摘要：鉴于传统的时域光学相干层析成像(TDOCT)扫描过程复杂以及基于计算机的数据处理系统速度低,设计了基于ADI公司的双核、高速视频处理芯片ADSP-BF561的并行频域OCT(PSDOCT)图像预处理系统,无需横向和轴向扫描直接得到二维层析图像。实验结果表明:基于实序列IFFT算法、插值查表取模算法、双核并行处理技术及流水线处理技术的软件设计提高了系统的图像处理速度。该系统对横向扫描宽度为2.5mm的1帧图像(180×512)进行处理需要的时间约为9ms,轴向分辨率和横向分辨率分别达到17.4μm、14.1μm,灰度值误差为0.205%。满足实时精确成像的要求。

摘要：为了解决传统乳腺扩散光学层析成像可靠性低的问题,设计了一套基于多通道时间相关单光子计数的时域扩散荧光―光学层析成像系统.该系统采用32根同轴光纤均匀分布于组织体表面,作类似X射线层析工作方式的同层扫描,由此获得多角度下的时间分辨投影.通过测量不同仿体,应用相应的迭代图像重建算法,获得了可靠的重建结果.研究表明,该系统工作可靠,是进行乳腺肿瘤早期诊断研究的理想模式之一.

摘要：以稀土荧光配合物作为标记物的时间分辨荧光免疫测定法在医学与生命科学的实践与研究中正发挥着越来越重要的作用.为此,设计了一种结构简单、成本低廉的基于FPGA的时间分辨光子计数器系统,改进了原有的Prony算法从而实现了对双组分五参数荧光信号的处理,并使用异氰酸苄基二乙烯三胺四乙酸络合铕(DTTA-Eu3+)和模拟的双组分荧光信号对系统和算法进行了实验验证.实验结果表明,系统对于DTTA-Eu3+的检测具有较高的准确度与线性度,相关系数r=0.996 2.对于双组分荧光信号,当两个荧光信号的差值在10倍以上时,使用改进后的Prony算法进行处理具有较高准确度,误差低于5%.

摘要：为捕捉生物组织体内快速变化的荧光信号,并借鉴扩散荧光层析在穿透深度、高灵敏度等方面的优势,设计了一套具备快速实时采样能力的动态扩散荧光层析成像在体测量系统.该系统采用多光源-探测器布配方案,结合光电倍增管探测器与锁相光子计数检测技术,具有高空间采样密度、高探测灵敏度、大动态测量范围以及高性价比等优势.有效性评估实验表明:该系统具备良好的稳定性和很强的环境光抑制能力,频率串扰率低于1.39%.仿体成像实验表明:该系统能够有效地对单个和多个目标体成像.活体健康小鼠吲哚菁绿肝代谢实验进一步表明:该系统可有效捕捉小鼠体内快速变化的荧光信号,能够用于荧光剂药代动力学研究.

摘要：为了获得乳腺诊断的功能影像信息,设计了一套面向乳腺肿瘤早期诊断的血氧扩散光学层析(DOT)成像系统。该时域测量系统采用时间相关单光子计数技术,获得溢出目标体表面的光子随时间变化的分布信息,为了兼顾测量时间和系统成本,采用了四通道并行测量模块与光开关相结合的架构,能够降低不同通道之间的性能差异,减少伪像对诊断的干扰。采用基于广义脉冲谱技术的特征数据算法实现了光学参数(吸收系数、约化散射系数)的同时重建。通过仿体实验和初步临床研究对所提出的时域血氧DOT方法进行了验证,结果表明,该方法可以有效重建乳腺组织中光学参数的空间分布,进而获得乳腺组织功能信息,用于乳腺肿瘤的早期检测。

摘要：本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法,该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像,并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式,即只更新少数测量值来重建新一帧图像,其他测量值与前一帧共享,因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像,有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布,设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度,以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像,提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法,该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算,提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证,结果表明,所提方法可以实现超过10frame/s的多波长漫反射图像的实时测量,并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。

