基于生物阻抗谱的细胞悬浮液浓度识别方法研究

基于生物阻抗谱技术提出一种细胞悬浮液浓度自动识别方法,该方法结合了多元线性回归算法和生物阻抗谱技术,能够快速准确地识别细胞悬浮液的浓度.首先,提出一种细胞位置随机分布策略,模拟细胞的真实存在状态;其次,采用数值仿真的方法生成2400组不同浓度的正常、癌变以及混合的细胞模型并计算生物阻抗谱数据;然后,利用多元线性回归、支持向量机和梯度提升三种回归算法分别对癌变细胞浓度进行鉴别,仿真结果表明,多元线性回归算法为最佳回归模型,其平均拟合优度和均方误差分别是0.9997和0.0008;最后,将多元线性回归算法应用于不同浓度的红细胞悬浮液的识别中,实验结果显示其平均拟合优度和均方误差分别是0.9998和0.0079,说明该方法具有较高的细胞悬浮液浓度识别能力.     

基于生物阻抗谱的细胞电学特性研究

生物阻抗谱是一种非侵入式、免标记、能够定量分析的检测技术,将其应用于生物细胞及组织的生理、病理分析中具有很大优势.本文采用数值仿真的方法研究了单细胞电学特性与其结构之间的关系,并通过实验进行了验证.根据细胞的生理特征,依据细胞的双壳模型与单壳模型理论分别建立了不同种类细胞的电学模型,研究了细胞种类、细胞膜、细胞核对细胞电学特性的影响.数值分析结果表明:1)细胞结构尺寸的变化引起细胞电学特性的改变,因此,依据细胞电学特性能够准确实现细胞分类; 2)柯尔-柯尔(Cole-Cole)图上高频与低频的两个半圆弧分别是由细胞质或细胞外液的离子极化、细胞膜与细胞外液之间的界面极化引起的;3)细胞核大小对测量阻抗的影响主要在低频段,是由细胞核与细胞内液的界面极化引起的,当存在细胞膜且当细胞核的核质比小于0.25时可忽略其影响.为验证仿真结果,对20%不同活性的酵母菌进行了实验.实验结果表明,运用本文建立的细胞电学模型,可以准确检测细胞的不同活性.该方法对实现细胞的精准电阻抗检测提供了理论依据,具有重要的应用价值.     

基于反向传播神经网络的阻抗断层图像重建新方法

电阻抗成像是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化图像的一种新颖计算机断层成像技术。阻抗断层图像重建是一种病态的、非线性的逆问题。提出了一种全新的阻抗断层图像重建方法，它利用反向传播神经网络来表征物体内部阻抗变化位置与物体表面电压变化大小的非线性映射关系，从而可以根据对物体表面测量电压的变化先准确定位阻抗变化区域，再用线性近似方法重建阻抗变化图像，这种方法不仅具有一定的抗噪能力，而且成像精度和空间分辨率都大大好于逆投影方法。     

基于数值相关性理论的电阻抗成像重建算法

在数值相关性理论的基础上,提出了一种新的用于电阻抗成像的图像重建算法,这是对Newton-Raphson类算法的改进。通过理论分析和数值试验,给出该算法与常用的Newton-Raphson类算法的比较。     

基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法

提出了一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法。通过对空间像进行统计分析,获取空间像的噪声模型和噪声标准差模型。以噪声标准差为权重因子,利用加权最小二乘法对空间像进行主成分分解,可以实现对空间像的自适应、无损降噪,从而得到更为精确的主成分系数和泽尼克系数。使用光刻仿真软件PROLITH的仿真结果表明,在相同的噪声水平下,0.1λ像差幅值内,与基于空间像主成分分析的波像差检测技术相比,精度提高30%以上。在使用光刻实验平台测量Z8调整量的实验中,该方法的精度更高。     

