高分辨率快速数字化光声CT乳腺肿瘤成像

提出了一种基于聚焦线性阵列探测器的快速光声计算机断层成像技术（光声CT）.在光声二维图像重建中,根据阵列探测器机械扫描和电子扫描相结合的组合扫描模式,提出了改进的有限场滤波反投影重建算法.一方面该算法适合多元探测器旋转扫描模式,另一方面探测器的指向性函数作为反投影的权重因子提高了系统的横向分辨率.同时,该成像系统还利用柱面声透镜实现Z轴方向上的聚焦扫描以实现三维层析成像.实验中,这套成像系统空间分辨率达到0.2mm,Z轴方向分辨率为1.5mm,扫描一幅二维图像仅需150s,得到 关键词： 光声CT 有限场滤波反投影算法 声透镜聚焦 乳腺肿瘤检测     

滑动焦点光声显微成像方法

在高分辨光声显微成像系统中,只有在有限焦深范围内的吸收体可以获得高分辨率高信噪比的成像,而实际的生物组织往往具有不规则的轮廓,导致成像结果分辨率和信噪比不均匀。提出了一种基于稀疏扫描轮廓的滑动焦点光声显微成像方法,首先在固定的焦点上稀疏扫描轮廓,人工选择轮廓点获取轮廓的稀疏矩阵,然后通过双调和(Biharmonic)插值获取完整的轮廓矩阵,并将轮廓矩阵转化为焦点位置移动矩阵,最后进行二次扫描,根据焦点位置移动矩阵在每次扫描之前调整焦点位置,使得在整个扫描过程中,样品始终处于焦深的范围,从而获得分辨率和信噪比均匀的光声显微图像。通过模型实验和在体皮下血管成像、颅下血管成像,证明了该方法可以有效地提高光声成像的质量。     

改进的同步迭代算法在光声血管成像中的应用

光声成像结合了光学成像和声学成像的优点，是一种高分辨率，高对比度的无损伤医学成像技术.一种改进的同步迭代算法应用于光声图像重建.仿真和模拟结果表明，与传统的代数迭代算法相比，在90°，135°，180°的有限场光声成像中，此算法对测量误差的校正和迭代次数的收敛上具有较大的优势，图像重建的速度和成像质量都有了明显的提高.实验中，一种圆形扫描结构的光声成像装置，用于180°的有限场扫描，利用改进的同步迭代算法，重建出了高对比度和高分辨率（60μm）的鸡胚胎光声血管图像.实验证明，这种算法的应用，大幅度减少了数据采集时间，为光声成像技术运用于实时监测血流灌注和肿瘤光动力治疗的血管损伤效应提供了潜在的应用价值. 关键词： 光声成像 有限角度 代数迭代算法 光声血管成像     

生物医学光声成像的研究进展

光声成像是21世纪初发展起来的新兴的生物医学成像技术,它同时具备光学成像和声学成像两者的优点,因而备受关注。本文对生物医学光声成像的发展进行了综述。首先,介绍了光声成像的特点以及相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,在成像原理上解释了光声成像优点的成因,并介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像技术;再次,详细介绍了多尺度的光声图像分辨率和成像深度,以及多信息维度的光声成像参数;最后,展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性。     

基于代数重建算法的有限角度扫描的光声成像

由于滤波反投影重建算法要求对成像区域进行全方位扫描以获取完全投影数据,它需要较长时间采集大量数据,使其在医学上的应用受到限制。研究了在有限角度下采用代数重建算法进行光声成像的方法,实验用的光源为YAG激光器,波长为1064nm,重复频率20Hz,脉宽为6ns,探测器为针状的磺化聚二氟乙烯(PVDF)膜水听器,接收面积的直径为1mm,从仿真和实验结果表明该方法适用于“非完备投影数据”的光声层析成像。从图像重建效果上与滤波反投影算法相比较,该成像算法提高了重建图像的分辨率和对比度。采用代数重建算法的有限角度的光声成像方法,对临床医学的无损伤检测,具有重要的意义。     

基于光声成像的生物组织微结构定征研究进展*

光声成像是一种新兴的复合型生物医学成像技术,它既具有光学成像丰富的光学对比度,又具有声学成像成像深度深、深层组织空间分辨率高的优点。作为一种非侵入式的成像技术,光声成像逐渐显现出极大的生物医学应用潜力。该文首先介绍了光声成像的物理机制,以及光声显微镜和光声计算机断层成像这两种典型的光声成像技术;然后讨论了从光声射频信号中提取组织微结构的尺度、数量密度、弹性等特征参数的研究进展,并展望了其在组织定征和分类上的应用前景。     

实验技术共焦扫描光声层析成像技术的研究

报道了一种新的光声层析成像技术--光声傅里叶变换共焦扫描成像技术.并用该技术获得了强散射物质(生物组织)的层析图像,纵向分辨能力小于0.1mm,横向分辨率小于4mm.     