摘要：功能性近红外光谱(fNIRS)具有无创、非电离、适宜的时间/空间分辨率等优点,已逐渐成为传统脑功能成像技术(如核磁共振成像、脑电图等)的重要补充,越来越多地被应用于脑功能临床研究。然而,在实际应用中,生理干扰(心跳、呼吸和低频振荡等)和随机噪声(散弹噪声和环境噪声等)往往会给fNIRS脑功能成像带来明显的伪影,甚至"湮灭"真实的大脑兴奋信号。为解决这一问题,本文提出了一种基于长短期记忆(LSTM)循环神经网络的滤波模型,采用具有预测和分类功能的复合神经网络分别抑制生理干扰和随机噪声。本文基于fNIRS-扩散光学层析成像方案开展了数值模拟和在体实验,详细描述了网络设计、训练和滤波过程,并将结果与自适应滤波、多周期平均方法进行对比。结果表明,所提LSTM模型可以有效抑制生理干扰和随机噪声,且无需重复测量即可实现较高的重建质量,为基于fNIRS的脑机接口应用提供了一种有效的技术手段。

摘要：为了研究如何从无创运动相关脑电中提取运动信息作为上肢主动康复训练的控制命令,通过设计实验,使右手完成左、上、右3个方向的运动,同时采集脑电数据和右手运动信息.通过小波时频分析确认与右手运动相关的脑电频带,并提取其小波分解系数作为特征,采用支持向量机进行特征分类,根据方向识别准确率分析提取特征的有效性.结果表明,运动脑电delta和theta频段的小波系数特征可以有效区分右手不同方向的运动,方向识别准确率的均值接近65%,并且用准备阶段特征分类的结果普遍优于运动阶段特征,因此,在手运动之前诱发的脑电活动含有丰富的运动信息,可用于脑-机接口系统提取上肢主动康复训练的控制命令.

摘要：与传统的核磁共振、脑电图等脑功能成像方法相比,功能性近红外光谱(fNIRS)技术具有抗电磁干扰和可直接检测血氧代谢信号等优势。本团队基于锁相光子计数技术发展了一套面向脑机接口(BCI)应用的便携式fNIRS拓扑成像系统,并开展了一系列仿体和在体实验,以评估该系统的性能。具体来说,仿体实验结果表明该系统具有良好的稳定性、线性度和抗串扰能力。在体实验采用了屏息和心算两种刺激范式,系统以4Hz的采样频率进行同步测量,结果表明,该系统可以准确跟踪全局兴奋(屏息刺激)和局部兴奋(心算刺激)的时间变化曲线。本团队进一步对心算刺激下的测量结果进行了光学拓扑成像,结果显示,此刺激的兴奋区域大致位于前额叶左半部中央位置。此外,本系统进行了充分的小型化设计,可以应用于医疗、日常等情境。这一系统可以实现高灵敏度、全并行的微弱兴奋信号检测,为fNIRS-BCI的临床应用提供了一种实用、高效的测量手段。

摘要：采用蒙特卡罗方法(Monte-Carlo,MC)建立多波段拉曼光子输运精确模型是发展扩散拉曼层析成像技术(diffuse Raman tomography,DRT)的重要基础步骤.传统拉曼蒙特卡罗(Raman Monte-Carlo,RMC)方法虽模拟精确但耗时严重,在DRT技术中应用受限,为此,设计了基于并行化逆向追踪技术的拉曼光子蒙特卡罗建模方法,根据格林互易性质,调换模型中给定散射光源和探测器的位置,在表面探测点处发射散射光源,对大量光子的输运过程进行基于GPU并行化的逆向追踪并积分求和,该方法可有效简化传统RMC方法中的的逐点模拟过程,从而提高计算效率.模拟结果表明,采用此新方法获取89、178和356个波段下模拟数据的计算耗时分别为50、85和180,min,与传统方法相比有明显提升,因而该方法可作为浅层生物组织DRT技术适用的快速正向建模方法.