头部组织三维核磁共振电阻抗成像算法的仿真研究

文章给出了一种基于核磁共振技术的三维阻抗成像（电导率分布）重构算法,并将该方法应用于人体头部组织电导率分布重构上。该代数重构方法是利用高分辨率的核磁共振成像系统对成像物体进行三维构建和不同组织的边界区分,根据核磁共振系统中测量得到的磁感应强度Bx和By分量并结合有限元数值计算得到的电流密度分布J组成非线性矩阵,通过迭代求解此非线性矩阵,来解决三维电导率分布的重构问题。在三层球头模型（包括头皮、颅骨和大脑）上分别进行的仿真实验结果表明,该算法具有较强的抗噪声能力和较好的收敛性,重构的头部电导率分布图像具有较高的精确性。     

电阻抗断层成像技术研究进展

电阻抗断层成像(EIT)是一种重要的医学成像方法,通过对物体表面的分布电测量来获知物体内部的电特性图像,有着良好的应用前景.本文对EIT的硬件系统和成像算法的研究进展作了全面的描述.首先对硬件部分的信号源和驱动模式进行了介绍,并对目前使用的EIT系统作了简要的分析;然后介绍了成像算法,从二维和三维成像两个方面对目前EIT的重建算法进行阐述.最后,对EIT进行了讨论和总结.     

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.     

同步辐射在显微CT中的应用

计算机X射线断层成像技术（CT）是利用X射线的穿透能力对物体进行扫描,所得信号经过反投影的算法而得到物体二维分布的一种成像方法,已经在医学诊断、工业探伤等领域广泛应用。但是由于实验室光源的低通量,光源点大小及其单色性等限制了其向高分辨发展,通常其分辨率在0．5mm左右。利用微焦点X射线源作为光源的显微CT分辨率可以达到微米量级,但是由于其光通量低且为非单色光,对不同样品有不同程度的束线硬化,影响了其真实分辨率。同步辐射作为一种新兴的光源有高亮度、高光子通量、高准直性、高极化性、高相干性及宽的频谱范围的特点,配合高分辨的X射线探测器,可以发展同步辐射显微CT,其分辨率可达10μm以下。利用同步辐射的高空间相干性开展位相衬度显微CT的研究,对低吸收物质也可以清晰三维成像。新建的上海光源的X射线成像及生物医学应用线站开展了三维显微CT方面的研究,经过初步试验,得到了较好的结果。     

冷冻聚焦离子束-扫描电镜成像技术研究进展

冷冻聚焦离子束-扫描电镜成像(Cryo-FIB-SEM)是一种新兴的成像检测技术,在原位进行冷冻聚焦离子束切割和冷冻扫描电镜成像,为研究天然含水状态下生物样品内部未被破坏的原始结构打开了一扇窗口。近年来,该技术在生命科学领域的应用研究取得了一系列重要进展。该文对其在冷冻体积连续成像、冷冻光电关联成像、冷冻透射扫描成像、冷冻含水切片制备监控及冷冻扫描图像处理等方面的研究进展进行综述,并展望了该技术在大体积生物样品三维原位成像研究领域的前沿性发展趋势,以期推动Cryo-FIB-SEM技术在生物样品三维结构研究中的应用。     

几种超分辨率荧光显微技术的原理和近期进展

在生命科学领域,人们常常需要在细胞内精确定位特定的蛋白质以研究其位置与功能的关系．多年来,宽场/共聚焦荧光显微镜的分辨率受限于光的阿贝/瑞利极限,不能分辨出200 nm以下的结构．近年来,随着新的荧光探针和成像理论的出现,研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率的三维超分辨率成像方法．主要介绍这些方法的原理、近期进展和发展趋势．介绍了光源的点扩散函数(point spread function, PSF)的概念和传统分辨率的定义,阐述了提高xy平面分辨率的方法．通过介绍单分子荧光成像技术,引入了单分子成像定位精度的概念,介绍了基于单分子成像的超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术(photoactivated localization microscopy, PALM)和随机光学重构显微技术(stochastic optical reconstruction microscopy, STORM)．介绍了两大类通过改造光源的点扩散函数来提高成像分辨率的方法,分别是受激发射损耗显微技术(stimulated emission depletion, STED)和饱和结构照明显微技术(saturated structure illumination microscopy, SSIM)．比较了不同的z轴提取信息的方法,并阐述了这些方法与xy平面上的超分辨率显微成像技术相结合所得到的各种三维超分辨率显微成像技术的优劣．探讨了目前超分辨率显微成像的发展极限和方向．     

