利用连续光声成像监测动物脑部血液动力学变化

基于B型扫描超声诊断仪和线性阵列探测器的快速光声成像系统被搭建,并用于脑部血液动力学的监测研究。实验中,小鼠脑部皮层的全景血管网络分布图像通过光声探测器双扫描采集接收的方式被重建出来。然后,针对小鼠的脑中动脉,利用阵列电子扫描采集方式,光声成像实现了局部连续地监测由静脉注射生理盐水和吲哚菁绿引起的脑部血液动力学反应,成功地利用光声图像记录其光吸收的改变。实验展示了光声快速成像获取脑部功能信号的应用潜力。     

基于动态聚焦的声聚焦光声内窥成像算法研究

目的 声聚焦光声内窥成像具有成像深度大的优点,是一种非常有前景的功能成像技术,该技术被广泛应用于直肠、食道等内窥成像中。声聚焦光声内窥成像通常采用基于单个聚焦超声传感器的侧向扫描方式,同时采用传统的B扫描方法进行重建,会大大降低图像质量。为了获得高质量的图像,本文提出了几种动态聚焦的声聚焦光声内窥成像算法。方法 本文使用几种动态聚焦算法进行了数值仿真,并搭建系统进行了仿体实验验证,从横向分辨率和信噪比等多方面比较了各算法在动态聚焦中的成像效果。结果 相比B扫描方法,动态聚焦后的图像在离焦区域的横向分辨率与信噪比方面都有提升,仿真模拟中最高可将离焦区域的成像目标分辨率提升约26倍,其信噪比经动态聚焦后最高可提高2.3倍左右,实验中的远距离点目标经动态聚焦重建后分辨率提升3～6倍。结论 整体而言,基于时空响应的算法和合成孔径聚焦重建算法是在实验条件下更为适用的算法。本工作对后续的声聚焦光声内窥成像的设计具有指导意义。     

基于直线电机的大视场快速光声显微成像系统

光声成像技术是近年来发展的一种新型的无损医学成像技术,它是以脉冲激光作为激发源,以检测的声信号为信息载体,通过相应的图像重建算法重建组织内部结构和功能信息的成像方法。该方法结合了光学成像和声学成像的特点,可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织层析图像,在生物医学临床诊断以及在体成像领域具有广泛的应用前景。目前光声成像的扫描方式主要有基于步进电机扫描方式和基于振镜的扫描方式,本文针对目前步进电机扫描速度慢(10 mm×10 mm;0.001帧/s),振镜扫描范围小(1 mm2)的不足,发展了基于直线电机扫描的大视场快速光声显微成像系统。同一条扫描线过程中直线电机速度最高可达200 mm/s。该技术采用逐线采集光声信号的方式,比逐点采集光声信号的步进电机快800倍。该系统对10 mm×10 mm全场扫描的扫描速度为0.8帧/s。最大可扫描视场范围可以达到50 mm×50 mm。大视场快速光声显微成像系统的发展将为生物医学提供新的成像工具。     

不同探测距离对光声成像的影响

为了研究不同探测距离对光声成像的影响,采用了线性扫描和滤波反投影算法,得出了吸收体间距相对探测距离越大,则成像亮度差异明显,吸收体远离探测器,则重建图像变形很明显.采用了光声信号衰减补偿的方法,对前者重建图像取域值,对后者采用旋转扫描重建,均得到了较好的图像质量.该研究结果对光声成像探测距离的合理选择和成像效果评估具有...     

基于直线电机连续-步进运动的快速光声显微成像系统

报道了一种利用直线电机连续-步进的扫描方式进行光声显微成像的系统,该系统在运动时走弓字型路线,其中直线电机在X轴方向上连续运动,在Y轴方向上以步进的方式运动,采集卡只在X轴电机运动的过程中连续采集。该成像系统较之前振镜扫描的方式扫描的范围更大,可达到厘米尺度范围内的生物组织光声成像;较之前的步进电机逐点扫描的方式扫描速度明显提高。同时本文采用电机带动光和超声换能器一同扫描的方式,较光和超声换能器不动电机带动样品扫描的方式更灵活。另外利用包埋碳丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种快速光声显微成像方法及其系统可以实现在体组织的高分辨率成像,有望成为一种无创、实时的光声显微镜应用于生物医学当中。     

