摘要：为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

摘要：近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

摘要：为了解决现有电脑验光仪和视力筛查仪体积庞大、价格昂贵的问题,设计并搭建了一套基于哈特曼波前检测原理的小型无透镜屈光测量系统。首先,对测量原理进行了详细介绍;接着,利用Zemax软件对图像采集光路进行模拟,并分析了实际测量屈光度与仪器-人眼距离的函数关系;最后,成功搭建了试验样机,并通过对中国计量科学研究院模拟眼进行屈光测量来验证函数关系的正确性及测量结果的准确性。实验结果表明该系统能有效地对-10~+10 D范围内的模拟眼进行屈光测量,测量结果显示:球镜度重复测量误差最高不超过0.20 D,变异系数不超过3%;柱镜度重复测量误差最高不超过0.25 D,变异系数不超过9%。此外,该系统结构简单且成本低廉。在满足测量结果准确性、稳定性要求的前提下,该系统更适用于需要仪器小型化的场合,具有广阔的应用前景。

摘要：聚合酶链式反应(PCR)是分子生物学常用的检测手段,主要用于对生物的DNA或RNA进行检测。由于荧光光谱重叠和滤光片过滤带宽限制,检测时所获得的荧光数据通常会包含荧光通道之间的串扰,串扰的存在使PCR结果分析变得复杂,并可能影响最终的检测结果。选择合适的光学元件,并确定通道间的补偿矩阵,可以降低甚至消除荧光串扰。目前荧光补偿矩阵大多通过迭代计算获得,还没有一种简单的方法可以从混合的多通道荧光数据中找到荧光补偿矩阵。为了快速获得荧光补偿矩阵,减小计算量,采用主成分分析法(PCA)中确定主成分的方式,基于搭建的测试平台进行单一染料实验,获得染料的荧光信号在各个检测通道的分布情况,计算得到荧光补偿矩阵。通过分析补偿矩阵,发现对于搭建的硬件系统,Cy5染料对Cy5.5通道串扰较大,串扰比例为8.76%,同时Cy5.5染料对Cy5通道串扰影响也相对较大,比例约为6.2%;其次是ROX染料对HEX通道串扰,比例约为2.68%;HEX染料对FAM通道串扰,比例约为1.58%;FAM染料对HEX通道串扰相对较小,比例约为0.25%,其余通道无明显串扰,与荧光光谱反映的结果一致。采用得到的荧光补偿矩阵对单一染料实验得到的原始荧光数据进行处理,有效去除了非目标通道的荧光串扰,实现了荧光通道数据的解耦,验证了方法的可行性。最后设计了染料颜色分辨实验,将不同浓度的多种染料进行组合测试,并采用所提出的方法将得到的数据进行荧光补偿。实验结果表明,荧光通道各自的线性相关性较高,五个荧光通道的线性相关系数r均大于0.99,该结果进一步验证了该补偿方法的有效性。

摘要：针对冠脉造影图像照明不均、血管结构与背景区域对比度低、冠脉血管拓扑结构复杂等分割难点,建立了一个冠脉造影血管分割标注数据集,并在此基础上提出了一种基于特征图金字塔的冠脉造影图像血管分割模型。本文模型以U-Net网络为基础进行改进和优化,首先,将U-Net编码部分的第一个卷积层修改为一个7×7的卷积层,并提高每一层的感受野,在编解码层中引入修改后的ConvNeXt block,使得网络提取更深层次特征的能力有所提升;其次,设计分组注意力机制模块GA,并将其引入到U-Net跨连接处,对编码部分提取的特征进行增强,弥补编解码器间存在的语义差距;最后,在U-Net解码器处设计了一个特征图金字塔级联模块PFC,融合各尺度的特征图,并在PFC中每一层中加入SE注意力机制模块,用于筛选特征图中的有效信息,网络损失函数为PFC模块各层输出的加权,以监督网络各层的特征提取。本文模型在测试集上的测试结果如下:Dice系数为0.8843,Jaccard系数为0.7926。实验结果表明,相比其他常用方法,本文模型在冠脉血管分割上具有较强的鲁棒性,在低对比度下能够有效抑制噪声,对冠脉血管具有更好的分割效果。

摘要：超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜又提供了多维度的探索视角,展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先,详细解释了超透镜的波前调控原理,并总结了超透镜主流的设计方法;其次,介绍了超透镜的加工技术;最后,深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。

摘要：电动化、智能化的光学显微成像系统需要能够实时测量系统的焦面漂移并进行校正,从而实现对活细胞的长时间观测和全片的病理切片扫描。设计一种探测非对称光束界面反射后的光斑位置从而进行焦面漂移测量的方法。利用ZEMAX软件光学仿真了反射光斑在不同离焦情况下的光斑形状,搭建了集成化的漂移测量模块并在商用正置显微镜上对其进行了验证。结果表明,针对60×浸油物镜,所提系统的漂移测量精度达250 nm,漂移校正的响应时间小于500 ms,满足了高分辨率长时间成像的要求。

摘要：为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明:所设计的高频双极性脉冲电源在100Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0~±4 kV可调,脉宽0.2~1.0μs可调,正负脉冲相间延时0~1 ms可调,上升沿和下降沿60~150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。

摘要：计算机断层成像(CT)是肺腺癌诊断与评估的重要工具,利用CT图像预测肺腺癌患者手术后的无复发生存期(RFS)对于术后治疗方案的制定具有重要意义。针对CT图像的肺腺癌RFS精准预测难题,本文提出了一种基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌RFS预测方法。采用“图像变换—图像恢复”的自监督学习策略,在公开肺部CT数据集上对3D-UNet网络进行自监督预训练解析肺部图像的通用视觉特征,通过分割与分类的多任务学习策略进一步优化网络特征提取能力,引导网络提取与RFS相关的图像特征,同时设计多尺度特征聚合模块以充分聚合多尺度的图像特征,最后借助前馈神经网络预测肺腺癌RFS风险评分。通过十折交叉验证评估所提方法的预测性能。结果显示,所提方法预测RFS的一致性指数(C-index)与预测三年内是否复发的曲线下面积(AUC)分别达到0.691±0.076与0.707±0.082,预测性能优于现有方法。综上,本研究所提方法在肺腺癌患者RFS预测方面表现出潜在的优越性,有望为个体化治疗方案的制定提供可靠依据。

摘要：针对目前高空作业人员初期训练手段较少、安全性不高等问题,研制一套虚实融合的高空应激诱发系统,系统由物理反馈、高空虚拟场景和多维数据传输等模块组成。对木板进行倾斜角度设计和静应力载荷仿真,在保障系统安全的前提下提升高空应激强度;构建迷雾粒子特效,消除高空虚拟场景边界线暴露问题,同时减少渲染内容以提高帧率;组织志愿者身穿智能衣采集生理数据,验证系统效果。结果表明,与其他高空应激范式相比,系统心理应激诱发程度较高,可用于高空应激测试训练与儿童防坠楼教育。