基于成像光电容积描记技术的非接触式生理参数检测及其应用

成像式光电容积描记技术是在传统光电容积描记技术基础上发展而来的一种非接触式生理信号检测技术。成像式光电容积描记技术由于非接触、可远程监测、适用场景广泛、易操作以及低成本等优点可实现人体多项生理参数的测量,成为仪器及生物医学工程领域的新兴研究热点之一。本综述首先介绍了成像式光电容积描记技术的基本原理,对光学起源机理进行了分析,并对成像视频处理方法进行了总结,最后介绍了成像式光电容积描记技术在生理参数方面的应用,并对其在生理参数检测领域中的发展进行展望。     

面部视频非接触式生理参数感知

为了在非接触条件下检测受试者的各项生理参数,本文设计了一种基于成像式光电容积描记技术,从手机录制的人脸视频中估算生理参数的方法.首先,提出了"小波变换-主成分分析-盲源分离"算法,用于提取出高信噪比的RGB三通道脉搏波信号.然后,分别从频域和时域角度对绿色通道信号进行处理,估算出心率值和呼吸率值;对红蓝通道的脉搏波信号...     

人脸运动状态下的非接触式心率稳定测量算法

远程光电容积描记法(rPPG)可用于从人脸视频中计算得到心率,但目前提出的rPPG算法大多对受试者要求和限制较多,不利于日常条件下心率的稳定测量。提出了一种肤色正交平面算法(POS)的改进算法,针对在实际环境下由于被测者头部运动导致心率测量结果精确度较低的问题,利用基于颜色畸变的频域滤波器和POS算法,首先对信号在频率域上进行频域滤波处理,再送入POS算法进行时域滤波,以此减少不同噪声对信号质量的影响。结果表明,本算法各项评价指标相较于其它算法均有所提升,适用于人脸运动状态下心率的稳定检测。     

基于柱弥散光源体内辐照的前列腺扫描光声成像仿体实验

光声成像技术是一种非常有前景的前列腺早期检测与成像的新技术. 在现有前列腺光声成像技术中, 通常采用的腺体外光源辐照方式由于受外围组织的影响, 容易减弱深部前列腺组织的光能量吸收, 导致辐照范围减小, 引起光声成像深度不足, 难以实现无损前列腺癌的检测. 本文基于前列腺组织的结构特征, 依据一种以柱状弥散光纤在尿道对前列腺实施光辐照、并利用外置于直肠内的长焦区聚焦式超声换能器检测光声信号的前列腺光声扫描成像技术, 构建了光声成像实验系统, 开展了仿体实验. 测试结果表明, 系统能够实现样品中吸收体的定位和成像, 结合柱弥散光源体内辐照可使成像深度提高, 同时侧向成像范围也较大. 初步结果表明, 借助柱弥散光源进行体内光辐照的光声信号新激发方式结合长焦区超声探头在前列腺癌早期无创诊断上具有潜在的应用前景.     

基于维纳滤波反卷积的光声成像

为了提高光声成像(PAT)的对比度和分辨率,需对组织样品的光声(PA)信号进行基于探头脉冲响应的滤波反卷积以恢复其频谱特性.对宽带光声信号而言,由于带通滤波的截止频率由人为确定,噪声不能得到有效抑制,很难获得稳定的反卷积结果.针对此问题,提出了基于维纳滤波反卷积的光声成像方法,利用点光声源获得超声探头的脉冲响应.利用维纳滤波抑制反卷积过程中噪声的影响,滤波器参数由离散小波变换(DWT)动态估计,样品光声图像由时域后向投影算法重建.数值模拟与成像实验均表明该方法有效地抑制了噪声对反卷积的影响,提高了光声成像的对比度和分辨率.     