太赫兹光谱和成像技术在食品安全检测中的应用

随着超快激光技术的快速发展以及人们对太赫兹辐射与物质作用机理的进一步认识,太赫兹辐射作为一项新的、快速发展的技术在很多领域受到广泛关注,在安全检测、医学诊断、无线通信和制药等诸多领域预示着广泛的应用前景。由于食品安全问题的重要性,食品安全的检测技术面临着巨大的机遇与挑战。太赫兹光谱与成像技术提供了一种新型的食品安全检测手段。相比于其他技术,THz技术具有高信噪比和动态范围宽等诸多特点, 能够同时获得样品在THz波段的时域信息与频域信息,以及对应的物质物理结构和化学成分等重要信息,在食品安全检测领域具有独特的优势。文章简要介绍了太赫兹波的概念、特点和技术手段,太赫兹辐射技术在食品安全领域的最新应用进展,并讨论了THz技术应用的限制因素, 展望了THz技术的应用前景。     

基于相位环空间像主成分分析的投影物镜波像差检测方法

提出一种基于阶梯相位环空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测方法。通过对相位环空间像进行主成分分析和多元线性回归分析,构建了空间像光强分布与波像差之间的线性模型,并基于该模型实现了波像差检测。与使用孤立空检测标记的传统方法相比,使用新检测标记能够消除不同种类波像差之间的串扰问题,提高像差检测精度。同时,分析了空间像的离焦误差对波像差检测精度的影响,并提出了一种迭代算法用于确定实测空间像的离焦误差,其测量精度优于1nm。光刻仿真软件Dr.LiTHO的仿真结果表明,该法有能力检测12项泽尼克系数(Z5~Z16),最大系统误差约为1×10-3λ,检测速度可提高一倍以上。     

基于MADN空穴传输层的双层结构高效率黄绿光OLED及其阻抗谱分析

以MADN为空穴传输层,主-客掺杂体系[Alq₃∶0.7 Wt%rubrene]为发光兼电子传输层,构建了双层结构的高效率黄绿光OLED器件。该器件的黄绿光由主发光体Alq₃通过不完全能量转移到客发光体rubrene实现,电致发光峰值位于560 nm,1931CIE色坐标为(0.46, 0.52),最大发光效率达到了7.63 cd·A-1,比相应的NPB做空穴传输层的双层结构器件提高了30%。通过构建以MADN或NPB为空穴传输层的空穴单载流子器件并进行阻抗谱分析,结果表明MADN可以作为一种非常有效的空穴传输层,其空穴迁移性略低于NPB,这恰好弥补了OLED器件中空穴迁移比电子迁移快这一缺陷,为改善OLED发光层中载流子的平衡性创造了条件,从而提高了器件的发光效率。此外,MADN做空穴传输层的双层结构OLED的发光效率与传统三层结构器件(MADN和Alq₃分别作为空穴传输层和电子传输层)基本相当,表明了这种双层结构器件在简化器件结构的同时并不以牺牲发光效率为代价,发光层[Alq₃∶0.7 Wt%rubrene]兼具有优良的电子传输性能。     

RC并联电路的交流阻抗谱

交流阻抗谱技术在实际研究中具有广泛应用,利用交流阻抗谱分析了单时间常数和双时间常数RC并联电路的频率特性,给出了单时间常数和双时间常数的复平面阻抗谱特点。     

基于金刚石对顶砧的高压下原位阻抗谱测量

借助薄膜集成技术,阻抗谱测量方法被应用到金刚石对顶砧压机上.通过对电极构型的改进和组装方法的优化,实现了对ZnS样品高压下原位阻抗谱的测量,实验压力达到30 GPa.实验结果显示,平行板构型的电极能够获得完整的阻抗谱.ZnS在压力作用下发生的结构相变,引起了电输运性质的变化,而这个变化,能够清晰地在阻抗谱测量中反映出来.     

基于multisine激励与整周期采样的多频电阻抗成像系统设计

本文从周期信号的整周期采样无频谱泄露这一原理出发,提出基于multisine信号的整周期采样理论,从理论上推导出满足multisine整周期采样的采样率设置条件,构建了基于FPGA+数模转换器+模数转换器的整周期采样实现方法,研制了一种基于multisine激励和整周期采样的新型多频电阻抗成像(mfEIT)系统;设计了胡萝卜棒+黄瓜棒的双目标成像模型,并进行了多频时差成像和频差成像实验.实验表明,本mfEIT系统能够在一个基波周期(1 ms)内实现20个频率点(2—997 kHz)多目标组织边界的全频阻抗测量,成像结果可区分具有不同电特性生物组织的结构与位置.本文提出的基于multisine信号的整周期采样理论及其实现方法,只需一个multisine基波周期即可完成一次全频阻抗测量,为研制高速mfEIT系统奠定了理论和技术基础.     

