近红外漫反射光谱在脱水剂脱水作用中的应用研究

分析了脑局部皮层的近红外漫反射光谱在研究脱水剂脱水作用中的可行性。将60只SD大鼠随机分成A、B、C三组,每组分别在尾静脉推注0.9% NaCl、20%甘露醇和7.5% NaCl(均为10ml/kg),利用双光纤微创探头实时在位采集推注前后大鼠局部脑皮质的近红外漫反射光谱,分析光谱变化。结果：A组(0.9% NaCl)推注前后光谱未见明显变化,B组(20% 甘露醇)和C组(7.5% NaCl)推注后近红外区光谱斜率绝对值的相对变化率分别上升（5.5±1.2）%和（10.5±2.5）%,三组间的差别存在统计学意义。可见,脑局部皮质的漫反射光谱可作为一种评估脱水剂脱水作用的新方法。     

脑组织血氧饱和度的微创在位测量

 利用光纤光谱仪和光纤探头建立脑组织血氧饱和度（hemoglobin oxygen saturation, SO2）微创在位测量系统。将悬乳液和全血的混合溶液作为生物组织模型,获取模型在不同SO2下可见光区实时吸收光谱与血氧分析仪所测SO2数据的样本集,将吸收光谱作归一化处理后取得500nm～600nm区间的4个光谱特征参量,通过统计分析建立特征参量与血氧饱和度的经验公式。结果表明：利用该系统获得了30只大鼠脑皮层不同深度的血氧饱和度SO2,其范围为64%～76%。这种方法有助于脑外科微创手术中实时在位测试脑组织血氧饱和度研究。     

分布式光纤传感信号高识别率技术研究

为提高基于相敏光时域反射计的分布式光纤声传感系统对振动信号的识别速度与识别准确率度,本文提出使用端点检测对光纤传感振动信号进行预识别的方法。该方式首先使用小波阈值折衷去噪对振动信号进行去噪处理,然后使用基于短时能量与短时过零率的端点检测方式对采集到的振动信号进行检测,如果检测到振动信号中存在有振动,则使用Resnet18网络对振动类型进行进一步的识别;若未检出振动信号,则将振动信号判定为噪音,不再进行进一步的检测。实验证明该方式能有效降低分布式光纤声传感系统对振动信号的识别时间,并且通过使用Resnet18网络对一维振动信号进行识别提高了对振动信号的识别准确率,对噪音信号的识别时间降低为3.5 ms,对振动信号的平均识别准确率达到96.3%。     

血液可见吸收光谱与血氧参数神经网络估算法

总血红蛋白浓度和血氧饱和度是两个基本的血氧参数。文章提出了利用内置双光纤微创探头在位测量大鼠脑组织血氧参数的新方法。首先,利用悬乳液(Intralipid)和全血配置不同总血红蛋白浓度的混合溶液,模拟生物组织模型,用光纤光谱仪测试系统测量组织模型在加氧和去氧时的实时吸收光谱,同时用血氧分析仪(OXI meter)对血氧参数定标,建立测试光谱和定标数据样本集。然后,利用人工神经网络建立血液吸收光谱与血氧参数的神经网络模型,训练后的网络模型能根据吸收光谱输出生物组织的血氧参数值,总血红蛋白浓度和血氧饱和度的平均输出误差分别为±4μmol·L-1和±5%。最后,利用神经网络模型对大鼠脑组织血氧参数进行了在位测试实验,测得脑灰质的血氧饱和度为0.60~0.70,脑白质血氧饱和度为0.45~0.55;总血红蛋白浓度在脑皮层(深度1mm)附近最高,平均110μmol·L-1,其余深度脑组织的总血红蛋白浓度为70~90μmol·L-1。这种方法对脑外科微创手术中实时在位测试脑组织血氧参数具有重要的参考意义。     

内插光纤对生物组织有限束宽光吸收的影响

考虑到激光间质热疗时激光从内置在组织中的光纤输出且光束为有限宽光束,建立了内插光纤的双层球体组织模型;基于蒙特卡罗法获得无限窄光束在组织内的吸收值,利用入射光强与格林函数进行卷积计算,获得有限宽光束的光传输方程;以高斯光束和平圆光束为例,分别对比分析了考虑与不考虑内插光纤时组织对有限宽光束吸收情况的变化。结果表明:组织对平圆光束的吸收值较小、对高斯光束的吸收值较大,内插光纤对组织吸收平圆光束的影响较小,而对光子出射中心附近组织吸收高斯光束的影响较大。因此,采用高斯光束进行激光间质热疗时应考虑内插光纤对组织吸收光能的影响。所提模型更加接近激光间质热疗的实际情况,对准确预估激光间质热疗的热毁损范围具有重要的意义。     