Stokes参量共焦显微术用于弱各向异性物质的成像研究

提出将基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术应用于弱各向异性物质的成像研究。通过将分振幅Stokes参量测量法与共焦扫描成像技术相结合的方法,得到了基于Stokes参量测量的偏振共焦显微成像系统。利用该系统对具有弱各向异性的生物组织样品进行逐点测量,通过四个通道同时测量获得全部的Stokes参量。再以计算得到的偏振参量作为成像物理量进行图像重建,获得对应Stokes参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角的空间分布图像,从而对生物组织实现细胞水平的偏振显微成像研究。实验结果表明:基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术能够获得弱各向异性的生物组织样品的显微图像,并通过比较样品的Stokes参量及相关偏振参量的分布图像,提取样品全部的偏振信息,从而为生物组织的特性研究提供更丰富的信息。     

体色差异豹纹鳃棘鲈的色素及酶含量分析

鱼类体色发育在生物进化、生理生态等方面具有重要的意义,豹纹鳃棘鲈是一种体色变异丰富的珊瑚礁鱼类,在不同环境中呈现出显著差异的体色。本文选取了豹纹鳃棘鲈体色差异个体,并对不同部位的皮肤颜色、色素分布和相关色素酶含量进行了检测和分析。结果显示,鱼体表皮分布着大量黑色素细胞和红色素细胞。黑色个体的黑色素细胞密度较大、黑色素含量较高,黑色素酶含量较低;而红色个体的红色素细胞密度更大、胡萝卜素与类胡萝卜素含量更高,黑色素酶的含量也更高。实验结果表明,豹纹鳃棘鲈的体色差异与黑色素颗粒的聚集、分散程度以及黑色素代谢酶的含量相关,体色鲜艳程度与红色素细胞数量以及胡萝卜素和类胡萝卜素含量相关。本文解释了红黑豹纹鳃棘鲈体色在色素和酶含量方面的差异,为进一步研究其体色变异机制提供了理论依据。     

光声结构与功能成像技术研究进展

光声成像技术利用短脉冲激光激发产生光声信号,可重建出组织的光吸收分布图像,它结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高分辨率特性.光声成像技术不仅能够有效的刻画生物组织结构,还能够精确实现无损功能成像,为研究生物组织的形态结构,生理、病理特征,代谢功能等提供了全新手段.本文简要分析了光声信号产生的机理,总结报道了目前实验室几套典型的成像系统及其最新应用进展,指出光声成像作为一种新型的生物医学成像方法,可望引发生物医学影像领域的一次革新.     

大鲵皮肤色素提取工艺及抗氧化研究

为优化大鲵皮肤黑色素的提取工艺条件,探讨大鲵皮肤黑色素组成成分及体外抗氧化活性,采用酶法和碱溶酸沉法提取大鲵皮肤黑色素,以氢氧化钠浓度、液料比、提取温度为影响色素提取率因素,优化黑色素提取工艺条件,用紫外-可见光谱仪、红外光谱仪和超高效液相质谱仪测定黑色素的光谱特性,测定其抗氧化性。结果表明:大鲵皮肤黑色素最佳提取工艺条件为氢氧化钠浓度1.5 mol/L、液料比1∶15、提取温度45℃,黑色素提取率达0.65%。大鲵皮肤黑色素的紫外最大吸收波长为214 nm,由真黑色素和脱黑色素两种色素组成,其对超氧阴离子自由基的清除率为30.51%,对羟基自由基的清除率为54.17%。大鲵皮肤黑色素具有一定的体外抗氧化能力。     

体色异常褐牙鲆皮肤色素及鳞片发育的形态学研究

本文观察比较了体色正常及体色异常褐牙鲆 (Paralichthysolivaceus)皮肤中黑色素胞和鳞片的发生及演变过程。结果显示仔鱼鱼体两侧皮肤中最先出现星状幼体型黑色素胞 ,随着变态发育 ,有眼侧皮肤中成体型黑色素胞逐渐替代幼体型黑色素胞 ;而无眼侧皮肤中 ,幼体型黑色素胞逐渐退化崩解 ,成体型黑色素胞不出现 ,无眼侧皮肤逐渐失去色素变为白色。体色异常现象出现于变态后期 ,白化和黑化现象几乎同时发生。白化个体有眼侧皮肤中成体型黑色素胞不能正常替代幼体型黑色素胞 ,逐渐失去色素形成白色斑块。黑化个体无眼侧皮肤中成体型黑色素胞则非正常地出现 ,逐渐替代幼体黑色素胞形成黑斑。约 30日龄变态完成时 ,体色异常现象已经显著 ,已能明显区分体色正常和异常个体。 6 0日龄左右 ,幼鱼皮肤开始长出形态较为原始的圆鳞。体色正常个体有眼侧皮肤上的圆鳞会逐渐发育成栉鳞 ,无眼侧则维持圆鳞。对比分析体色异常个体的鳞片形态 ,发现有眼侧白化部位的鳞片仍为圆鳞 ,而无眼侧黑化部位的鳞片则发育为栉鳞。同时 ,通过对体色正在恢复中的白化牙鲆的鳞片观察表明 ,伴随着白化部位色素的恢复 ,该部位的圆鳞会逐渐转变为栉鳞。由此推断色素的发生与鳞片的发育密切相关     

