基于二值化图像结合像元统计法的扑尔敏片剂近红外成像检测参数优化研究

研究药物领域中近红外成像检测参数对高光谱数据质量的影响,建立检测参数优化方法。以扑尔敏片剂为研究对象,采用近红外化学成像技术,考察光谱分辨率、空间分辨率、扫描次数和扫描高度等因素,采用L9 (34) 正交表设计,优化近红外成像检测参数;采用二值化图像法和像元统计法对高光谱数据进行定量分析,测定扑尔敏片剂表面马来酸氯苯那敏含量。以高效液相色谱法作为参考方法,精密测定片剂中马来酸氯苯那敏含量。两种方法测定的含量差值绝对值为考察指标,优化最佳检测条件。结果表明, 扑尔敏片剂的高光谱数据最佳检测条件：空间分辨率25 μm×25 μm,扫描高度-5340(Z值,精确聚焦),光谱分辨率16 cm-1,扫描次数16次。该研究首次优化近红外成像扫描高度参数对高光谱数据质量的影响,优化近红外成像扫描高度等检测参数可用于指导扑尔敏片及其他药物近红外成像数据采集和方法建立。     

基于最大似然法的共焦拉曼光谱成像方法

随着现代科技对纳米微观区域兴趣的增加,如DNA测序、分子纳米器件微结构检测等,其对拉曼光谱技术的空间分辨力提出了更高的要求,而现有共焦拉曼光谱技术受自身原理限制,空间分辨力已无法满足科学需求。针对这一问题,在现有共焦拉曼光谱技术的基础上,提出一种基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法。该方法将超分辨图像复原技术与共焦拉曼光谱技术相结合,利用基于Poisson-Markov约束的最大似然超分辨复原算法对共焦拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,恢复图像高频成分,进而改善共焦拉曼光谱系统的空间分辨能力,实现超分辨成像。仿真分析和实验结果表明,提出的基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法在不改变现有共焦拉曼光谱系统光学结构的前提下,仅对单幅拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,即可将系统空间分辨力提高到200 nm,实现超分辨成像,同时该方法具有较强的噪声抑制能力。该方法有效地提高了共焦拉曼光谱系统的空间分辨力,为物理化学、材料科学等前沿领域中的高空间分辨微区光谱探测提供了一种新的途径,是一种行之有效的高空间分辨的共焦拉曼光谱成像方法。     

近红外光谱技术在微生物检测中的应用进展

近红外光谱作为一种无损检测技术被广泛应用于农业、制药、食品等领域的多组分品质快速监测。微生物的快速准确检测,在临床诊断、制药和食品加工等领域一直是一个难题。微生物菌体细胞壁、细胞膜及细胞内生物大分子和水的近红外光谱具有高度特异性,因此可以使用近红外光谱快速识别和分类不同的微生物。通过对相关文献的归纳整理与分析提炼,对近红外光谱技术在微生物检测中的研究进展做综述。对微生物的基本知识和近红外光谱技术鉴定微生物的基本原理进行了介绍,并重点综述了近红外光谱技术在微生物分类、食源性微生物检测和成像微生物检测等方面的国内外研究进展,最后对近红外光谱技术目前存在的问题和未来的应用前景进行了展望,以期为今后在微生物检测领域更好地利用近红外光谱提供参考。     

乳腺癌的临床光谱检测

基于激光与生物组织的相互作用原理检测乳腺癌是目前国际研究热点。实验室自行开发研制的近红外乳腺检测仪, 采用780 nm的低频调制激光透照乳房,并在计算机控制下做二维扫描,对侧采用光电倍增管接收透射光信号,将其转化为电信号,实现了对乳腺癌疾病的检测。系统对光强信号采样后进行数据处理和成像,得到近红外光乳腺透照图像。该系统在中国医学科学院肿瘤医院进行了临床试验。共采集了50名患者100多个数据。其中恶性肿瘤患者34例,良性13例,其他3例。近红外诊断结果与患者同期的钼靶检测结果、超声检测结果和病理结果做了对照,正确率达到72.5%,介于超声(77.50%)和钼靶(71.88%)之间。说明近红外方法和所使用的样机对判断乳腺疾病有可行性,为近红外图像方法提供了新的研究思路。     