基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术

作为一种对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的非入侵肿瘤治疗手段,高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中焦域的温度监测是实现剂量精准控制的关键.本文基于生物组织的温度-电阻抗的关系,将电阻抗层析成像(EIT)和HIFU治疗相结合,提出了一种利用组织焦平面的表面电压实现电阻抗重构的检测技术.建立了HIFU治疗和EIT综合系统模型,在考虑组织的声吸收条件下,对三维Helmholtz方程在柱坐标下的声场计算进行了二维简化,并引入Pennes生物热传导方程来计算HIFU焦域的声压和温升分布特性;引入生物组织的温度-电阻抗关系,基于麦克斯韦电磁场理论,建立了具有温度分布HIFU焦域的电流和电压计算模型,利用恒流注入的边界条件实现电场计算,获得焦平面的表面电压分布.在数值计算中,利用实验聚焦换能器参数,模拟了在固定声功率下组织焦域的声场和温度场分布,以及中心和偏心聚焦条件下不同治疗时刻的电导率分布;然后通过对称电极的循环电流注入,计算了组织模型焦平面内的电流密度和电势分布,获得了焦平面圆周分布的表面电极电压;进一步采用修正的牛顿-拉夫逊算法,利用32×32的表面电极电压实现了焦平面内电导率分布的重建.结果表明,基于温度-电阻抗关系的EIT电导率重建技术不但能准确定位HIFU焦域中心,还能恢复HIFU治疗中焦域的温度分布,证明了EIT用于HIFU治疗中温度监测的可行性,为其疗效评估和剂量控制提供了一种无创电阻抗测量和成像新方法.     

Lorentz force electrical impedance tomography using pulse compression technique

Lorentz force electrical impedance tomography(LFEIT) combines ultrasound stimulation and electromagnetic field detection with the goal of creating a high contrast and high resolution hybrid imaging modality. In this study, pulse compression working together with a linearly frequency modulated ultrasound pulse was investigated in LFEIT. Experiments were done on agar phantoms having the same level of electrical conductivity as soft biological tissues. The results showed that:(i) LFEIT using pulse compression could detect the location of the electrical conductivity variations precisely;(ii)LFEIT using pulse compression could get the same performance of detecting electrical conductivity variations as the traditional LFEIT using high voltage narrow pulse but reduce the peak stimulating power to the transducer by 25.5 dB;(iii)axial resolution of 1 mm could be obtained using modulation frequency bandwidth 2 MHz.     

A direct method for acoustic impedance measurement based on the measurement of electrical impedance of acoustic transmitter

A simple and straight forward method for acoustic impedance measurement is presented and evaluated. In this method a speaker is used as the signal source. The relationship between the electrical impedance of the speaker and its acoustical load is developed and studied. It is shown that the electrical current and voltage of the speaker relate to the acoustical pressure and volume velocity. The mechanical and acoustical impedances are therefore easily derived by measuring the electrical current and voltage of the circuit. The proposed method yield itself to the automatic computer measurement and can be used for the field and in situ measurements.Comparison of the measurement data with those from other methods proves the applicability and accuracy of the proposed method.     

交流阻抗谱方法对钇稳定氧化锆晶界电性能的研究

采用交流阻抗谱技术测量了多晶钇稳定的氧化锆固体电解质的晶界离子电导率,并根据砖层模型估算了多晶陶瓷样品的晶界体积分数,分析了晶界体积分数与电性能的关系.     

