小鼠颅骨视窗及其在光学活体脑成像研究中的应用

小鼠颅骨视窗作为一种活体光学脑成像辅助工具,以其原位表征、实时观察、长期活体脑成像等优势,成为脑部疾病及神经元突触生长等研究的重要手段之一。小鼠颅骨视窗不仅可以对颅骨下软脑膜血管及血管内红细胞流速、流态变化进行定量分析,在结合荧光标记物与光学显微镜后,还可以对脑部皮层下组织、神经细胞的变化进行清晰成像。过去数十年,科研人员利用小鼠颅骨视窗深入研究了偏头痛、阿尔兹海默症、神经突触等病理生理过程,并取得了大量突破性进展。同时,随着光学成像工具性能的提升,小鼠颅骨视窗的应用也得到了进一步拓展。本文主要介绍颅骨视窗的发展史、构建方法,结合荧光探针及光学成像方法的研究,全面总结了近年来小鼠颅骨视窗在光学脑成像研究中的应用,包括脑内重要生物分子成像、细胞成像、血管及血流成像、神经环路可塑性及神经功能成像、疾病发生机理及药物开发研究等,最后讨论了小鼠颅骨视窗在实际应用中面临的问题,并对其未来应用进行了展望。

基于压缩感知STORM超分辨成像与像素的关系

针对基于压缩感知STORM(stochastic optical reconstruction microscopy)超分辨成像效果差的不足,提出采用高分辨相机改善基于PSF测量矩阵性能的方法。该方法能够改善基于PSF测量矩阵的约束等距性(restricted isometry property,RIP),从而达到提高重构效果的目的。实验结果表明,采用高分辨相机后基于PSF(point spread function)测量矩阵的列不相关性更好,重构能力、定位准确度和识别率都得到极大改善。同时探讨了以传统指标体系评价基于压缩感知的超分辨重构质量的优劣和适用性。发现匈牙利法和质心法的组合方案较能反应真实的基于压缩感知的超分辨重构效果。

STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法

针对随机光学重构显微等超分辨率显微成像技术存在的图像采集重构慢、空间分辨率低、时间分辨率弱,基于点扩散函数测量矩阵的约束等距性差和重构效果不好等缺点,提出了随机光学重构显微(STORM)原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的压缩感知后处理方法。仿真结果表明,该方法在不改变显微镜光学系统的前提下,通过对STORM原始图像和基于点扩散函数测量矩阵的后处理,能够大幅提高超分辨率显微成像的重构效果。

信号重构中测量矩阵性能的判据

针对压缩感知中测量矩阵性能判据混乱的问题,提出基于不同类型重构算法的测量矩阵性能判据。该判据比传统方法的可操作性更好,在矩阵的其他性质都近乎一致的条件下实现了对具有不同列不相关性矩阵的严格对比实验。实验结果表明,对于OMP(orthogonal matching pursuit)算法,测量矩阵的列不相关性可作为测量矩阵性能判据,但当列不相关性达到一定程度(即μcmax>0.25)后对测量矩阵性能再无影响。对于BP(Basis Pursuit)算法,具有相同解空间的测量矩阵性能与列不相关性无关;测量矩阵的列不相关性不是判断测量矩阵性能的主要判据。一个矩阵能达到的理论上限就是等规模的哈达玛矩阵的重构能力。

基于分块对角矩阵的二维压缩感知数据采集和重构方法

针对遥感中线阵推扫数据采集模式和现有方法重构能力的不足,提出基于分块对角矩阵和TV(Total Variation)算法的二维压缩感知模型和方法。该方法能够使压缩感知的约束函数和目标函数同时包含完整的图像二维信息,是真正完全意义上的二维压缩感知。在不改变传统数据采集模式的基础上,通过分块对角矩阵的后处理,实现二维压缩感知。实验结果表明,该方法使图像的重构效果获得极大改善,SNR提高约8dB。但是该方法不适用于OMP(Orthogonal Matching Pursuit)和BP(Basis Pursuit)算法。该方法促进了定向遥感的发展,如与其他模型和方法结合,能进一步提高重构效果。

水热法合成铌酸钾钠纳米晶体（英文）

采用Nb2O5、NaOH和KOH为原料通过水热法合成出树状和针状铌酸钾钠纳米晶体,对反应条件对产物形貌的影响进行了讨论。X-射线衍射结果可知在150℃时可形成纯相钙钛矿结构铌酸钾钠。通过扫描电镜图片可知,只有在KOH摩尔比占总的碱浓度的15%时才能合成出树状和针状铌酸钾钠。Nb2O5粉末和NaOH和KOH在150℃反应5d后生成宽度为50~200nm的针状铌酸钾钠晶体。以Nb2O5纳米带和NaOH和KOH为原料,在150℃反应1d可形成宽度为50~150nm的树状铌酸钾钠晶体。Nb2O5纳米带在晶体生长过程中起到模板的作用,随着反应过程碱液中KOH所占比例的增大,铌酸钾钠的形貌会从针状和树状转变成颗粒状。

365nm长波紫外光辐照对人嗜中性粒细胞内钙离子浓度的影响

紫外光在临床医学上的众多应用中最值得关注的是紫外光照射自血回输疗法,但其具体机制尚未清楚.基于倒置荧光显微镜光路,在单细胞水平上,分别以连续式和间隔式365 nm长波紫外光辐照射血液中数量最多的白细胞-嗜中性粒细胞,检测其对细胞内钙离子浓度的影响.结果表明,相对低剂量的长波紫外光辐照会使胞内钙浓度升高,而较高剂量的紫外光可导致胞内钙浓度下降,甚至低于起始钙浓度.此外,胞外无钙的情况下,紫外仍可引起胞内钙升高,说明紫外引起胞内钙库释放导致胞内钙浓度升高.为探讨紫外光照射自血回输疗法的作用机理提供一定的实验支持.