新型显微成像光谱仪系统中线阵针孔离焦研究

显微成像光谱仪技术是最近新兴的一种生物组织检测方法,它可以广泛应用在生物医学检测,疑难病症分析、预防、诊断中,已经成为当今生物组织检测领域研究的热点。提出了一种新型的基于线阵针孔阵列的激光扫描共焦显微成像光谱仪系统LP-LSCMIS方案,介绍了其工作原理及优点,讨论了该装置中线阵针孔阵列离焦对系统性能的影响,分析了离焦对生物组织荧光图像的光谱分辨和自体荧光光谱的调制深度的影响。推导出了光谱分辨和调制深度与离焦量的关系式。结果表明,离焦对仪器的性能有较大的影响,因此在装置装调时要求有更高精度的调整机构。     

Z-pinch实验X光辐射过程一维空间分布诊断技术

在Z-piirch实验中，研制了由闪烁体薄膜、光纤阵列、条纹相机等组成的同时具有时间分辨和一维空间分辨能力的Z-pinch等离子体X光辐射过程空间分布诊断装置，诊断装置沿垂直于负载轴向的方向观测等离子体X光辐射的时空分布。利用狭缝实现X光辐射区域的一维空间分辨成像，通过选择狭缝方向可选择测量X光辐射过程沿负载轴向或径向空间分布。     

乳腺组织的衍射增强成像

为了探讨X射线衍射增强成像(DEI)技术在乳腺癌早期诊断中的价值,利用北京同步辐射光源4W1A束线引出的硬X射线, 对大块的正常乳腺组织和癌变乳腺组织进行X射线衍射增强成像,并对DEI中获得的不同图像以及正常组织和癌变组织的DEI图像进行对照分析.结果显示: 在摇摆曲线顶部位置获得的图像(衍射图像)清晰度比较高,能够很好地反映出软组织中的结构. 表观吸收图像与传统的乳腺X光照片基本相似, 但分辨不同的软组织有一定的难度, 分辨的能力也不如衍射图像; 而折射图像能够很好地显示出正常乳腺组织和癌变乳腺组织中腺体的形状、大小、分布和结构上的差异. 因此, DEI技术在乳腺癌的诊断上有较高的价值, 可作为常规诊断手段的重要补充.     

光谱分析在西甜瓜内部品质无损检测中的研究进展

西甜瓜(西瓜和甜瓜)味甘多汁,营养丰富,其内部品质的检测对其生产和流通具有重要意义。西甜瓜内部品质的传统检测方法检测时间长,成本高且为有损检测,不能满足现代生产的需要。随着光谱分析技术的快速发展,应用近红外光谱分析和高光谱成像进行西甜瓜内部品质的无损检测已成为研究热点。为跟踪国内外最新研究进展并分析研究现状,介绍了近红外光谱分析和高光谱成像的技术特点和系统组成,归纳了光谱信息预处理、变量筛选、模型建立和模型评价等光谱信息解析方法,综述了近红外光谱分析和高光谱成像在西甜瓜内部品质(可溶性固形物含量、坚实度、总酸含量、成熟度、水分等)无损检测中的应用,并从技术难点和实际应用两方面讨论了光谱分析技术在西甜瓜内部品质无损检测中的发展趋势,指出利用深度学习进行光谱信息解析、建立多特征信息融合的综合评价模型、开发基于人工智能与移动终端深度融合的快速无损检测系统等将成为新的研究方向。     

猪肉组织色素浓度的近红外无损检测

基于血红蛋白、肌红蛋白等色素在近红外波段的吸收谱,采用近红外光谱(NIRS)技术,通过检测出射光相对入射光的衰减,可解算生物组织中上述色素的浓度。基于稳态空间分辨的NIRS研发了可检测组织中色素浓度的装置,该装置的传感器包括一个可发射3个不同波长的LED光源,以及与LED位于同一直线上且距离分别为30和40 mm的２个检测器。用该装置检测了2块猪肉组织(分别为新鲜的猪背长肌和股直肌)的色素浓度,结果表明,背长肌和股直肌中血红蛋白、肌红蛋白等色素的总浓度分别为(6.42±1.51)μmol·L-1和(15.48±4.54)μmol·L-1,接近于现有报道的经验值。在无损、实时、直接、简便检测猪肉组织的色素浓度方面,上述NIRS方法及装置是可信的。     