利用维纳滤波改善声透镜光声成像系统的分辨率

为了克服衍射效应对光声成像系统分辨率的限制,需要采用逆卷积方法进行图像反演.从理论上分析了声透镜成像原理,模拟仿真了声透镜的点扩展函数对声透镜成像系统分辨率的影响和维纳滤波解卷积方法复原光声成像的过程,并利用自搭建的声透镜光声成像系统进行了深入的实验研究,得到了物平面上相距4 mm和3 mm的两个黑胶带点的直接成像光声...     

自适应多光谱光声成像技术研究

光声成像技术是利用激光照射组织产生超声波成像的新型医学影像技术.在传统光声成像中,由于组织体内复杂的成分与环境会对入射光波产生较大的扰动而导致波前畸变、图像分辨率下降,从而降低诊断的准确性.为了克服这一影响,本文提出了一种自适应多光谱光声成像技术.该技术利用自适应光学技术可有效地降低组织对光波扰动的影响,提高系统成像分辨率与图像对比度.此外,该系统还融合了多光谱成像技术,可在多种波长下对目标成像,从而更好地进行组织结构识别、组分分析等.实验结果表明,该系统十分适用于复杂的生物组织光声成像,可极大地增强光声成像性能,在生物医学领域具有广阔的应用前景.     

基于聚焦光声层析技术的甲状腺离体组织成像

对人体甲状腺内的病变组织进行定位和成像对于准确诊断和有效治疗甲状腺疾病是至关重要的. 本文评估了利用光声层析技术对离体甲状腺组织进行成像的可行性, 并利用基于30 MHz超声换能器的聚焦光声成像系统对甲状腺进行扫描成像. 实验中成像系统的横向分辨率和纵向分辨率分别达到了350 μupm和74 μupm. 分别对正常离体甲状腺组织和模拟病变甲状腺组织进行光声成像. 实验结果表明, 本成像系统能够有效区分和鉴别正常甲状腺组织和病变组织. 此项技术有望进一步提高甲状腺疾病诊断的准确率, 以便更为有效地指导疾病的治疗, 具有潜在的临床应用前景.     

单向瞬态电压抑制二极管的参数提取

在半导体器件高功率电磁脉冲效应数值模拟中,真实器件的物理模型构建较为困难。为了解决这一问题,以某型单向瞬态电压抑制(TVS)二极管为例,对其进行测试获取建模所需的参数信息。通过X光成像、扫描电子显微镜（SEM）及杂质染色等技术手段,获得了该器件PN结正对面积大小、PN结深度等结构参数。通过实验测量了二极管的反向击穿电压和电容曲线,结合数值计算,推导出了二极管的杂质浓度。利用本次实验获得的参数,结合数值计算的结果,建立了该型号二极管的真实半导体物理模型。对该模型进行了数值仿真,计算了器件的伏安响应曲线并与实验值进行了比对,计算结果与实验值吻合较好。本次的方法除了可以直接用于PN结型器件的建模外,也为其他器件物理模型的建立提供了参考,可在半导体器件效应数值模拟研究中得到应用。     

NON-DESTRUCTIVE EVALUATION OF HORIZONTAL CRACK DETECTION IN BEAMS USING TRANSVERSE IMPACT

Numerical and experimental studies for crack detection in beam employing transverse impact are presented. In the numerical study, a beam model of wave propagation is developed to calculate the time history of beam response before, over and after the crack region. It is expected that the resulting wave in the beam will be scattered by the crack and will carry information on the location and geometry of the crack. Experiments using a scanning laser vibrometer on specimens containing simulated crack are then conducted to verify the numerical results. Comparison study between the numerical results and experimental observations are conducted; good correlation between theory and experiment is observed. The beam model of wave propagation and adaptive multilayer perceptron networks (MLP) are then used for inverse identification of crack parameters (i.e., crack location, depth and length) in the beams. Time-domain displacement responses calculated using the present beam model containing predetermined crack parameters are used as training data for the MLP. Once the MLP is trained, the MLP networks are then employed for inverse determination of an unknown crack in a beam using experimental displacement responses measured with a scanning laser vibrometer. Examples show that the procedure performs well for the determination of a wide range of values for the location, depth and length of the crack.     

