利用自体荧光成像量化分析牙菌斑（英文）

牙菌斑是造成龋病及牙周病的主要因素之一,通过检测牙齿表面牙菌斑含量多少能在一定程度上了解牙齿健康程度,对口腔健康的维护有重要意义。利用牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性,本文设计了一套便携式的基于自体荧光成像的检测系统。(1)该系统以中心波长为405nm的LED作为激发光源,辅以中心波长520nm的长波通滤光片提高系统信噪比,CCD作为感光器件;系统采集荧光图像后,根据成像结果分析牙面上牙菌斑含量。(2)设计了验证实验采集受试者牙齿图像,并以牙菌斑百分比作为量化牙菌斑多少的指标。实验结果表明荧光图像菌斑百分比与Turesky改良的Quigley-Hein菌斑指数的Spearman等级相关系数为0.944,牙齿荧光图像牙菌斑百分比与染色图像牙菌斑百分比的Pearson相关系数为0.875。由此可见,文中的检测系统具有较好的准确性,而且因为采用光学检测方法,具有非侵入性且可重复性,所以它有广阔的临床应用前景,有望成为家用口腔健康的检查手段。     

基于口腔自体荧光效应和深度学习的牙菌斑的分割及量化

牙菌斑是牙齿表面一层难以观测的生物膜,是导致龋齿、牙龈炎等一系列疾病的直接诱因.牙菌斑的早期定量化无损检测具有重要的临床意义.短波长光激发下,牙菌斑的细菌及其代谢产物可以产生自体荧光.基于前期成像系统的基础上,采集大量牙菌斑在405nm蓝光激发下产生的红色荧光;牙菌斑越成熟红色荧光强度越高;采用改进的U-net网络对该...     

激光诱导自体荧光成像法(LIFI)诊断肺癌

系统利用三倍频调Q脉冲Nd:YAG激光器产生波长为355nm的激光作为激发光,利用像增强型电荷耦合器件(ICCD)作为成像器件,对肺癌组织和正常肺组织在特征波段进行荧光成像。对不同特征波段的荧光图像进行分析后可看出肺癌组织与正常肺组织有明显区别。为利用激光诱导荧光诊断肺癌提供了一种新的诊断方案,并可在改进后用于临床诊断。     

细菌自体荧光检测装置的研究与设计

细菌感染会造成伤口愈合延迟，增加患者和医疗卫生系统的负担，因此非常需要对伤口细菌进行及时检测和适当的处理。基于细菌自发荧光原理，设计了一种对伤口常见细菌快速检测成像的系统，可用于辅助识别伤口细菌负荷和判断感染情况，无需采样培养或染色鉴定。使用智能手机采集细菌荧光图像，以405 nm LED作为细菌激发光源，配合荧光图像信息提取和定量算法能够快速识别提取图像上的感兴趣区域并对荧光信号进行量化，定位细菌荧光信号区域。梯度浓度实验证实了荧光强度与细菌浓度高度相关，荧光强度与浓度之间存在线性关系，随着细菌浓度的降低，荧光信号强度呈下降趋势，系统最小检测限约为10⁵ CFU/mL。与传统细菌检测方法相比，本装置具有操作简单、检测速度快、成本低等特点，为伤口细菌检测提供了一种新的手段。     

合肥光源新的束团截面及发射度测量系统的研制

介绍了合肥光源储存环紫外光束团截面及束流发射度测量系统. 本系统采用光学探测, 由光学成像和图像采集处理两大部分组成. 光学成像部分利用光学成像将中心波长366.1nm紫外光1:1成像于CCD探测器上. 图像采集处理部分将CCD探测器采集的视频信号由电缆输出到图像采集卡进行图像采集, 然后由LabVIEW程序进行数据处理获得束团截面尺寸以及束流发射度和耦合度, 最后给出了实验结果.     

