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.     

光声成像的未来

1 光学成像的动机及其面临的挑战 目前已经有很多不同的医学成像技术。第一个技术是X射线成像,它是最早的医学成像。伦琴在1895年发现了X射线,从而诞生了医学成像这个新的领域。第二个技术是20世纪70年代发明的X射线CT,也就是计算层析成像。之后是超声成像,它历史悠久,在二战期间就已经开始发展,但没有用于医学,它的前身被称为“声纳”。较新的技术是核磁共振,它发明于20世纪70年代。相比其他成像方法,MRI（核磁共振成像）能进行功能成像,比结构成像进了一大步。     

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...     

基于声透镜的三维光声成像技术

基于声透镜的光声成像系统中, 由样品的光声压分布等效样品的吸收分布, 进行光声像重建, 但之前的这种等效是一种近似, 理论上并不准确. 本文阐述了声透镜三维光声成像的基本原理, 揭示了声透镜像面上光声压信号的时间分布与样品轴向吸收分布之间的关系; 提出用积分法和希尔伯特变换提取光声信号瞬时值法, 解调样品吸收系数分布并重建光声像; 实验上, 对不同样品分别用积分法和希尔伯特变换法获取样品的吸收系数, 重建光声像的横向和轴向分辨率均约为1 mm, 实现了真正的三维快速光声成像.     

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.     

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。     

一种基于单元型红外光谱辐射计的成像光谱数据获取系统设计

依据单元非成像型光谱辐射计的特点,提出了一种单元非成像型红外光谱辐射计的成像光谱数据获取系统.该系统采用在光谱辐射计前端加装扣描装置.结合同步控制器,实现光谱辐射计的空间扫描.利用光谱辐射计提供的接口,完成了采集获得的成像光谱数据的批量定标.该系统可达到500×500像素的空间分解能力,光谱范围667～5 000 cm-1,光谱分辨率为1 cm-1,空间视场角为150°,瞬时视场角为0.3°.将该系统应用于实际的场景光谱数据获取,通过对得到的实验数据分析和比较,说明本文给出的基于非成像光谱辐射计的成像数据获取系统,能够实现实际场景的成像光谱数据获取,能够满足实时性要求不太高的成像光谱数据获取.     

二氧化碳对质子化甲醇的溶剂化作用 (cited: 1)

利用团簇模型研究了二氧化碳对质子化甲醇的溶剂化作用．H⁺(CH₃OH)(CO₂)_n⁺(n=1～7)的量子化学计算结果表明,需要3个或4个二氧化碳分子完成甲醇的羟基第一溶剂层．除了氢键,二氧化碳分子间的相互作用对大团簇的稳定性也起到了重要的作用．在这些溶剂化作用的早期阶段,不容易发生质子从甲醇到二氧化碳的转移过程．模拟的红外光谱揭示了自由O-H伸缩振动、氢键作用后的O-H伸缩振动、以及二氧化碳的O-C-O伸缩振动频率是研究质子化甲醇溶剂化过程的灵敏探针．     

基于镂空阵列探头的反射式光声/热声双模态组织成像

光声和热声成像技术除激发源不同外,可共用一套数据采集和处理系统,具有天然的融合优势.本文提出了一种基于镂空阵列的反射式光声/热声双模态成像技术,该技术利用光纤与天线,通过镂空阵列的开孔进行光声/热声信号激发,使得激发光、微波和接收超声信号共轴,构成明场光声/热声双模态成像模式.通过对探头镂空部分晶元相位和幅值的补偿校准...     

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.     

紫外光诱导光电子发射负离子源的阈值光电子成像仪设计 (cited: 2)

设计了一套紧凑的光电子成像装置,它包括解离式光电子贴附负离子源、垂直安装的高分辨阈值光电子速度成像装置和线性飞行时间质谱仪．紫外光辐射金属表面诱导低能光电子发射,再通过低能电子贴附超声分子束产生高强度和冷的负离子源．结合这种负离子源和飞行时间质谱-光电子成像仪装置,仪器的质量分辨能达到200左右,能量分辨优于3%(即对1 eV动能的电子,分辨达到30 meV)．此外,使用该实验装置获得了CH₃S^-和S₂^-在611.46 nm下的低能阈值光电子成像结果．同时得到了CH₃S和S₂的更精确的电子亲和势分别为1.8626±0.0020和1.6744±0.0035 eV．初步的结果证明了该装置对研究阈值光电子成像精确测量光电子亲和势非常有效     

Formate stability and carbonate hydrogenation on strained Cu overlayers on Pt(1 1 1)

Formate (HCOO) synthesis, decomposition and the hydrogenation of carbonate (CO₃) on Cu overlayers deposited on a Pt(1 1 1) single crystal are investigated to examine the reactivity of a Cu surface under tensile strain with defects present.Formate is synthesized from a 0.5 bar mixture of 70% CO₂ and 30% H₂ at varying temperatures, and the evolution is followed with polarization modulation infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS). Subsequent TPD reveals decomposition of the formate species into CO₂ and H₂ at 420 ± 5 K for strained Cu at sub-monolayer to monolayer coverages. This is a significantly lower decomposition temperature than obtained earlier on pristine Cu(1 1 1) (460 K), as well as for thicker Cu layers where we assign an observed decomposition peak at 440 ± 5 K to relaxed, but defect-rich Cu(1 1 1). However, the thermal stability of formate on strained and defect-rich Cu is similar to previous results obtained for supported, and lattice-strained, Cu nanoparticles.The hydrogenation of carbonate produced by 0.3 bar CO₂ exposure at room temperature was monitored with XPS and TPD showing a significant loss of carbonate when subjected to 0.2 bar H₂ at room temperature. However, the presence of formate on the surface, or any other hydrogenation product, could not be established during or after H₂ exposure by PM-IRRAS, EELS or TPD. Even so, the results suggest that carbonate and its hydrogenation may constitute a relevant pathway to methanol production.     