基于统计光学的正负热光非定域成像

本文, 基于经典统计光学, 建立符合热光特性的统计模型, 通过数值模拟证明了吴令安和Meyers提出的图像重构算法, 并进行了定性的理论分析. 在关联成像获得的数据样本中, 根据桶探测器的光强涨落进行分组, 分别以某个阈值作为下限和上限, 再将分组后的独立样本和相应的面探测器信号进行强度关联, 则可以得到物体的正像或负像. 然而, 不经过关联运算, 直接对分组后的面探测器信号进行算数平均也可以得到物体的正像或负像, 同时成像的对比度得到较大提高. 这种分组对应的非定域成像进一步说明强度涨落在热光成像中的重要性. 最后以字符掩膜版作为成像物体, 分别运用关联成像和分组对应正负成像算法重构物体的图像, 实验结果证明这种新的正负算法可以提高非定域成像的对比度. 关键词： 统计光学 热光 关联成像 正负非定域成像     

噻酮提高在体大鼠皮肤光透明效果的实验研究

为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式,将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400(PEG400)的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤,利用CCD拍照进行直观观察,并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果,同时与单纯PEG400作用进行了对比.结果表明:混合溶液可以使去除部分角质皮肤在15 min内反射光谱明显下降,并产生显著的光透明效果,30 min后皮肤更加透明;而单纯PEG400以及未去除角质层的完整皮肤均无光透明效果.因此,结合物理方法去除部分角质层、并添加促渗剂噻酮,能以非侵入方式,快速、有效提高PEG400对在体皮肤的光透明效果.     

视觉非随意注意的近红外脑功能成像技术与事件相关脑电位检测技术研究

近红外脑功能成像技术(fNIRI)是近年来发展起来的新技术,与心理学研究常用的事件相关脑电位检测技术(ERP)相比,能提供电生理信号之外的与脑功能活动相关的血液动力学信息。设计了非随意注意的经典范式,对同一组被试者分别使用近红外脑功能成像技术和事件相关脑电位检测技术检测其在实验过程中脑活动变化,然后对两种技术检测的结果进行处理和比较分析。结果发现近红外脑功能成像技术测出的非随意注意源定位在前额叶,与其相关P3a脑电皮层分布一致,甚至近红外脑功能成像技术测出的源定位范围可以缩小到Brodmann46区;血液激活先于P3a并在P3a完成后显著增强的现象支持深入研究脑机理的可能性。因此,近红外脑功能成像技术可有效地应用于脑的高级功能研究。     

基于非成像光学环带法的反射器设计

应用非成像光学的原理,介绍一种简单、实用的旋转对称反射器的自由曲面设计方法环带法。提出环带法的设计思路,将光源的出光分布和灯具光学组件的出光分布分别按一定的角度间隔平均划分为不同的环带区间,根据不同环带区的光通量值差异进行一系列的对比分析,从而确定光源出射光线与灯具出射光源的对应关系,最终确定反射面的斜率,求解由斜率构成的二元一次方程组便可得到反射曲线的线形。描述了环带法的详细设计步骤和细节,并通过针对LED光源的具体应用实例加以验证,最终实现对光源的精确配光,设计吻合程度可达98.4%。     

基于HDR图像处理的数码相机成像式亮度测量方法

提出了一种基于高动态范围图像处理的成像式亮度测量方法。该方法首先利用一组由低动态范围时间曝光序列图像合成的HDR图像,经色彩空间变换得到色刺激值,然后利用数码相机特性曲线标定系数计算亮度值。通过对室外场景的实测实验,证明了算法的优越性。     

基于非凸L_(1-2)正则子的锥束X射线发光断层成像EI北大核心CSCD

锥束X射线发光断层成像(CB-XLCT)是一种新型分子影像模态,对疾病的早期检测、靶向治疗以及药物研制等具有重要意义。然而,通过传统的压缩感知理论反演生物体内纳米目标的三维分布时,高维系统矩阵的强相关性会直接影响成像质量。基于非凸稀疏L_(1-2)正则子,将CB-XLCT的成像问题转化为一种新的稀疏重建模型。采用一种凸差分算法来解决非凸泛函最小化问题,在每一步凸差分子迭代中采用一种带自适应惩罚项的交替方向乘子法进行高效求解。设计了单目标数字鼠仿体、双目标数字鼠仿体以及真实在体老鼠实验验证提出算法的有效性和稳健性,并与五种常见正则子(L_(1/2),L_1,L_2,TV和L_0)进行对比和分析。实验结果表明,L_(1-2)正则子的成像性能最优,提出方法可以有效解决CB-XLCT的快速成像问题。