基于激光共焦扫描术的亚心形扁藻显微图像与光谱

采用激光共聚焦扫描显微技术,针对亚心形扁藻开展了研究.从获得的488 nm Ar+激光单光子激发的亚心形扁藻自体荧光光谱与图像,可知细胞内有一杯状叶绿体物质,其荧光峰值为682 nm,对应叶绿体发出的红色荧光.在单通道模式下,获得800 nm fs激光双光子激发的扁藻自体荧光光谱与图像,可知每个杯状叶绿体的内部有一个自体荧光更强的圆形物质.在双通道模式下,可分别获得小圆形物质的自体荧光图像,杯状叶绿体自体荧光图像,以及两个通道图像的叠加.进一步获得了双光子藻细胞荧光图的6个主要的荧光峰.采用单光子激光激发可获得亚心形扁藻叶绿体自体荧光图像及其荧光光谱,而双光子激光激发荧光光谱的多通道以及Lambda模式下采集光谱信号与图像,不仅可观察到亚心形扁藻的内部形态结构,还可能从双光子激发荧光图中研究分析亚心形扁藻生化物质的存在,灵敏度较单光子激发高.激光扫描共聚焦显微技术,特别是双光子荧光与图像技术可为海藻的检测与研究提供一种快速、实时、有效、简便的方法.     

基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测研究

针对柴油机润滑油被燃油稀释的状态监测的问题,研究了基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测方法,设计搭建了检测实验装置。利用峰值发射波长为365 nm的紫外LED作为发射光源,发射的紫外光通过400 nm低通滤光片过滤后进入石英比色皿中的油样,并激发油样产生荧光,产生的荧光通过400 nm高通滤光片过滤后,利用探测波长范围为400～800 nm的光电传感器采集油样的荧光信号,利用万用表读取油样的荧光强度。设计开发了信号的放大和测量系统。高、低通滤光片的组合使用,减少了紫外光源所发射的紫外光对油样的荧光强度测量的干扰。利用该实验装置,测量了润滑油中柴油含量分别为20.3 Wt.%,10.0 Wt.%,5.0 Wt.%,2.5 Wt.%,1.5 Wt.%和0.7 Wt.%以及不含柴油的空白油样的荧光强度,经拟合得到柴油含量与荧光强度的方程。最后,为了检验该方法测量润滑油中柴油含量的准确性,采用柴油含量为7.5 Wt.%油样进行验证,利用该实验装置,测量了验证油样的荧光强度,代入拟合方程,计算得到油样中的柴油含量,结果表明通过该方法测量的油样中柴油含量与油样的实际柴油含量的相对误差为0.5%,实现了实验室条件下润滑油被燃油稀释的精确测量。     

干贝水分含量可视化检测方法的研究

水分含量影响干贝的口感、质地等品质特征,而且与其贮存期密切相关。应用高光谱成像与检测技术结合化学计量学方法,实现干贝水分含量的快速检测。实验采用高光谱成像系统采集380～1 030 nm波段范围内的高光谱图像,采集得到6个不同干燥时期共90个干贝样本高光谱图像。提取所有样本感兴趣区域的平均光谱数据,采用连续投影算法(SPA)和权重回归系数法(B_w)分别提取了7个和4个特征波长。基于所提取的特征波长和全波长分别建立光谱数据与水分含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型,三种模型分别是SPA-PLSR,B_w-PLSR和PLSR。建模集和预测集相关系数都高于0.95,预测均方根误差都低于10%,三种模型均获得了较好的预测效果,都能很好地预测干贝的水分含量。在所有模型中,SPA-PLSR模型具有较少的波长变量和较高的预测能力(97.28%),因此本文基于SPA-PLSR模型,采用伪彩色图像编程技术实现了干贝图像上每个像素点的水分含量的可视化预测。结果表明,高光谱成像技术结合特征波长提取算法可用于干贝水分含量分布的可视化检测。     

同色异谱破坏特性及其在相似异物检测中的应用

由于相似异物与所处背景的外观特征极其相近,现有的光谱成像检测技术遇到新的挑战。针对复杂背景中相似异物检测难题,提出了利用同色异谱破坏特性的透反射光谱图像检测方法。在分析同色异谱破坏过程中异物与背景光谱特性差异基础上,建立了波长优选函数筛选最优波长的透反射光源构建成像检测系统。以棉花中的白色丝状异物作为实验对象,利用最佳波长透反射成像系统获取异物特征,采用图像决策层融合增强异物图像特征,最后利用二值化处理提取异物目标。实验结果表明,在利用390 nm反射波长与580 nm透射波长的双波长图像检测中,成像系统获取的相似异物图像特征明显,异物提取后检测结果与实际相符。此方法可有效检测棉花中多种白色丝状异物,为相似异物检测提供了一种新思路。     