电子技术在医学影像处理中的发展与应用

80年代未至90年代初,随着最新计算机图像处理技术与生物医学工程技术的发展,为医学成像提供了有力的工具,人体组织的三维显现不再以二维投影或横断面序列实现,三维图像真实的再显终于成为可能。本文介绍了国外当前影像技术的最新发展,着重于三维图像的显示、定位、分割及多种技术组合成像,并附上了相当数量的图片展示其在不同医疗领域的应用。     

医学领域的磁共振成像革命——2003年诺贝尔生理及医学奖主要工作介绍

在磁场中 ,自旋的原子核会吸收频率与其自旋频率相同的电磁波 ,使自身能量增加 ,发生能级跃迁 ,当原子核迁移回原能级时 ,就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来 ,称为核磁共振 (NMR) .磁共振成像(MRI)利用这一原理 ,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减 ,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波 ,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类 ,据此可以绘制成物体内部的结构图像 .将这种技术用于人体内部结构的成像 ,就产生出一种革命性的医学诊断工具 .快速变化的梯度磁场的应用 ,大大加快了磁共振成像的速度 ,使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实 ,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展     

基于不同光源的无标记显微成像技术

目的:随着对微观世界探索的不断深入,人们对显微成像系统的性能,如成像效率、成像质量以及三维成像等均提出了越来越高的要求。方法:近年来,在显微成像领域涌现出一批代表性的技术如定量相位成像技术、太赫兹成像技术以及结构光超分辨成像技术等,此类技术凭借无损伤、无侵入、无电离辐射、可实时、可定量等优势,在医学诊断、无损检测和安全检查等方面有着广泛应用。结论:本文根据光源的不同对显微成像技术进行了分类,首先对高相干激光、低相干光、太赫兹波以及结构光作为光源的四类无标记成像技术进行了简要介绍,并阐明了成像的基本原理,然后对这几类技术进行了特征分析。最后探讨了显微成像技术的发展趋势。     

同步辐射X射线断层显微成像揭示无颌类盔甲鱼的组织学与内部解剖（英文）

同步辐射X射线断层显微成像已经成为古生物研究中一种新的重要手段,能够在不损坏化石的前提下,提供化石内部超高分辨率的三维成像。利用瑞士光源最先进的同步辐射X射线断层显微成像技术,研究分析了7个采自浙江长兴志留系(约4.28亿年前)的早期盔甲鱼类浙江曙鱼三维立体保存脑颅化石。同步辐射X射线显微成像结果显示,盔甲鱼脑颅完全由软骨组成,并没有软骨外成骨存在的证据;盔甲鱼脑颅解剖结构能够被精细保存下来,很大程度上归功于脑颅软骨与周围软组织在埋藏过程中的异时分解。利用AMIRA或AVIZO等计算机三维虚拟复原软件,三维虚拟复原了7个曙鱼脑颅模型,首次揭示出盔甲鱼脑颅内部详细的解剖结构。初步研究结果显示盔甲鱼的脑颅已经发生了显著的重组,具备了颌发育所必需的先决条件。     

两种微体化石三维无损成像技术的对比

近年来,各种X射线三维无损成像技术在古生物学领域的应用越来越广泛。但是,不同的X射线三维无损成像技术针对不同保存类型和尺寸的化石标本在成像效果上各有利弊。本文以埃迪卡拉纪陡山沱组磷酸盐化的动物胚胎化石为研究对象,将目前应用最广的两种X射线三维无损成像方法,即基于实验室X光源的吸收衬度显微断层成像技术和基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术进行了对比分析。通过对两种技术的原理、效率、空间分辨率和图像衬度的对比,认为基于同步辐射光源的相位衬度显微断层成像技术是目前对于均一矿化的微体化石最佳的三维无损成像解决方案。     

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.     