光源尺寸和光谱带宽对波带板成像的影响

X射线菲涅耳波带板成像能实现亚微米空间分辨能力,有可能应用于激光等离子体或聚变靶的高分辨X射线成像诊断.之前的数值模拟研究表明,成像分辨能力受光源尺寸、入射光或成像光谱带宽的影响.本文报道在632.8 nm为中心波长的可见光波段,对波带板成像的数值模拟和原理性验证实验.数值模拟表明:随着扩展光源尺寸增加,视场中央分辨能力基本不变,而像对比度下降;随着成像的光谱带宽的增加,视场中央分辨能力与像对比度同时下降.实验证实了数值模拟的结论,且实验与数值模拟结果的定量比较也符合得较好.     

基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术

超声/光声双模态成像技术因其同时兼具超声的高分辨率结构成像和光声的高对比度功能成像优势,极大地推动了光声成像技术的临床应用推广.传统超声/光声双模态成像技术多基于超声成像所用阵列探头同时收集光声信号,系统结构紧凑且无需图像配准,操作便捷.但该类设备使用阵列探头和多通道数据采集,使得其成本较高;且成像结果易受通道一致性差异影响.本文提出了一种基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术,该技术采用单个超声换能器结合一维声学扫描振镜进行快速声束扫描,实现超声/光声双模态成像,是一种小型化、低成本的双模态快速成像技术.本文开展了系列仿体和活体成像研究,实验结果表明:系统有效成像范围为15.6 mm,超声和光声成像B扫描速度分别为1.0 s^–1和0.1 s^–1 (光声成像速度主要受制于脉冲激光器重复频率).基于本文所提技术研究,有助于进一步推动超声/光声双模态成像技术的临床转化和普及;也为基于超声信号检测的多模态成像技术提供了一种低成本、小型化和快速声信号检测的参考方案.     

光电侦察与跟瞄装备测试技术

在现代信息化战争中,光电侦察与跟瞄装备的研制试验和使用维护都离不开其测试技术的保障。从4方面简述了国内外光电侦察与跟瞄装备测试技术的发展现状,目前,可见光及微光成像性能参数已实现数字化的综合测量,其中,像面均匀性和畸变检校的测量不确定度分别达到1%和0.2%,最小可分辨温差(MRTD)等红外热成像系统性能参数已出现客观的评测方法,最大测程等激光测距系统性能参数的测量允许误差极限达到1%以内,多光轴一致性的检校测量不确定度达到2。未来,我国在该领域的研究热点将集中在发展各种现场快速精准的检校手段,以及继续提升红外、紫外、微光和白光成像测试技术等方面,并建立和完善其相应的测试标准和保障系统。     

Ultrasonic biomedical technology; marketing versus clinical reality

Clinical ultrasound imaging is the most frequently used imaging modality in the world accounting for almost 25% of all imaging studies performed. Hence, manufacturers of commercial ultrasound equipment are committing significant engineering resources to advance the technology behind the modality and to improve the diagnostic capabilities of ultrasound imaging. Consequently, new imaging technologies are constantly being introduced to the market under a host of different trademarked names. Hence, this paper will review many of the recent advances in ultrasound imaging and try to differentiate between developments aimed at marketing and those providing real clinical improvements. In particular, we will describe the technologies behind concepts such as coded ultrasound imaging, real time spatial compounding, tissue harmonic imaging, extended field of view imaging as well as 3D and 4D (i.e., real time 3D) imaging. Some of the latest advances in blood flow imaging e.g., B-flow, advanced dynamic flow (ADF) and automatic optimization methods will also be described.     

