动态监测骨质疏松性微结构退化的超声全波反演方法

研究了基于全波反演(FWI)的骨骼超声层析成像方法,用于动态监测骨质疏松性微结构退化的进程。采用雌性小鼠注射药物建立骨质疏松症模型,在第0, 2, 4, 6周通过Micro-CT扫描活体小鼠,重建获得小鼠股骨骨骼结构。以第0周骨骼结构为基准输入模型,通过不同的超声收发模式(透射、反射及透射-反射双模式),仿真分析了FWI监测不同骨质疏松进程的骨微结构退化的效果。结果表明,初始模型为均匀介质(纯水)时, FWI反演失效,不能准确重建骨骼结构。初始模型中考虑了基准骨骼结构(第0周)时, FWI能准确反演骨骼组织声速(均方根误差(RMSE)<17 m/s,平均相对误差(MRE)<7.2%),精确重建骨骼结构(结构相关系数(CC)> 0.85)),因此可以准确监测不同骨质疏松进程(第2, 4, 6周)的骨微结构退化情况。对比不同超声收发模式,透射-反射双模式FWI监测骨微结构退化的性能优于单一透射或反射FWI监测方法。考虑了基准骨骼模型的FWI可用于动态监测骨微结构退化,对评估骨质疏松进展具有一定意义。     

太空旅行会致盲吗

 宇航员巴拉特(Michael Barratt)在国际空间站度过200 天后,预计身体会出现一些不适。没有了地球引力,他的骨骼和肌肉将减轻,体内制造的红细胞也将减少,心脏则会萎缩。     

新疆哈密恐龙骨骼化石风化原因分析

新疆早白垩世哈密翼龙动物群中恐龙化石的发现,增加了动物群的多样性,也为恐龙的系统演化提供了新的信息,具有重要的科学意义。然而,哈密恐龙化石在脱离原始埋藏环境在异地保存时,由于保存环境的改变,化石出现严重的风化现象。为了使哈密恐龙化石能够得到更好的保存、研究和展陈,采用多种分析技术方法,对产生明显风化现象的哈密恐龙骨骼化石进行检测,分析导致化石风化破碎的原因。X射线衍射(XRD)结果显示,哈密恐龙骨骼化石风化严重区域是骨松质部分,其主要矿物成分为石英和方解石,含有较少磷灰石、长石和黏土矿物等。其中石英和长石是充填骨松质孔隙中的外来碎屑颗粒,方解石是后期成岩或化石风化过程中形成的胶结物,而少量的磷灰石则主要来自骨骼。离子色谱(IC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)以及扫描电子显微镜能谱仪(SEM-EDS)的结果表明,哈密恐龙骨骼化石风化区域的可溶盐以NaCl、 CaCl₂和Ca(NO₃)₂·4H₂O为主,以及少量CaSO₄,可溶盐含量高达2.63%,初步判断...     

骨小梁中超声背散射信号的频率分析及其微结构的估计

骨质疏松症是一种骨强度下降的全身性骨骼疾病,骨强度的下降是骨量减少和骨微结构退化的共同结果。相比于传统的超声透射方法,超声背散射法可提供更多的骨微结构信息,而对于松质骨结构的建模能有助于结构信息的获取。本文将骨小梁简化为单圆柱模型(圆柱状的单根骨小梁浸于骨髓中),并基于此模型对超声背散射与频率的关系进行分析。用铝线代替骨小梁做仿体实验,通过实验与理论结果的比较来验证单圆柱模型的可行性。     

椎弓根钉植入针道上骨组织光谱特性研究

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200 μm,中心距离0.5 mm)、卤素光源(波长360~2 000 nm)、光纤光谱仪(检测波长为200~1 100 nm)和计算机组成,可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象,测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数,并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析,获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍,面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495~505 nm处,骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值;在520~535 nm处,骨密质光谱的斜率为正值,而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明,通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.     

椎弓根钉植入针道上骨组织光谱特性研究

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200μm,中心距离0.5mm)、卤素光源(波长360～2 000nm)、光纤光谱仪(检测波长为200～1 100nm)和计算机组成,可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象,测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数,并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析,获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍,面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495～505nm处,骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值;在520～535nm处,骨密质光谱的斜率为正值,而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明,通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.     