基于光投影数字化传感系统的飞蝗表面三维结构

本文基于结构光投影数字化传感系统构建东亚飞蝗Locusta migratoria manilensis表面的三维结构。首先得到其外形尺寸和肢体各部分拓扑结构,然后从被调制的条纹结构光中恢复出物体表面高度变化的相位信息,再通过相位和高度的对应关系重建出物体表面三维特征。此结果将为农药研制和施用设计提供科学依据,对促进蝗虫的防治以及虚拟昆虫研究起到积极作用。     

三维微波热声成像系统及早期乳腺肿瘤检测研究

本文讨论了正常乳房组织与肿瘤组织的微波吸收差异,从理论上证明了利用微波热声成像技术检测乳腺肿瘤的可能性;建立了一套三维热声扫描系统,并利用此系统对模拟肿瘤和真实离体肿瘤进行成像实验。实验结果表明,三维微波热声成像系统能对乳腺肿瘤高分辨率高对比度成像,有希望应用于早期乳腺肿瘤检测。     

生物三维电子显微学进入全新高速发展时期

生物三维电子显微学主要由三个部分组成——电子晶体学、单颗粒技术和电子断层成像术,其结构解析对象的尺度范围介于x射线晶体学与光学显微镜之间,适合从蛋白质分子结构到细胞和组织结构的解析。以冷冻电镜技术与三维重构技术为基础的低温电子显微学代表了生物电子显微学的前沿。低温单颗粒技术对于高度对称的病毒颗粒的解析最近已达到3．8A分辨率,正在成为解析分子量很大的蛋白质复合体高分辨结构的有效技术手段。低温电子断层成像技术目前对于真核细胞样品的结构解析已达到约40A的分辨率,在今后5年有望达到20A。这样,把x射线晶体学、NMR以及电镜三维重构获得的蛋白质分子及复合体的高分辨率的结构,锚定到较低分辨率的电子断层成像图像中,从而在细胞水平上获得高精确的蛋白质空间定位和原子分辨率的蛋白质相互作用的结构信息。这将成为把分子水平的结构研究与细胞水平的生命活动衔接起来的可行途径。     

生态系统营养动态的网络透视法（续）

生态系统营养动态的网络透视法（续）张晓爱（中国科学院西北高原生物研究所,西宁８１０００１）４生态系统结构的测定４．１垂直结构的测定定量描述生态系统营养结构的一般有效方法是用一种定量指数使不同生态系统之间的比较和探测生态系统内部变化趋势成为可能,如演替...     

小动物体内可见光三维成像技术研究进展

活体动物体内可见光成像是采用生物发光和荧光为标记物,利用灵敏的仪器来监控活体动物体内的细胞活动、蛋白表达情况和基因行为。近年来,可见光成像在生物医学的各个方面得到了广泛的应用。随着成像技术和检测仪器的不断发展,现已从平面二维成像逐渐发展为立体三维成像。三维成像技术在靶点的空间定位、与器官的关系,及绝对定量方面都有了很大的进展。本文就三维成像技术的原理、应用和发展前景进行了简要的综述。     

北京萤火虫复眼的显微结构及其光学特性

北京萤火虫(Pyrococelia pekinensis)是一种夜行性昆虫,具有一对半球形的复眼。本文叙述了我们研究北京萤火虫复眼的结构特点,测量了屈光器的折射率,观察了在复眼不同水平的成像特点,比较了影响屈光器成像的因素,并由此得出该复眼可能是一种具有晶丝光导的联立型复眼。     

高光谱成像技术在生物医学中的应用

高光谱成像技术是传统成像与光谱技术相结合的一门新技术,其可同时获得被测物体的空间特征与光谱信息,以实现对物质特性的研究。本文介绍了高光谱成像技术的基本原理、系统的基本构成及特点,总结和阐述了近年来高光谱成像技术在生物医学领域的发展,以及其在疾病诊断中的应用。     

Alu元件在染色质三维结构层次上的生物信息学分析

染色质在细胞核内三维高级结构包括最底层的核小体、核小体组成的"串珠"结构、螺线管纤维结构、染色质/DNA环结构(chromatin/DNA loop)、拓扑结构域(topologically associated domain, TAD)等多层次结构。其中,TAD因在不同的细胞类型中相对稳定且保守,被认为是染色质三维结构的基本单元。Alu元件是一种哺乳动物基因组中占据了较大比例的短散在重复元件,其广泛存在且种类繁多,目前关于Alu元件功能上的研究尚不透彻。本研究对Alu元件与染色质三维结构的关系进行研究,分析了Alu元件在染色质三维结构形成中的作用,并通过染色质三维结构上的距离关系对Alu元件子族的演化流程进行了探索。结果发现,Alu元件参与的染色质间相互作用在高强度的染色质相互作用中的比例随着强度增加而逐渐增高,表明Alu在染色质三维结构构建的过程中发挥了重要的作用。同时,研究还发现Alu元件在染色质上相互作用的强度与进化上的关系存在着一定的正相关性,表现在一维序列进化距离上比较接近的Alu元件在染色质的三维结构上也会彼此相互靠近。