一种同步观察喜树碱与菌根丛枝结构的方法

本文介绍一种用激光共聚焦扫描显微镜同步观察喜树碱、丛枝茵根及其结构的方法.喜树丛枝茵根经甘油浸润和明胶包埋后制成切片,再经酸性品红染色后在激光共聚焦扫描显微镜下观察.波长488mm处激发光下可获得清晰的丛枝茵根透射图像.364 nm处激发光下可获得喜树碱的荧光图像,通过两图像的叠加,在喜树丛枝菌根中得到喜树碱的定位图像.用此方法初步研究了喜树丛枝茼根的喜树碱分布.     

光学相干层析成像技术用于裸鼠皮肤霉菌感染研究

利用中心波长为850 nm的宽带光源SLD实现了纵向分辨率为8μm的光学相干层析成像系统。系统采用傅里叶域光学延迟线实现了深度扫描速度为160 mm/s,成像深度为3 mm。获得了裸鼠皮肤霉菌感染部位和健康皮肤的光学相干层析(optical coherence tom ography,OCT)图像,皮肤病变前后的内部结构信息清晰可见。     

窄等离子体吸收谱线宽度的纳米金锥用于光声成像

无损光声成像技术结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像,提供了活体生物组织结构和功能信息,已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。然而,很多与病理过程相关的特征分子的光吸收能力较弱,在活体环境中难以被光声成像系统所识别,从而限制了光声成像技术的应用范围。基于功能纳米探针的光声成像-光声分子成像极大拓展光声成像的应用范围,可以在活体层面对病理过程进行分子水平的定性和定量研究,将为实现目标疾病的早期诊断提供强大的技术支持。本文发展在近红外具有窄吸收线宽(半高宽仅为60 nm)的纳米金锥作为新型的光声探针。通过选择不同径长比的纳米金锥,可以任意调节纳米金锥的吸收峰。通过调谐激光器的波长,可实现对不同吸收峰纳米金锥的选择性激发。纳米金锥将有可能用于多光谱光声成像,实现对不同靶标的目标分子探测。     

双光子显微镜在生物医学中的应用及其进展

光学显微镜的发展历史是一段不断提高显微镜的分辨率和对比度的历史。双光子显微镜是近30年来非线性显微镜的研究发展的代表。它在分辨率上与共聚焦显微镜相当,但在成像的层析穿透深度上有显著提高,并且大大减少了光毒性与光漂白。由于生物细胞组织中富有各种自家荧光源,因此双光子显微镜被广泛应用于皮肤组织甚至癌组织以及细胞的成像。基于共聚焦扫描显微镜的双光子显微镜可以很容易的与二次谐波显微镜组合,对皮肤组织中的重要成分胶原纤维进行成像。双光子显微镜还可以结合其他非线性光学现象对组织以及细胞进行成像,显示其强大的生命力。将来随着携带方便且廉价的双光子显微镜的出现,双光子显微镜有望在临床医学上发挥其有效的作用。     

生物组织光声粘弹显微成像

提出一种反演生物组织粘弹信息的新型无损光声粘弹显微成像方法,它是以强度调制激光作为激发源,通过检测光声（Photoacoustic,PA）信号的相位重建组织粘弹特性分布的成像方法.实验利用不同浓度的琼脂样品来验证光声粘弹显微测量中相位随浓度变化的依赖关系.利用埋有头发丝的琼脂样品来测试这种显微方法的成像分辨率.利用具有不同粘弹性的离体生物组织来验证系统的成像能力.实验结果表明,这种新方法能够高分辨率和高对比度地重建出具有不同粘弹性的生物组织的光声粘弹显微图像,有望实现组织结晶类病变水平的显微在体检测.     