基于可见-近红外光谱的组织热毁损实时监测研究

探讨了基于可见-近红外光谱的生物组织激光热毁损实时监测的可行性.采用5W、808 nm激光对新鲜离体猪肝进行了热毁损实验,在距离毁损中心4、8、12 mm处实时采集可见-近红外光谱(330～1100 nm),选取波长720 nm的散射光强(Rd720)作为评判因子.结果表明:加热初期Rd720随组织温度升高而快速增强,光谱测量点与毁损中心距离越小,Rd720上升越快;达到有效毁损后,若保持加热,则温度继续上升而Rd720趋于平稳;停止加热后,组织温度逐渐恢复到室温,而Rd720微降后基本保持不变且远高于初始值.由此可见,生物组织的可见-近红外散射光强可以作为激光热毁损实时监测的一项重要参数.     

CNT-FED点阵显示器件的研制及其驱动电路设计

采用丝网印刷技术和等离子体表面处理方法,制备了16×16点阵式碳纳米管场发射显示器件(Carbon N anotube F ield Em ission D isp lay,CNT-FED)。根据CNT-FED的结构特点,研究了CNT-FED的显示驱动原理,设计了以51单片机为控制核心的驱动电路,实现了点阵式显示器件的动态显示。     

采用频域光延迟线的光学相干层析成像

频域光延迟线是一种光学扫描结构,其基本组成是一个衍射光栅、一个透镜和一个扫描镜.把频域光延迟线应用到光学相干层析成像系统中,可以使参考臂扫描速率至少达到数m/s以上,从而实现视频速率的图像获取.从几何光学的角度分析了频域光延迟线的工作原理,分析结果表明在扫描角很小的情况下,入射光的光程或相位变化频率与扫描角频率有较好的线性关系.基于这一结构的光学相干层析成像的结果证明可以避免活体生物组织位移引入的图像模糊.另外,还提出了一种基于微执行器的新扫描装置.     

近红外散射光谱的组织热毁损程度实时鉴别

提出了利用近红外散射光谱对生物组织热毁损程度进行实时鉴别的一种新方法。实验首先分别用功率3.5,5,6.5和8 W的808nm脉冲激光对新鲜离体猪肝进行热毁损,在距离毁损中心10mm处实时采集近红外散射光谱和温度,以最小二乘法拟合得到波长830~900nm处的光谱斜率(S830~900),将其不同上升幅度为条件结束加热。其次,对光谱采集点附近的组织作病理切片,根据组织学特征进行评分,采用3级评分制(3分为完全毁损,2分为部分毁损,1分为无效毁损)评估毁损程度。最后,分析加热期S830~900最大上升幅度、降温后S830~900最终稳定值与病理分析的毁损程度之间的关联。结果表明,一般情况下,若加热期S830~900上升至初值的4倍以上、降温后最终稳定于3.5倍以上,对应组织为完全毁损;若S830~900加热期上升2~5倍,降温后最终稳定于1~1.5倍,对应组织为无效毁损;其余为部分毁损。根据分析结果,首次建立了光谱因子与热毁损程度的关联,利用加热期S830~900的最大上升幅度与降温后的最终稳定值来鉴别组织毁损程度,可以很好的降低实验对象个体差异性对判断结果的影响,具有很好的鉴别效果,其准确率达到90%以上,实现了组织热毁损程度实时、准确的鉴别,为组织热毁损实时监控提供了一种新思路。     

肝组织激光间质热疗温度与热损伤区域研究

基于光子传输理论,首先采用蒙特卡罗方法和Pennes生物传热方程模拟了肝组织激光间质热疗在不同功率不同加热时间下的温度分布,然后进行相应参数下的猪肝离体实验,获取相应的中心温度和热损伤区域大小,最后对理论模拟与离体实验的结果进行对比。对比结果表明:离体实验的中心最高温度低于对应的理论模拟值,理论模拟的53 ℃温度等高线椭圆长、短轴能较好的预测实际的热损伤区域大小。