光电倍增管(PMT)和雪崩光电二极管(APD)在CLE中的性能表现,建立基于PMT和APD探测电路的CLE成像信号信噪比分析模型,理论分析光电探测器及其放大电路噪声、放大增益、输入光信号等参数对成像信号信噪比的影响。搭建基于PMT和APD双光路探测系统,对均匀荧光溶液和组织样品进行成像。研究结果表明,当样品荧光功率大于10 nW时,所选取PMTSS与APD120A2的输出图像质量接近,信噪比相差小于0.67 dB,APD以更高的性价比实现与PMT相当的成像性能。

基于大功率高光密度发光二极管的投弹照明灯设计

设计了一种基于大功率高光密度发光二极管(LED)光源的投弹照明灯。基于非成像光学理论,利用ZEMAX软件建立了以大口径高透过率菲涅耳透镜为核心元件的准直光学系统。利用焦距为1500mm的柱面菲涅耳透镜对准直光束进行一维方向的扩散,再将灯具以6.85°的倾斜角度照射靶面,实现了大面积光斑照明。利用TracePro软件进行仿真分析,得到光斑水平方向和垂直方向的发散角分别为18.1°和2.46°。样机在靶标上投射出一个清晰、对比度高的类椭圆形亮斑,中心最大照度可达110lx,能够满足战斗机夜间投弹训练的要求。

多源分布式稳态太阳模拟器设计

太阳模拟器是光伏和材料降解研究中的关键设备,能够为光浸泡与耐久度测试提供稳定可控的特征辐照度光谱。基于大功率、单晶窄带小发光面的LED光源采用超半球齐明透镜进行全孔径集光,设计曲面分布式光学结构,从而高效实现目标靶面上的光谱匹配及1个太阳常数(辐照度为100 mW/cm^(2))的辐照度。实验结果表明,本文所设计的太阳模拟器在1000 h的时间内的辐照度波动低于1.15%,靶面中心60 mm×60 mm的正方形区域内辐照度不均匀性为1.98%,80 mm×80 mm区域内辐照度不均匀性为4.99%,光斑的光谱匹配度达到A级。该系统结构紧凑,可扩展性强,可用于长期稳态测量。

用于LED集鱼灯稳定照明的自由曲面透镜设计

进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°。分析了LED集鱼灯在渔船横摇角度变化范围(-10°~10°)内的目标面相对照度分布的相似性和误差率。模拟结果和实验结果的正交归一化相似性(NCC)分别大于98.50%和99.53%,均方根误差(RMSE)分别小于5.56%和4.60%。与普通LED集鱼灯和金卤灯比较,本设计显著提高渔船横摇时LED集鱼灯的光照稳定性。结果表明,在不同照明角度下,LED集鱼灯的自由曲面透镜能很好地实现海面上的稳定光照。

呼吸导引操在稳定期慢性阻塞性肺疾病康复中的价值

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种死亡率呈上升趋势的慢性疾病。尽管抗炎、联合和靶向治疗取得了重要进展,但COPD药物治疗仍是治标不治本。肺康复是COPD管理过程的核心,运动训练则是肺康复的基石。传统导引术具有防病和治病的双重功效。现有研究表明,呼吸导引操可使稳定期COPD患者临床获益。本文将对COPD治疗现状、呼吸导引操在COPD患者康复中的价值作一综述。