一体化的光声-荧光显微镜用于活体肿瘤成像

报道了一种利用单一波长激发的同时产生光声和荧光信号的显微成像系统,本成像系统具有超高的成像分辨率(<6μm)。借助外源的造影剂在近红外的吸收特性,利用光声-荧光显微成像系统对活体肿瘤进行光声/荧光成像。实验结果表明,光声-荧光显微镜在早期肿瘤的成像和检测等方面具有潜在的应用价值。因此,通过研究和选择适当的双模态造影剂,该系统在不同病理模型中可以提供更准确的组织信息及生理参数。     

基于环形阵列探测器的快速光声成像

构建一套基于环形阵探测器的快速光声成像系统用于生物组织的结构成像。该系统以环形阵探测器探测光声信号,采用八通道的采集系统采集光声信号,再利用有限场滤波反投影算法重建光声图像。利用埋有铅笔芯的琼脂样品来测试该系统的分辨率,利用离体猪眼和在体老鼠头部血管成像来验证系统的成像能力。实验结果表明,该系统能方便快速地实现生物组织的结构成像,有望实现早期乳腺癌的临床检测应用。     

松江鲈鱼皮肤的显微和亚显微结构观察

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜,对松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）成体皮肤的显微结构和亚显微结构进行了观察。结果表明,松江鲈鱼体表不同部位皮肤的厚薄不一,但基本结构相似。皮肤由表皮和真皮层构成。松江鲈鱼的皮肤裸露无鳞,表皮层较薄,由约4～8层细胞构成,主要由复层上皮细胞和黏液细胞及基底细胞组成。表层细胞呈扁平、多边形, 细胞之间主要靠桥粒紧密连接,连接处形成增厚的边缘嵴状突起。表皮细胞游离面向内凹陷,表面形成指纹状微嵴。黏液细胞呈圆形或卵圆形,散布在上皮细胞之间。黏液细胞内的黏原颗粒具有椭圆颗粒状、均匀致密的块状和疏松丝状3种不同形态。真皮通过基膜与表皮相连,由稀疏层和致密层构成。真皮结缔组织在腹部较厚而在其他部位较薄。表皮与真皮连接处有色素层,头部、背部、尾柄和体侧皮肤色素细胞分布多,色素层明显,而腹部和颏部皮肤缺少色素。松江鲈鱼黄河群体真皮层中有角质棘状突起,而滦河群体则无。头部、体侧和尾柄处皮肤上还分布有侧线孔和表面神经丘等感觉器官。     

松江鲈鱼皮肤的显微和亚显微结构

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜,对松江鲈鱼(Trachidermus fasciatus)成体皮肤的显微和亚显微结构进行了观察。结果表明,松江鲈鱼体表不同部位皮肤的厚薄不一,但基本结构相似。皮肤由表皮和真皮层构成。松江鲈鱼的皮肤裸露无鳞,表皮层较薄,由约4～8层细胞构成,主要由复层上皮细胞和黏液细胞及基底细胞组成。表层细胞呈扁平、多边形,细胞之间主要靠桥粒紧密连接,连接处形成增厚的边缘嵴状突起。表皮细胞游离面向内凹陷,表面形成指纹状微嵴。黏液细胞呈圆形或卵圆形,散布在上皮细胞之间。黏液细胞内的黏原颗粒具有椭圆颗粒状、均匀致密的块状和疏松丝状3种不同形态。真皮通过基膜与表皮相连,由稀疏层和致密层构成。真皮结缔组织在腹部较厚而在其他部位较薄。表皮与真皮连接处有色素层,头部、背部、尾柄和体侧皮肤色素细胞分布多,色素层明显,而腹部和颏部皮肤缺少色素。松江鲈鱼黄河群体真皮层中有角质棘状突起,而滦河群体则无。头部、体侧和尾柄处皮肤上还分布有侧线孔和表面神经丘等感觉器官。     

光声层析成像技术在骨坏死早期诊断中的应用

骨坏死是骨科临床常见的疾病,严重地影响人类健康及生存质量,临床研究表明骨坏死治疗效果取决该病的早期诊断．X线成像、计算机断层摄影(CT)及同位素骨扫描等一些传统的检查方法难以对骨坏死进行早期诊断,即使应用核磁共振成像(MRI)检测也存在很大的局限性,所以寻求一种简单易行、无创、价廉的早期诊断骨坏死的方法具有重要临床意义．光声层析成像是近年来发展起来的新技术,对哺乳动物组织可产生高对比、高分辨率影像．为探讨光声层析成像对骨坏死早期诊断的可行性,应用脉冲激光产生的光声成像技术对早期动物股骨头坏死模型及人股骨头坏死标本进行图像重建分析,实验结果显示,重建图像和股骨头坏死标本的部位、形状及尺寸完全吻合,成像系统空间分辨率为0.3 mm,表明光声层析成像技术有望成为一种有效的诊断早期骨坏死的新方法．