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。     

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.     

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。     

多波长光声层析成像技术用于人体气管探测

目的 通过多波长光声层析成像技术对气管结构进行重建成像.方法 基于阵列换能器的光声成像技术对7名志愿者的气管进行了多波长光声层析成像实验,研究光声层析成像技术对气管不同呼吸相、不同层面的高分辨率(高达150 μm)图像特征,并对该技术的成像优劣性进行评价.结果 光声层析成像技术能对人体气管进行清晰成像,能够真实反映气管...     

超高灵敏度荧光显微成像技术对光敏剂细胞内分布的初步研究

目的：探讨应用基于ICCD的超高灵敏度荧光显微成像系统研究光敏剂细胞内分布的可行性。方法：传代培养内皮细胞、食管癌细胞和肺癌细胞,将不同浓度血卟啉单甲醚(HMME)与细胞共同孵育不同时间。采用荧光显微镜及ICCD组成的荧光显微成像系统采集不同浓度及不同孵育时间条件下HMME的荧光图像,并采用计算机图像处理技术进行图像增强、滤波后计算其细胞浆与细胞核的平均荧光强度比值。同时应用激光共聚焦显微镜图像采集进行对比。结果：HMME浓度为5μg／ml时,荧光显微镜采集到HMME的荧光图像;HMME浓度升高到160μg／ml,激光共聚焦显微镜获得HMME的荧光图像。两组图像的特点都为胞浆中荧光强度较高,细胞核区荧光较弱;细胞浆与细胞核的比值约为2～3：1。结论：荧光显微镜和ICCD采集细胞内光敏剂的荧光图像灵敏度高,方法可靠、实用。HMME较多分布在细胞质中,细胞核吸收较少。     

全脊柱MR成像9例失败原因分析

目的:探讨全脊柱MR成像中因体位设计、参数设置、病人配合等因素造成全眷柱MR成像失败的原因及其解决方法.方法:采用GE SIGNA双梯度HDx 1.5-T磁共振成像系统,专用8通道全脊柱相控阵线圈,GE AW4.3图像后处理工作站,拼接处理软件pasting 1.1.利用自动移床技术一次定位分两段扫描,即颈胸段和胸腰骶段;将矢状位、冠状位扫描图像传至后处理工作站,通过pasting 1.1软件将上下两段同一序列图像分别进行自动的无缝隙拼接生成全脊柱图像.结果:79例中全脊柱MR成像失败9例;其中4例因体位设计不当或在两序列扫描间歇期由于患者左右移动,使得脊髓正中面不能拼接在一幅图像中;有3例因上下两段的层数、扫描起始位置不一致或扫描定位时定位线偏转了一定角度,使得全脊柱图像序列中有几幅只有上段或只有下段原始扫描图像;有1例因下段扫描野过小使得全脊柱图像序列中胸12椎体层面信息缺失;还有1例因扫描下段T2W1像时患者向上移动了一段距离,使得全脊柱图像T2WI序列中颈1-腰5只有22个椎体显示.其余70例均获得准确、直观的全椎管内脊髓及椎体结构的影像.结论:要获得高质量的全脊柱MR成像,必须选择正确的扫描参数,体位设计时要求操作者有足够的细心和耐心一次性摆好体位,还要和患者有良好的沟通以便取得患者最好的配合.     

基于光谱编码的血管内光声组分成像

光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境,该技术基于光声(Photoacoustic,PA)效应,脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号,超声信号被接收后,通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织吸收结构和分布的可视化图像。基于不同生物组织的光吸收差异,当激发光强度均匀且稳定时,光声成像反映的就是该物质对于该波长光的吸收特性。本文中,我们基于导管式的血管内光声断层扫描平台结合多波长激发的光声成像算法开发了基于光谱编码的血管内光声组分成像系统,实现了在离体血管斑块中脂质组分的定量成像,高分辨获得了脂质核心的大小形态和边界信息,表征了斑块内的脂质相对含量。     

红外成像技术在生命科学中的应用

红外成像技术是利用物体自身各部分对红外热辐射的差异把红外辐射图像转换为可视图像的技术.对红外成像技术历史进行了简单介绍,对远红外成像技术在生命科学包括医学、植物、动物及农业中的应用进行了综述,并对红外成像技术在生命科学中的应用作了展望.     

磁共振波谱分析(一)

磁共振波谱分析(MRS)是测定人体内化学物唯一的一种非损伤技术。目前,用于全身磁共振成像的高磁场强(1.5T以上)设备中,不少均具有MRS功能。 尽管MRI和MRS采用了类似的基本原理,但俩者问仍有许多重要差异。对临床医师来讲,最大的不同是MRI中得到的是一幅幅解剖图像,而从MRS中所获得的则是定量的化学信息,后者是用数值来表示的。随着磁共振波谱成像术(MRSI)的进展,使得两者之间     

光生物医学成像技术的实验研究

成像技术的发展大大改善了医学诊断和治疗的效果。目前临床应用的几种成像技术存在着分辨率低,或者对人体有危害性的缺点。所以,寻求高分辨率的、非侵入性的医学成像技术正在成为光生物领域的研究热点。本文在分析生物组织中激光脉冲传输特性的基础上,报道利用皮秒激光...     

基于单分子定位的超分辨显微中荧光激发密度的优化

基于单分子定位的超分辨显微技术中,荧光点的中心位置可通过对每个荧光点进行单点扩散函数(point spread function,PSF)逐个拟合定位或对多个荧光点进行多PSF同时拟合定位获得。定位误差以及图像采样时间与荧光激发密度直接相关。为定量得到基于这两种算法的最优荧光激发密度,模拟了成像与定位过程,比较了常见的几种荧光分子在采用基于单PSF逐个拟合和多PSF同时拟合两种算法定位时的中心定位误差、荧光获取比率、获取的有效荧光点数与荧光激发密度间的关系,进而得到了采用这两种算法对不同荧光染剂进行超分辨成像时的最优荧光激发密度。该结果对单分子成像过程中荧光激发密度的选择和激发激光的强度控制具有指导意义。     

多焦点多光子显微技术及其研究进展

多焦点多光子显微技术(multifocal multiphoton microscopy,MMM)提高了激发光能的利用率和成像速度,可以实现样品的三维快速多光子激发荧光显微成像,并具有对活体样品损伤小,成像深度大,图像信噪比高等优点.详细阐述了MMM的实现方法及其研究进展,包括同时时间和光谱分辨的MMM(simulta...