基于自适应光学的视网膜单细胞光学相干层析成像技术

介绍了一种基于CCD相机的并行光学相干层析成像技术,将所建立的层析成像系统和自适应光学视网膜相机结合。利用一维光学相干层析系统对人眼视网膜进行追踪并控制相干门在视网膜内的位置,利用基于CCD相机的二维光学相干层析成像系统记录视网膜的干涉图像。用眼模型和牛眼视网膜组织对系统进行了测试,通过将4幅干涉图像的获取时间控制在7 ms以内来减少视网膜运动对成像的影响;系统的轴向点扩展函数和灵敏度分别达到10 μm和76 dB。实验结果表明,所建立的基于自适应光学的视网膜光学相干层析成像系统的空间分辨率和灵敏度远远高于其它基于自适应光学的视网膜成像技术。     

基于阵列式换能器的光声成像系统的实现

目的:本文设计了一套光声成像(photoacoustic imaging,PAI)系统,由脉冲激光、阵列换能器、临床超声(ultrasound,US)主机、软件平台以及成像样品组成。系统的图像质量、最大成像深度等重要参数需通过实验进行确定。方法:使用本系统对黑色头发丝横截面进行成像,比较、分析光声(photoacoustic,PA)信号幅值的半极大处全宽度以量化图像分辨率。此外,使用系统对特定的光吸收体和鸡胸肉组织进行成像,确定系统的成像深度。结果:实验结果证明了PAI系统的实现,其PA图像的平均轴向和横向分辨率分别约为0.18 mm和1.44mm,系统的最大成像深度达到4.6 cm。结论:本PAI系统PA图像分辨率优于US主机获得的US图像分辨率,系统最大成像深度与其他国际研究组的系统成像深度的数量级一致。通过进一步优化与活体组织实验的开展,本PAI系统将有望实现临床成像诊断。     

用二次谐波成像技术研究经飞秒激光切削后角膜变化

本文用二次谐波成像技术（second harmonic generation SHG）来研究飞秒激光切削后角膜结构的变化.在生物学研究,材料科学等方面都有很广泛应用的SHG成像技术能在不破坏的角膜情况下获得高对比度的角膜层析图像,分辨率为500 nm,实验装置是利用现有的双光子显微镜.本文还根据成像结果评价了飞秒激光在角膜切削中的质量,为飞秒激光微米级的精确切削和临床应用提供了实验支持.     

STORM和STED显微成像技术特点的比较

随机光学重建显微镜(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)技术和受激发射损耗(stimulated emission depletion,STED)显微镜技术是近年来发展迅速的两种超分辨率荧光显微镜技术。这两种技术均提供超越传统荧光显微镜分辨率成像的功能,具有多色显像,三维成像以及活细胞内成像的潜力。在这篇综述中,我们关注两种技术荧光控制、激光强度等技术参数设定,同时结合样品制备、图像采集与处理等流程优化对比两者在分辨率、图像采集时间及具体应用中的优劣。STORM可获得更高的三维分辨率,但可能需要更长的图像采集时间。STED需要较高损耗光强度,却能在图像采集后立即生成超分辨率图像,不需要额外图像数据处理。最终,选择STORM和STED不仅取决于技术的具体应用,还取决于操作者优化各环节技术参数的能力,从而决定图像质量。     

视网膜单细胞成像技术研究

建立了一台基于37单元变形镜、Shack-hartman波前像差传感器和12位科研级CCD相机的自适应光学视网膜相机。采用一个中心波长为679nm的超辐射二极管(SLD)作为相机的光源,通过将超辐射二极管和多模光纤耦合,显著减小了SLD光源的空间相干性,从而消除了散斑噪声对成像的影响。多模光纤的输出提供了一种高亮度、均匀照明的光源,使人眼视网膜单细胞成像的速度达到4．8幅／秒。     

