基于高倍率细胞内镜系统的细胞核分割

临床上诊断消化道早期癌症主要依赖于电子内镜活检术,但是其诊断周期长。细胞内镜是一种具有超高放大倍率的内窥镜,配合术中染色可以直接在体内观察到病灶的细胞核等病理结构。为了使内窥镜医生能够在术中更准确地分析细胞核病理特征,基于已研制的高倍率细胞内镜系统在猪食管黏膜组织上开展了细胞核染色及分割方法研究。利用1%浓度的甲苯胺蓝水溶液对猪食管黏膜进行细胞核染色,并成功在细胞内镜显微成像模式下观察到染色的细胞核。在此基础上,采用深度学习方法训练了细胞核分割模型,有效实现了染色细胞核的分割提取,分割准确度达到了99.23%,特异性达到了99.54%,敏感性达到了84.37%,Dice系数达到了0.8138,为细胞内镜的AI辅助诊断算法研究奠定了基础。

提高石英表面聚焦离子束微纳直写精度的方法

针对聚焦离子束在绝缘材料表面直写微纳图形时因电荷积聚原因导致加工效果差的情况,将单晶硅湿法各向异性腐蚀工艺应用于单晶硅片表面制备倒金字塔形通孔,作为微窗硅基盖板覆盖于绝缘衬底表面。当聚焦离子束穿过通孔在非导电衬底表面进行溅射刻蚀时,微窗硅基盖板的导电特性可提高溅射出的带电粒子的迁移率,降低电荷积聚-放电的频率,从而有助于聚焦离子束在绝缘衬底表面进行微纳加工。试验在具备高分辨率扫描电子显微镜成像和聚焦离子束微纳加工功能的双束系统中进行。试验结果显示被微窗硅基盖板的通孔环绕的石英表面的刻蚀结果与未被环绕的对比,刻蚀效果有显著改善,甚至部分刻蚀结果与单晶硅表面的刻蚀结果一致。

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题。论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并采用近似射线声学理论方法进行校正。数值结果表明颅骨的存在造成目标运动速度估计的相对误差达到55%左右,校正后误差降至约12%;体模实验中对目标位移大小和角度估计的平均误差在校正前分别约为16%和28%,校正后均降至1%左右。该研究结果可为超声颅脑疾病诊疗设备的研制提供理论指导和技术支持。

视听触同步刺激的数字化盲文学习方法

盲文是视障人士获取信息,学习知识的重要媒介.然而,目前基于纸质书籍的盲文学习方法只能提供盲文点位的触觉刺激,存在不便携、不易用且内容陈旧等问题.为此,本文提出了一种视觉、听觉和触觉同步刺激的数字化盲文学习方法,能够提高视障人士的盲文学习效率.基于多感知盲文学习机,本文设计了一种多感知信息匹配算法,能够输出文字、声音和盲文点位相同内容的信息,为视障人士无障碍学习盲文提供条件.短期记忆的盲文学习效果实验表明:(1)在视觉、听觉和触觉的共同刺激下,盲文学习效率最高,即在盲文学习过程中,增加视觉刺激对于视力残余人士提升盲文学习效率有显著正向促进作用;(2)在听觉和触觉的共同刺激下,盲文学习效率并不高,即全盲人士学会盲文有一定难度,需要有较长的学习曲线;(3)仅在听觉刺激下,盲文学习效率很低,即开发语音学盲文的APP不具备实践意义.

高倍率大视场细胞内镜成像系统研究

细胞内镜是一种具有超高放大倍率的内窥镜,能够在体内直接观察到染色的细胞核,对早期癌症的诊断具有重要意义,目前仅日本奥林巴斯公司拥有相应的技术。细胞内镜的核心是其头端部的光学成像系统,现有的细胞内镜成像系统在高倍率成像时视场范围较小,检查效率低。本文提出了一种高倍率大视场细胞内镜成像系统,采用6片球面系统实现了高性能低成本的大视场变焦内窥物镜,并基于此搭建了细胞内镜成像系统。实验结果表明:该系统的物方分辨率达到了181.0 lp/mm,放大倍数约为500倍,显微成像视场范围显著增大至1200μm×670μm,是现有细胞内镜成像系统的2倍以上。在此基础上,采用深度学习方法为系统增添了细胞核分割功能,分割准确度达到了96.58%,验证了所搭建的成像系统对细胞核形态细节的成像能力。

基于边缘光抑制技术的双光束激光直写纳米光刻系统

利用边缘光抑制技术,设计并研制了一套双光束激光三维直写光刻系统。该系统含有高速扫描振镜和三维纳米压电平台两组扫描机构,可以根据不同加工需求完成多种扫描模式下的微纳结构制造。分析了光刻光束中激发光与抑制光的能量变化对加工精度的影响,通过对光刻光束能量的精确控制,实现了基板表面最小线宽为64 nm的均匀线条和线宽为30 nm的悬浮线的稳定加工,加工结构的线宽变化符合理论预期。该系统在进行实用器件加工时,最高加工产率可达到0.6 mm;/min。使用该系统加工制造了多种微纳结构,证实了其具备加工大深宽比周期结构、复杂曲线结构和不规则三维结构的能力。