基于Camera Link高速相机的控制与视频流长线传输技术研究

在水下光电成像系统中,要对水下相机与地面设备进行视频数据与控制命令的远距离通信,而电缆的传输距离有限不能达到远距离通信的要求。针对此问题,设计了一个基于Camera Link高速相机的水下光电成像传输系统,采用光纤传输技术实现了水下视频信号到地面设备的长线传输,以及地面设备对水下Camera Link高速相机的远距离控制,传输距离可达20km,传输稳定可靠,现已成功应用到某水下成像系统中。     

X射线成像技术在医学中应用

文章介绍了在医学中广泛应用的二维X射线摄影屏一胶片系统及三维计算机断层扫描成像技术。并对二维X射线摄影技术的发展，例如数字减影血管造影（DSA），计算机放射成像（CR）和直接数字化X射线摄影（DR）以及三维成像新技术，如螺旋计算机断层扫描技术（螺旋CT），正电子发射体层／多层螺旋CT图像融合扫描装置（简称PET-CT）和相位衬度成像技术的原理和应用作了简单描述。医学图像后处理是现代医学图像设备不可或缺的组成部分，先验医学知识的融入使现代图像设备具有辅助诊断的能力。     

国防光学计量技术的发展与展望北大核心CSCD

随着光学理论的发展和科技的进步,光学技术得到了迅速发展,对光学计量技术提出了新的要求和挑战。针对光学计量在国防军事中的重要性,分析了我国装备保障的发展对国防光学计量的新要求,介绍了国防科技工业光学一级计量站在光学成像和光辐射基础物理量计量、武器光电装备综合参数计量保障、光学前沿技术计量以及军用光电测试仪器研发方面的发展现状,提出了国防光学计量面临的主要问题及未来的发展方向。     

四通道球面弯晶成像系统设计及实验研究

基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求,提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式,解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态,实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点,采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件,给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管,对单个通道进行了网格背光成像,获得的二维图像放大倍数为7.8倍,空间分辨率达到15 μm,初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合,能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。

     

X射线成像技术在医学中应用

文章介绍了在医学中广泛应用的二维X射线摄影屏-胶片系统及三维计算机断层扫描成像技术。并对二维X射线摄影技术的发展,例如数字减影血管造影（DSA）,计算机放射成像（CR）和直接数字化X射线摄影（DR）以及三维成像新技术,如螺旋计算机断层扫描技术（螺旋CT）,正电子发射体层/多层螺旋CT图像融合扫描装置（简称PET-CT）和相位衬度成像技术的原理和应用作了简单描述。医学图像后处理是现代医学图像设备不可或缺的组成部分,先验医学知识的融入使现代图像设备具有辅助诊断的能力。     

夜视领域几个热点技术的进展及分析

作为夜视技术的主要技术途径,微光夜视和红外热成像技术在现代战争中具有重要的地位,掌握先进的夜视技术对于控制战场形势至关重要。随着各种现代夜视技术在世界各国军队中的装备中应用,"拥有黑夜"已逐步成为"共享黑夜"。为继续保持夜视技术的优势,美国及其盟友不断地发展更为先进的夜视技术和装备,并取得重要进展。介绍了夜视技术的几个重要的技术进展,分析了其对整个夜视技术发展以及应用的影响,希望对加快发展我国的夜视技术,促进夜视装备的有效应用起到促进作用。     

目标辐射特性现场校准用大面积黑体辐射源技术研究

红外成像技术在空间探测、对地观测、安防监控等领域的应用越来越广,为了确保红外目标识别的准确性,必须掌握目标的辐射特性。目标辐射特性需要在外场实际条件下测量得到,需要利用大面积黑体辐射源对目标特性测量设备进行现场辐射参数校准。设计了一种大面积黑体辐射源,辐射体采用铝材质并发黑处理,大面积黑体辐射源温度控制采用PID控制算法。在外场实际环境温度为26.8 ℃,湿度为60%时对目标特性测量设备辐射参数进行了校准。试验数据表明:辐射温度测量不确定度为0.4 ℃（k=2）,取得了较好的应用效果。