长寿命生物混合机器人

正在柔性衬底基于心脏或骨骼组织组成的生物混合机器人,由于组织收缩和功能丧失会缺乏灵活性和耐久性。现在,受到现实中生物体的启发,东京大学(University of Tokyo)的森本雄矢(Yuya Morimot)和同事开发了一种"对抗性"的骨骼肌组织,一个收缩、一个伸展,使生物混合机器人克服了这些缺陷。这项技术将用于制造更逼真的机器人,能够拾取和放置物体。     

太空中的植物

 新的研究表明,在缺乏重力的环境中,实验植物的根系生长似乎不会受到任何影响。2010年,研究者将植入两个特定阿拉伯芥品种的一些培养皿送入国际空间站,宇航员们仔细监控这些植物根系的生长,特别是在种子萌发的最初15天内,每6小时测量一次根系的波动生长(根尖在24小时内会呈回环状轨迹伸展)和斜向生长(当接触到某个表面时根尖偏向一个角度)情况。     

基于超级碳点的水致荧光“纳米炸弹”

介绍了一种发光性质依赖于水接触的新型纳米发光材料--基于超级碳点的发光"纳米炸弹"。在甲苯溶液中, 这种"纳米炸弹"光致发光很弱;当遇见水后, "纳米炸弹"分解为小的碳点, 光致发光显著增强。将"纳米炸弹"与纸复合可应用在喷水荧光打印和汗孔成像。目前, 大部分智能荧光材料存在光稳定性差, 潜在的生物毒性, 制备成本高, 或与传统喷墨打印不兼容等缺点。本文报道的碳基纳米材料没有(或很少有)这些缺点, 并可实际应用在光信息存储, 司法鉴定和医疗检测等领域。     

3D打印技术形塑新军事革命

<正>蒸汽动力技术、电力技术以及数字化技术是人类社会进入到18世纪下半叶之后三大工业革命的标志。其中,以数字化技术为标志的第三次工业革命的最新发展,就是三维(3D)打印技术。现代二维(2D)打印是在平面上以墨粉喷印出文字与图像,三维打印则是在此基础上,通过特种技术将特种质材喷印出三维立体实物。目前发展的3D打印技术通过高能激光或电子束照射到质材使之逐层熔化并沉积生长,质材则为金属、树脂或陶瓷等。在将3D打印技术用于航空航天时,相应的材料通常为结构金属钛与M100钢等。与传统钢铁相比,金属钛具有比重     

“光纸”开启灯光新纪元

如果光也可以像纸一样打印,还能被运用到任何物体表面,你会如何使用它?来自美国的Rohinni公司发明了一种"光纸",它是一种打印光的形式,可以把光打印成任何形状,从而运用到不同物体表面和不同场景中去。是不是觉得这有点像3D打印?Rohinni公司的CMOSmoot说:"我们不知道将来光纸在相关平台上会有怎样的应用,我们所知道仅仅是如何开启制造光的大门。"     

中国科大等通过南海珊瑚骨骼研究揭示近代战争汞污染

正近期,中国科学技术大学地空学院副教授刘羿与加拿大特伦特大学孙若愚合作,测量并记录了不同年份我国南海珊瑚骨骼中汞的含量,相关研究成果发表在Environmental ScienceTechnology上。论文第一作者是孙若愚,通讯作者是刘羿。珊瑚碳酸钙骨骼在形成的过程中,海水中半径类似的汞离子能够取代钙离子,以类质同相的形式进入到珊瑚骨骼晶体中。研究者通过复杂的化学流程,从海南岛龙湾地区生长200年的珊瑚礁中分离出珊瑚骨骼中的"晶格结合态汞",然后利用微量汞纯化、分     

安徽琅琊山铜矿植物和土壤重元素同步辐射X射线荧光分析

利用同步辐射 X射线荧光分析方法研究了生长在金属矿山上的植物体内重元素的组成与含量 ,以及植物对重元素的富集特性。对采自安徽琅琊山铜矿的梓木草 (Lithospermum Erythrorhizon)和山慈菇(Tulipa Edulis) 2种植物的重元素分析结果表明 ,在锌木草各营养器官之间 ,各种重元素的分布极不均匀 ,Mn、Fe、Cu、Zn等主要富集在多年生根中。山慈菇叶片中的重元素的含量 ,比其他地方的同种植物较高。与一般植物体内重元素检测方法相比 (如火焰原子吸收光谱法 ) ,该法的灵敏度高 ,样品处理简便。     