动脉粥样硬化斑块中脂肪沉积的扫频光热波成像

动脉粥样硬化和易损斑块破裂在全球范围内具有最高的死亡率,超过传染病和癌症导致的死亡率的总和。动脉粥样硬化斑块是由一层很薄的”纤维帽”和导致血栓形成的脂质核心构成。光热波成像是基于对被目标发色团（本文中指脂肪沉积）吸收的光信号强度进行周期调制,从而实现对目标发色团释放的热（红外）信号的调制。这里,我们利用光热波成像来检测来自兔子动脉硬化模型的粥样硬化斑块中脂肪沉积的三维分布。波长为1210纳米的激光被用来靶向检测脂肪。动脉粥样硬化斑块组织在0．1到5赫兹连续扫频的激光的激发下发出光热波,光热波传播到样品表面形成红外辐射温度并被红外相机以25．6帧／秒的速度接收并录制20秒。红外相机上的每一个像素（总共256~256像素）在进行时域傅里叶变换以后得到强度和相位的频域光热波图像。某一特定频率的强度和相位光热波图像对应着脂肪沉积在动脉粥样硬化斑块样品中的横向和纵向分布。对强度和相位光热波图像的分析指出：光热波成像能够用来检测脂肪在动脉粥样硬化斑块中的三维分布,并且脂肪的分布和动脉粥样硬化斑块的形状特征有着紧密联系。     

基于空间频域滤波高动态光学投影层析的斑马鱼三维成像研究

本文提出了一种基于空间频率滤波的多曝光融合的高动态投影层析三维成像方法,实现了活体斑马鱼（17 mm × 4 mm,最大厚度为2.33 mm,最小厚度为0.29 mm）的三维结构成像. 通过相机采用不同曝光时间记录系列吸收图像,将每张图像取变换到频域去除低频后,将各张滤波后叠加并逆傅里叶变换回空域,对变换后的图像进行归一化处理,最终获得高动态图像. 在每个投影角度获得这种高动态吸收投影图像,进行滤波反投影算法重建,获得高动态的整条斑马鱼三维结构信息. 实验成像结果表明,这种空间频率滤波多曝光融合的高动态光学投影层析三维成像研究,可以获得复杂结构更丰富的空间信息,对斑马鱼等模式生物早期胚胎生长发育进程进行监测和定量评估有一定的应用前景.     

活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用

捕捉细胞内分子活动发生的动态过程,从细胞分裂到囊泡运输再到胞内钙离子浓度变化等大量快速发生和发展的生理过程是很多科研工作者的需要。这个过程不仅要求较高的时间分辨率,还要求较低的激发光强度以使样品的淬灭和光损伤达到最小。因此,相机的高灵敏度图像传感器起到了决定作用。鉴于近几年图像传感器发展迅速,本文对其进行了系统的阐述,综述了相机的图像传感器技术上的最新突破和改进。进而,总结了其在活细胞成像中的应用,对比了两种主流传感器并展望了未来发展趋势。     

激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）及其生物学应用

激光扫描共聚焦显微镜（ＬＳＣＭ）有效地排除了非焦平面信息,提高了分辨率及对比度,使图像更为精确清晰;与计算机及相应的软件技术组合,ＬＳＣＭ 实现了连续光学切片,广泛应用于生物三维结构重组及动态分析。目前,激光共聚焦显微技术已成功应用于生物芯片技术、激光显微操作系统、细胞骨架研究、生理生化及胚胎学研究、基因定位等领域。多光子技术的发展,进一步改善了ＬＳＣＭ 成像清晰度,拓宽了ＬＳＣＭ 在生物学领域中的应用。本文叙述了ＬＳＣＭ 的基本原理及其在生物学研究中的应用。     

PALM成像中激光强度和定位精度相关性的研究

近十年来,基于单分子定位的PALM成像技术快速发展,将显微镜的分辨率提高到了2-25nm。本文发现PALM成像过程中采用的激发光强度与成像的定位精度之间有密切的联系。我们分别选择了PALM成像使用的光激活荧光蛋白、光转换荧光蛋白和光开关荧光蛋白中最常用的荧光蛋白进行验证。实验发现伴随激光强度的增加,大部分荧光蛋白的光子数先升高然后趋于饱和,背景噪声几乎线性升高。进一步分析发现荧光蛋白的定位误差随着激光强度增强先降低后升高,因此选用合适的激光强度在PALM成像实验中至关重要。如何提高PALM成像的分辨率一直是科学家研究的热点,本研究内容可以指导研究人员在PALM成像中选用合适的激发光强度,从而得到高分辨率的图像。