化学成像技术在手印显现和增强中的应用

化学成像技术结合光谱分析和成像技术从而同时获得物质的光谱和空间各点的组成和结构信息。振动光谱方法(红外和拉曼光谱)与成像相结合,具有灵敏、快速、无损检验等优点,能够为检验鉴定提供定性定量的准确信息,近年来在物证鉴定领域获得了重要的应用。手印的显现和增强有多种方法,化学成像技术作为一种潜力巨大的方法可以显现多种客体上的潜在手印而不需要任何前处理。该技术还可以增强用其他方法显现后的手印,使之与背景形成较大反差。随着成像仪器的发展,化学成像技术在手印显现领域的应用将会一步拓展。文章介绍了化学成像技术的基本原理和仪器,综述了化学成像技术在潜在手印的显现和增强方面的具体应用,展望了化学成像技术的发展前景。     

Magnetic Resonance Imaging of Gases: A Single-Point Ramped Imaging with T1 Enhancement (SPRITE) Study

A pure phase-encoding MRI technique, single-point ramped imaging withT₁enhancement, SPRITE, is introduced for the purpose of gas phase imaging. The technique utilizes broadband RF pulses and stepped phase encode gradients to produce images, substantially free of artifacts, which are sensitive to the gasT₁andT^*:₂relaxation times. Images may be acquired from gas phase species with transverse relaxation times substantially less than 1 ms. Methane gas images,¹H, were acquired in a phantom study. Sulfur hexafluoride,¹⁹F, images were acquired from a gas-filled porous coral sample. High porosity regions of the coral are observed in both the MRI image and an X-ray image. Sensitivity and resolution effects due to signal modulation during the time-efficient acquisition are discussed. A method to increase the image sensitivity is discussed, and the predicted improvement is shown through 1D images of the methane gas phantom.     

Mapping Brain Metabolites Using a Double Echo-Filter Metabolite Imaging (DEFMI) Technique

A double echo-filter metabolite imaging (DEFMI) technique was developed for spatial mapping of low-concentration metabolites in the human brain. This imaging technique simultaneously acquires two images from two individual metabolites, respectively, using conventional imaging acquisition. It provides (i) efficient water and lipid suppressions, (ii) the capability of collecting high-resolution metabolite images within a short time and creating a ratio image from two interesting metabolites within a single experiment, and (iii) flexibility and simplicity for experimental setup and data processing. The technique was examined by both phantom and human brain experiments at 4 Tesla. The results reveal that the DEFMI technique is promising for applications in metabolism studies aimed at investigating physiological and pathological questions.     

Raman Microscopy and Associated Techniques for Label-Free Imaging of Cancer Tissue

Abstract

Raman spectroscopy can identify cancerous from healthy tissue, with a chemical analysis from the measurement of vibrational bond frequencies. However, to detect small tumors a form of Raman imaging is required. Such imaging—by acquiring a Raman spectrum at each imaging pixel—can detect tumors but is rather slow. Multiphoton versions of Raman—anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy and stimulated Raman scattering (SRS) microscopy—offer similar accuracies in identifying cancerous tissue and tumor margins but with a far higher speed, which is beneficial for diagnosis of small tumors in tissue. SRS microscopy can also be used to image extrinsic molecules in living cells, such as anti-cancer drugs at typical concentrations.     

多组态含时自旋非限制Hartree Fock理论 (cited: 1)

基于自旋非限制Hartree Fock理论,发展了自旋非限制多组态含时Hartree Fock理论方法来研究激光场中的多电子相关动力学．自旋向上和自旋向下的自旋轨道分别在他们各自的子空间内传播;并通过约化密度矩阵和平均场算符相互作用．分别利用了自旋限制和非限制的多组态含时Hartree Fock方法虚时和实时传播计算氦原子基态能量和电离几率．自旋非限制的计算结果与其他报道相合．     

DFT calculations of XPS/NEXAFS and IR spectra to elucidate the reaction products of acetonitrile with Si(0 0 1)-2 × 1

NEXAFS data [S. Rangan et al., Phys. Rev. B 71 (2005) 165319] and FTIR data [M.P. Schwartz, R.J. Hamers, Surf. Sci. 601 (2007) 945] apparently do not converge in the identification of the reaction products of acetonitrile (CH₃CN) with Si(0 0 1)-2 × 1 at room temperature. Using DFT calculations of core-excited/core-ionized spectra and of IR vibrational frequencies and intensities, we show the consistency of the body of experimental data. Three species are present on the surface in equivalent amounts, a CN moiety, a pendent CN and a CCN ketenimine submitted to a strong twist imposed by the Si bond directionality. More generally, the paper shows the usefulness of spectroscopic data simulations in the elucidation of complex surface chemistry problems.     

SF6电子动量谱学研究中干涉效应的观测

利用非共面对称的高效率(e,2e)电子动量谱仪测量了SF₆分子外价分子轨道的二维电子能量- 动量密度谱. 通过理论计算与实验结果的比较,发现B3LYP密度泛函理论计算结果可以较好地解释实验测量的轨道电子动量分布. 此外,对于最外层的4个来自F2p孤对电子贡献的非键分子轨道,实验上观测到非常明显的多中心干涉图样.