可见-近红外高光谱图像技术快速鉴别激光打印墨粉

为了使用快速、无损的方法区分激光打印文件使用的墨粉种类,利用高光谱成像技术结合化学计量法对6种激光打印墨粉的光谱数据进行建模和种类鉴别的研究。利用可见-近红外高光谱成像仪采集400~1 000 nm波段内的光谱数据,采用Savitzky Golay平滑、标准化、多元散射校正和标准正态变量变换4种方法分别对光谱数据进行预处理,而后分别建立随机森林(RF)、K最近邻(KNN)、支持向量机(SVM)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和簇类独立软模式(SIMCA)模型,进而实现激光打印墨粉的种类鉴别。利用准确率、拒识率和误识率3个指标作为模型评价标准。实验结果显示,SVM和PLS-DA模型的效果最佳,准确率为100%,拒识率和误识率为0。基于可见-近红外高光谱成像技术可以实现激光打印墨粉的快速种类鉴别。     

原子吸收法测定血清中钙、镁

钙、镁在人体细胞外液的含量仅次于钠、钾,属常量元素。钙主要参于骨骼和牙齿的构成,维持骨骼正常功能,参于骨骼的修复,降低毛细血管的通透性和神经肌肉的兴奋性,并参于肌肉的收缩以及血液凝固的过程等。镁离子是某些酶的激动剂。因此,镁在糖、蛋白质代谢中具有重要的作用。有一种缺镁性搐搦症,其特征是血镁减低(为0.3～1.5meg/1)     

对生物界比例定律之管见

决定树木高粗比的关键因素是抗压稳定性，欲使树木经受风吹雨打后仍能直线生长，高粗比宜为决定人和哺乳动物四肢长细比的关键因素是抗弯折强度，欲使骨骼在劳动和运动中一般不致骨折，长细比宜为r L(1/3)     

基于喷墨打印的银/纸复合结构拉曼增强研究

将银纳米粒子制备成可打印的墨水,采用喷墨打印方法将此墨水打印在纸张表面,作为柔性表面增强拉曼散射基底。重点研究了不同银墨水倍数和不同打印层数对拉曼检测灵敏度的影响。实验结果表明,以55 mmol/L浓度银墨水作为打印原料,在打印7层时,基底对罗丹明(R6G)分子的检测浓度低于10^-10 mol/L,最大增强因子约为1.92×10⁹,相对误差分析计算结果为14.3%。同时,在苹果的曲面上对该基底的拉曼增强效果进行了实际检测。最后,结合基底的扫描电子显微镜(SEM)结果,采用有限时域差分(FDTD)软件对该基底的电磁场增强特性进行了计算。     

提高植入体内的发射体信号传输效率

正一种医疗监测装置可以植入体内,记录大脑的活动或对血液进行分析,并周期性地将数据无线传输给体外的接收器。但是由于生物组织的辐射传输效率低,接收器必须放在距离装置一米以内的位置。法国     

首个人兽嵌合体问世

<正>首个人兽杂合体成功问世,是有由人和猪的嵌合体。美国索尔克研究所(Salk Institute)的吴军和同事在以前小鼠大鼠嵌合体工作的基础上,设法将人类细胞置入发育中的猪胚胎。这些细胞随后被植入成年猪体内,待3~4星期后取出胚胎进行研究。尽管他们的研究工作备受争议,但是却论证了人类细胞能够在宿主动物体内生存发育,有望找到更好的人类器官移植供体来源,而不再依赖于人体器官捐献。     

山东滕州西宫桥遗址人骨的线扫描分析

采用SEM-EDS技术,分析了山东滕州西宫桥遗址出土的古代人骨。其骨组织的显微结构分析指出,成岩作用业已严重破坏了骨骼的哈佛氏系统结构。而骨剖面线扫描分析显示,骨剖面上的元素分布具有明显的差异,表明骨内外表面与中间部分的元素发生了富集或流失。该结果将对古代人类食谱分析的样品预处理具有重要的参考价值。