显微荧光成像光谱技术在录井中的应用

利用显微成像光谱仪对岩芯样品进行荧光显微成像,所得信息构成光谱成像立方体,从而同时采集到含油岩芯样品表面组构的空间信息和所含烃类的荧光光谱信息,克服了目前通用的显微荧光技术的某些局限性,得到一定波长范围内岩芯表面荧光各波长的单色图像,利用相应的软件做进一步的数据处理,得到发光波长、发光强度及发光部位等多维信息,从而可以更直观、科学地揭示岩石中的石油烃类分布含量及岩石结构和构造等,对石油录井及油气水层的判别和评价具有重要的实用价值。     

光谱校正技术在皮肤晚期糖基化终末产物检测中的应用

利用近紫外荧光光谱测量了人体皮肤组织晚期糖基化终末产物,并针对由被测皮肤组织吸收和散射引起的光谱畸变问题,重点研究了自体荧光光谱校正技术在荧光无创检测中的应用。采用波长为370nm的单色光照射人体手臂内侧皮肤,用光纤探头收集自体荧光光谱。在同一测试位置对荧光波段进行光谱扫描,得到皮肤组织反射率曲线。通过利用皮肤反射率曲线校正相应自体荧光光谱来获得固有荧光光谱。分别对糖尿病患者和健康对照组进行光谱检测和光谱校正,分析比较不同测试对象的校正结果。实验结果表明,光谱校正技术剔除了不同测试对象的皮肤差异对自体荧光光谱的影响,获得的固有荧光光谱能够作为区分糖尿病患者和健康对照组的依据。     

牙齿组织自体荧光光场仿真分析

利用有限元数值方法对扩散方程进行求解,将激发光场作为荧光传输扩散方程的光源,获得了二维牙齿模型内部自体荧光光场的分布。讨论了牙釉质和牙本质不同散射系数时牙齿上表面的荧光能量分布。发现牙齿上表面荧光能量随牙釉质散射系数的增大而降低,随牙本质散射系数的增大而增大。并对牙釉质和牙本质的散射系数的改变量对荧光能量的影响进行了定量分析,结果表明βe=2.62,βd=0.0502,牙釉质散射系数的改变对荧光能量的影响远远大于牙本质。利用Monte Carlo随机统计方法对牙齿组织自体荧光进行仿真,发现与有限元结果吻合较好,验证了有限元求解组织体荧光光场分布的正确性。     

天然叶绿素的荧光新谱线及其应用

本文研究了天然水中叶绿素的荧光特性,研究结果发现:在337.1nm激光波长激发下,天然叶绿素具有两个荧光峰,一个位于670nm处,另一个位于405nm处。文中还给出以405nm做为天然叶绿素的标识荧光谱线时其荧光强度与叶绿素浓度的对应关系。     

基于共振瑞利散射血清蛋白浓度检测的研究

血清中蛋白质浓度在临床诊断中有重要意义,而目前广泛使用的紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计等仪器结构复杂、昂贵、体积庞大、耗电量高等因素,都无法满足现场高精度检测的要求。设计了基于四羧基酞菁锌-蛋白质体系的共振瑞利散射光谱检测系统,系统以405 nm宽禁带半导体激光器为激励光源,以475 nm窄带带通滤光片为单色器,以蓝光增强光敏二极管的低噪声高增益光电放大器为探测器。通过实验可知,该溶液强吸收波长为420 nm附近,在该激励光作用下,其共振波长处会产生共振瑞利散射,散射强度与蛋白质的含量成比例,可以利用四羧基酞菁锌为光谱探针的共振散射法来测定血清蛋白,其线性检出范围为10～50 mg·mL-1,检出限为0.001 mg·mL-1。新开发的血清蛋白质测试装置具有体积小、成本低、功耗小、使用方便等优点。     

