Recent advances in two-photon imaging: technology developments and biomedical applications

In the past two decades, two-photon microscopy (TPM) transforms biomedicalresearch, allowing nondestructive high-resolution fluorescent molecular imaging and label-free imaging in vivo and in real time. Here we review the recent advances of TPM technologyincluding novel laser sources, new image acquisition paradiams, and microendoscopicimaging systems. Then, we survey the capabilities of TPM imagingof biological relevant molecules such as nicotinamideadenine dinucleotide (NADH), flavin adenine dinucleotide (FAD),and reactive oxygen species (ROS). Biomedical applications of TPM in neuroscience and cancer detection are demonstrated.     

“小洞不补, 大洞吃苦”——论机械设备的“健康检测”

就机械设备的维修、检测、延长寿命，讨论了反问题与正问题的关系和区别。     

肾小球滤过率活体实时监测荧光示踪剂的研究进展

急性肾损伤是一种临床常见的急性疾病. 通过外源性的荧光示踪剂对肾小球滤过率进行非侵入性的实时监测, 对于及时了解易患病人的肾脏功能具有重要的临床价值和应用前景. 本文综合评述了用于活体检测肾小球滤过率的外源性荧光示踪剂的近期研究进展, 重点介绍了荧光示踪剂的设计策略及其活体成像应用效果, 并对相应检测装置的发展进行了阐述, 同时对该领域的挑战与发展前景进行了展望.     

碳量子点增强气液相化学发光检测二氧化碳北大核心CSCD

采用一步溶剂热法合成了能够发射绿色荧光的水溶性碳量子点(CDs),并对其进行了透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱、荧光光谱以及红外谱图等一系列表征。基于该CDs增强的H_(2)O_(2)-KOH-CO_(2)气液相化学发光体系,利用自助研发的气液相化学发光检测仪实现了对CO_(2)气体的实时在线检测。研究了H_(2)O_(2)、KOH以及CDs浓度对发光强度的影响,结果表明当H_(2)O_(2)浓度为0.15 mol/L、KOH浓度为0.40 mol/L以及CDs溶液与KOH溶液体积比为1∶2时所测得的化学发光强度最大。在最优条件下,在0.196~49 mg/L范围内,CO_(2)浓度与发光强度呈现出良好的线性关系;计算得到二氧化碳的检测限为0.049 mg/L;重复检测11次1.96和4.56 mg/L的CO_(2)的相对标准偏差分别为1.46%和0.65%。采用该方法检测CO_(2)具有灵敏度高、选择性好、精密度高以及能够实现连续在线检测等优点。     

激光烧蚀硅基表面抗反射微结构的声信号监测

为了提高抗反射硅表面制备的加工质量、缩短研制周期,提出了一种基于时频域处理的面向激光加工过程的声波信号在线监测及分析方法。利用声信号的时频谱图分析了0～30 kHz内的声信号与激光烧蚀形成的表面微结构特征尺寸之间的相关性,具体分析了激光功率及加工次数对微结构深度及声信号各频率幅值变化的影响。以声信号作为输入,基于人工神经网络对加工质量进行预测。实验结果表明：通过监测激光加工时产生的声信号能够明确反映被烧蚀硅表面是否形成周期性微结构,且微结构宽度不同,其对应的声信号频率组成也不同。在微结构宽度固定的情况下,归一化后的声信号特征参数随微结构深度线性变化,且受到激光功率变化的影响忽略不计。以硅基表面5%的反射率作为加工质量分界线,采用人工神经网络对加工质量的预测结果与实际测量结果的准确率可以超过90%。结果表明：声波在线监测可以有效应用于评估表面加工质量,为抗反射硅表面制备过程的实时监测提供了理论依据。     

利用换能器电信号相位特征实时监测高强度聚焦超声治疗中的声空化

高强度聚焦超声(HIFU)激发的声空化可加速靶组织的热消融,但声空化的实时监测是一个亟需解决的问题。利用HIFU换能器驱动电信号的相位差与电阻抗之间的数学模型,建立了HIFU辐照及换能器驱动电信号、声空化信号实时检测实验系统,探究了HIFU辐照离体牛心组织过程中,换能器驱动电信号的相位差与B超影像灰度变化及宽频水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号的变化规律。结果表明:当声空化发生时,换能器驱动电信号相位差的变化与水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号变化具有一致性,通过相位差的变化可实现HIFU辐照靶组织中声空化的实时、精准监测,这为HIFU所致声空化的实时监测提供了一种有应用前景的解决方案。     

基于FPGA的地检系统设计与实现

系统是为某型号新一代航天载荷可见光通道设计;主要功能是实现可见光通道的图像的实时采集与获取,完成可见光通道的地面调试与性能检测;文中针对测试需求提出了完整设计方案和软硬件实现方法;系统采用Xilinx新一代低功耗现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心,通过自顶向下的程序设计方法完成硬件时序驱动和逻辑控制;系统主要完成了机械接口设计,CMOS探测器的电路设计与时序驱动,光电压信号的放大、滤波与数模转换,图像数据与上位机的传输接口设计以及上位机软件设计;高速数据传输通过USB接口来实现;经测试验证,系统功能良好,能很好地满足实际工程需求。     

一种链式无线路由协议的液压支架压力监测系统设计

本文研究并设计了一种基于无线传感器网络的液压支架压力信息采集节点,并以此为基础搭建了监测系统平台。首先对无线网络拓扑结构分析,以提高网络整体生命周期为目的,设计了一种链式结构的简单无线路由协议。在此基础上,以CC2530为主处理器完成压力采集节点软、硬件设计。最后,给出了系统采集到的液压支架工作阻力数据。测试结果表明,系统能够实现液压支架压力实时监测功能,满足应用需求。     

基于DSP和图像分割的织物疵点实时检测方法

疵点自动检测是纺织品缺陷在线检测领域的一个研究热点;为满足高速实时疵点检测应用要求,构建了基于TMS320DM642的织物疵点检测硬件系统;该系统由光源与成像、图像采集与实时处理、结果显示与统计分析等部分组成,能充分利用数字信号处理器的高速运算能力,有效提高系统的检测速度;并提出一种基于自适应阈值分割的疵点检测算法,通过增强织物图像灰度直方图波谷对应阈值的检测概率,有效提高了疵点图像的分割准确性;最后,在所建硬件系统平台上利用该算法进行了棉坯布疵点检测实验,疵点检出率达到93.6%;结果表明,本系统可自动实时检测织物疵点,且检出效率高。     

城市道路空气质量实时监测系统的设计

传统的空气质量检测仪只能实时显示数据,并不具备数据传输能力;仪器采集的数据取决于传感器的质量高低,而进口的红外线空气质量分析仪价格非常昂贵;为解决这些问题,利用Arduino Uno R3单片机作为控制核心,与多种气体传感器一起组成实时监测终端;传感器采集的数据经过Arduino单片机处理后,通过VANET技术发送给车载单元或手持观测器进行实时显示;同时数据也可以通过Internet传送到控制中心;重点描述了监测终端的硬件结构与软件设计,测试结果表明本系统具有可靠性高、实时性好等优点,具有非常高的实用价值。