An improved model for the acoustic radiation impedance of the mouth based on an equivalent electrical network

This paper proposes a model for acoustic radiation impedance of the mouth in the form of the equivalent electrical network. Five known models of radiation impedance are compared: radiation of a circular piston set in a spherical baffle: radiation of a circular piston set in an infinite baffle, the Flanagan model, the Wakita and Fant model, and the Stevens, Kasowski and Fant model. The proposed model most accurately approximates the radiation impedance of a circular piston set in a spherical baffle. Differences between the acoustic resistance and reactance calculated by the proposed model and the piston set in a spherical baffle of 9 cm radius are relatively small in the kr < 2 region. The deviations in calculated values of the acoustic resistance and the reactance are within ±0.023 × ρc/A_m and ±0.008 × ρc/A_m, respectively, where A_m denotes the area of the mouth aperture. The accuracy of the proposed model is demonstrated by vowel formant frequency calculations. Differences in formant frequencies calculated by applying the proposed model and the piston set in a spherical baffle model are less than 0.3%.     

基于可调谐激光吸收光谱技术的二硫化碳中红外光谱参数测量

采用4.6μm附近的量子级联激光器作为光源,搭建了一套二硫化碳(CS2)吸收光谱测量系统,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术,对光谱范围为2178.99—2180.79 cm-1的CS2吸收光谱展开了深入研究,重点测量了2180.5—2180.74 cm~(-1)的四条吸收谱线,利用基于非线性最小二乘的多元线性回归算法对CS2吸收光谱进行拟合,精确得到了该范围内谱线的中心波长、线强以及空气展宽系数等光谱参数.经计算,对应谱线线强不确定度小于5%,空气展宽系数不确定度小于15%,这个结果可作为免标定CS2红外光谱探测的基础光谱参数,对痕量CS2气体传感具有重要意义.未来我们将进一步开展2170—2200 cm-1整个谱段的CS2谱线参数的测量,以期填补其在HITRAN和GEISA数据库光谱参数的空白.     

基于太赫兹时域谱分析的爆炸物检测方法研究

采用太赫兹时域谱分析技术测量了在氮气和空气环境下四种典型爆炸物的太赫兹光谱,并分别利用均值平滑、傅里叶低通滤波以及小波分解与重构三种方法来消除空气中由水蒸气吸收引起的光谱振荡现象。实验结果表明:四种爆炸物的太赫兹光谱具有可分辨的特征,能够作为识别的依据;通过研究水蒸气的影响,使得利用太赫兹时域谱分析技术检测爆炸物向实用化迈进了一步。     

Influence of colloidal templates on the impedance spectroscopic behaviour of Pr0.7Sr0.3Fe0.8Ni0.2O3 for solid oxide fuel cell applications

The creation of porous materials with three-dimensional periodicity has been identified as being of potential interest for increasing the overall performance of solid oxide fuel cells (SOFC). In this work, we have investigated the formation of pore systems in the nanometer scale by replicating colloidal templates. Templating methods have been used to prepare iron-nickel-based perovskite Pr_0.7Sr_0.3Fe_0.8Ni_0.2O₃ material with nanoporous microstructure. Polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS) and polycarboxylate (PC) microspheres with different diameters were used as pore formers. These samples were synthesized and characterized by thermogravimetric analysis, inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), X-ray diffraction, transmission electron microscopy and field emission scanning electron microscopy. The polarization resistance of the materials was studied by Electrochemical Impedance Spectroscopy. The study demonstrated that templated porosity is maintained and highly influences on the impedance spectroscopic behaviour, being the material synthesized with policarboxylate microspheres the most interesting of the three used templates for SOFC applications.     

痕量气体激光检测系统波长锁定技术研究

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)对痕量气体进行检测时,环境温度变化以及激光器控制电路的噪声常常使得激光器输出波长发生漂移,影响了气体浓度测量的准确性。以开放光路的激光吸收光谱氨气检测系统为例,在分析激光器扫描中心波长随电流变化规律的基础上,提出了基于电流控制的自适应锁定扫描中心波长的方法。研究了基于参考校准光谱的光谱数据对准算法,实现了开放大气中氨气浓度的实时监测。结果表明,波长锁定大大提高了痕量气体浓度反演的准确性和稳定性。氨气浓度具有日变化周期:上下班时段浓度上升,中午达到最大值,夜间浓度降低,系统检测限为3.8mg.m-3.m。