卟啉－蛋白的敏化荧光研究──癌发光物质的探讨

本文研究了卟啉与蛋白复合物的荧光特性，讨论了这一特性与目前临床诊断中所选择癌固有荧光特征峰的关系，探讨了癌固有的荧光物质     

激光光源-在线荧光光谱检测中的光强度比较研究

基于激光光源和氙灯光源在线荧光光谱法测定罗丹明B、维生素B₂、荧光素和异硫氰酸荧光素含量比较研究激光光源产生的荧光强度和氙灯光源产生的荧光强度。罗丹明B、维生素B₂、荧光素和异硫氰酸荧光素浓度均为10 μg·mL-1,积分时间100 ms,测定3次得其平均值。在线荧光光谱法最大吸收波长分别为580,450,488和510 nm;最大发射波长依次为594,530,525和524 nm。紫外-可见分光光度法测得其最大吸收波长为557,441,481和490 nm;荧光分光光度法测得其最大发射波长为586,520,519和520 nm。通过测定药物,发现激光光源产生的荧光光强度较强于氙灯光源产生的荧光光强度,原因不仅跟光源有关,而且与药物分子的共轭体系大小、共轭大π键的共平面性及其刚性程度、分子母体上取代基的种类有关,分子所处的外界环境如温度、溶剂、溶液酸碱度、激发光的照射等因素也会影响荧光效率。激光光源和氙灯光源产生的荧光光强度大小顺序为罗丹明B>荧光素>异硫氰酸荧光素>维生素B₂。激光光源在线荧光光谱法在一定程度上填补了在线荧光光谱仪在食品、药品痕量检测方面应用的空白。     

中药黄柏主要活性成分的光谱成像检测技术

为了实现中药主要活性成分的在体检测,运用光谱成像技术检测中药活性成分.使用自行开发的液晶光谱成像装置对中药黄柏的主要活性成分盐酸小檗碱进行了在体检测,选取紫外光源波长254 nm,获取了检品480～700 nm之间的连续荧光光谱图像.在分析检品光谱剖面图的基础上,以中国药品生物制品检定所提供的盐酸小檗碱标准品的光谱剖面图为依据,设计了高通滤波器得到了检品的特征光谱数据.对八种不同来源的市售黄柏饮片特征光谱,以及黄柏与其同科植物黄皮特征光谱的比较显示,使用本方法对中药进行定性、定量的检测,样品无需特殊处理,可在原生态的情况下进行;检测过程无损、实时;检测结果指纹特征明显.     

一种溶解氧敏感膜荧光发射效率光谱检测系统的研制

荧光猝灭法是快速测量污水、地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一,氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心,高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、特异性强、信噪比高的优点,检测结果更为准确。高效率是优选氧敏感膜的依据,也是溶解氧检测元器件、检测电路和检测光路优化设计的关键。现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法,基于对已有传感器探头光路和电路的研究,该研究分析了全波段的荧光发射效率,选用大功率氙灯作为激发光源,基于连续单波长逐级扫描进行单色分光,构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置,然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱,提出并建立了荧光发射效率计算方法,提出的方法能客观地评估荧光发射能力,准确寻找最佳激发波长。为验证该方法的可行性,对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定,测试结果表明：单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化,呈多峰分布,同一型号的样品荧光效率曲线相似,但荧光发射效率差异较大,同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%,三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同,分别为：401,543和435 nm,但发射峰值波长均为650 nm;不同型号的氧敏感膜相比较,最大荧光发射效率可相差1～2个数量级;实测传感器中使用的激发波长,其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长,其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2,表明传感器光源可以进一步优化选型。综上所述,本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统,提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法,并开展了相关实验测定。本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、工艺的研究及传感器优化设计与制造。     

Detection of hepatocarcinoma in rats by integration of the fluorescence spectrum: Experimental model

The incorporation of spectroscopic techniques into diagnostic procedures may greatly improve the chances for precise diagnostics. One promising technique is fluorescence spectroscopy, which has recently been used to detect many different types of diseases. In this work, we use laser-induced tissue fluorescence to detect hepatocarcinoma in rats using excitation light at wavelengths of 443 and 532 nm. Hepatocarcinoma was induced chemically in Wistar rats. The collected fluorescence spectrum ranges from the excitation wavelength up to 850 nm. A mathematical procedure carried out on the spectrum determines a figure of merit value, which allows the detection of hepatocarcinoma. The figure of merit involves a procedure which evaluates the ratio between the backscattered excitation wavelength and the broad emission fluorescence band. We demonstrate that a normalization allowed by integration of the fluorescence spectra is a simple operation that may allow the detection of hepatocarcinoma.