光学传递函数测量仪刀口和狭缝两种扫描方法比较分析

GC 2 11光学传递函数分析仪是北京理工大学光电工程系自行研制的一台能对折轴、潜望等复杂光学系统进行测量的大型精密测量仪。其测量采用了刀口扫描和狭缝扫描两种方式。但实际应用时 ,用刀口扫描方式得到的光学传递函数值总是小于理论值。通过分析计算 ,得出在相同条件下 ,刀口扫描法比狭缝扫描法抗干扰能力差的结论 ,弄清了长期以来刀口扫描测试数值偏小的问题。     

垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟

提出一种垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟方法。该方法考虑到白光光源光谱分布及垂直扫描干涉系统对白光干涉信号的影响,通过正弦函数多项式拟合的方式减少模拟算法的运算量,消除了现有方法中数值积分运算量大,不便于实际分析的缺点。采用白光LED作为光源,用该方法对白光干涉信号进行模拟分析,并用直接数值积分信号模拟结果与白光干涉垂直扫描测量装置获得的实测信号进行对比,验证了该方法的准确性。     

Near-field scanning optical microscopy studies of thin film surfaces and interfaces

In this article, the results of the modeling of topography related artifacts appearing in near-field scanning optical microscopy measurements are presented. The results obtained for near-field scanning optical microscope operation in reflection mode with off-axis far field detector position are compared with experimental results. It is shown that the chosen numerical method - Finite Difference in Time Domain method (FDTD) - can be used for efficient modeling of main topography related artifact. It is also seen that the far field detector position can have large influence on the resulting reflection mode optical images.     

NRD leaky-wave antenna for narrow beams in 94GHz

Theoretical analyses and numerical results of NRD leaky-wave antenna are presented. The results show that the characteristics of frequency scanning and very narrow beam can be implemented by NRD leaky-wave antenna. At the freguency of 94GHz, the half-power beamwidth of 0.14° of the antenna canbe obtained when the length of the antenna is 1.5m. From 90 to 98GHz, frequency scanning is about ±7° relating to the beam angle at 94GHz. The theoretical results are compared with the experimental data.     

Variable tomographic scanning with wavelength scanning digital interference holography

We present a new method for variable tomographic scanning based on the wavelength scanning digital interference holography (WSDIH). A series of holograms are generated with a range of scanned wavelengths. The object field is reconstructed in a number of selected tilted planes from each hologram, and the numerical superposition of all the tilted object fields results in a variable tomographic scanning. The scanning direction can be arbitrary angles in 3D space but not limited in a 2D plane, thus the proposed algorithm offers more flexibility for acquiring and observing randomly orientated features of a specimen in a WSDIH system. Experiments are performed to demonstrate the effectiveness of the method.     

一种基于线结构光的五轴扫描测量系统

提出了一种由线结构光测头、三坐标测量机和两个数控回转工作台组成的五轴线结构光扫描测量系统。该系统通过两个回转工作台带动被测物体旋转,使线结构光测头能够测量到物体四周和顶部的各个区域。为了把从不同角度测量的数据拼合到一起,建立了数据自动拼接的数学模型,并通过测量标准球实现了对系统的标定。实验结果表明,该系统能在一次装夹下完成对复杂物体的完整测量,测量数据能自动拼合在一起,拼接精度达到了0.008mm。     

Feasibility of remote focusing of a curvilinearly scanning beam in a moving defocusing medium

The thermal blooming of a collimated parabolically scanning beam in a defocusing medium moving across the beam is modeled. It is shown by numerical analysis that the maximum intensity in the beam within a specified portion of the path can be increased significantly by proper selection of the parameters of the scanning trajectory.Preliminary results of the present study have been reported at the Thirteenth All-Union Conference on Radio Wave Propagation [1] and at the Sixth All-Union Symposium on the Propagation of Laser Radiation in the Atmosphere [2].Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 27, No. 1, pp. 41–47, January, 1984.The authors are indebted to the editors for useful comments, which have contributed greatly to the improvement of certain aspects of the article.     

Spin and charge transport in the presence of spin-orbit interaction

We present the study of spin and charge transport in nanostructures in the presence of spin-orbit (SO) interaction. Single band tight binding Hamiltonians for Elliot-Yafet and Rashba SO interaction are derived. Using these tight binding Hamiltonians and spin resolved Landauer-Büttiker formula, spin and charge transport is studied. Specifically numerical results are presented for a new method to perform magnetic scanning tunneling microscopy with non-magnetic tip but in the presence of Elliot-Yafet SO interaction. The spin relaxation phenomena in two-dimensional electron gas in the presence of Rashba SO interaction are studied and contrary to naive expectation, it is shown that disorder helps to reduce spin relaxation.