拉曼光谱成像技术及其在生物医学中的应用

拉曼光谱是一种用于分析分子化学成分、结构等信息的检测技术,具有信息丰富、制样简单、水的干扰小、非侵入等特点,在生物医学等研究领域中具有广泛应用。拉曼光谱成像作为一种结合拉曼光谱和成像的混合模式,通过采集空间中每个像素处的拉曼光谱信息,将分子信息在空间上展现,并定性、定量与定位地分析物质分子。相对于传统的拉曼光谱测量,拉曼光谱成像可额外提供生物医学应用中极为重要的空间信息,因此,以图像形式观测物质成分与结构等信息的拉曼光谱成像技术在生物样本检测、临床诊断及治疗等生物医学领域中具有重要的应用价值。从拉曼光谱原理出发,介绍了拉曼光谱成像技术及其发展,并综述了近年来拉曼光谱成像技术在生物医学领域中的应用,最后总结并展望了拉曼光谱成像技术及其发展趋势。     

头发光谱显微成像数据处理分析方法及其应用

随着多通道探测技术、集成显微技术和计算机及分析技术的发展,红外和拉曼光谱技术及光谱显微成像技术在生物及医学领域得到广泛应用并成为一种向实用化发展的趋势。但是,要从光谱测量中获得准确、有用的信息需要对光谱及成像数据进行细致、合理的分析。本文工作应用MATLAB软件编程,结合单谱线分析和多谱线多变量分析的方法,对健康人和病人头发横截面微观扫描的拉曼光谱数据进行分析,结果表明,通过对头发拉曼光谱细致处理和数据分析可以揭示被检测人之间的差异。这项工作是把拉曼光谱成像技术及相关光谱分析方法应用于生物医学领域的一个实例。     

高光谱成像技术在生物医学中的应用进展

高光谱成像技术(HSI)是将成像技术和光谱技术相结合的多维信息获取技术,具有图谱合一的重要特征。通过HSI获得的空间分辨光谱成像提供了关于组织生理学,形态学和组成的诊断信息。HSI是医学应用的新兴成像模式,在生物医学领域,特别是在疾病诊断和图像引导手术中,具有极广阔的应用前景。介绍了HSI的基本原理、系统的基本构成及特点,总结和阐述了近年来HSI在生物医学领域的发展及其在疾病诊断和手术指导中的应用进展。指明该技术领域今后的重点研究方向,并对其发展前景进行了分析和展望。     

多光谱成像技术及其在生物医学中的应用

多光谱成像(MSI)融合了光谱技术与成像技术,可并行获取探测目标的光谱特征和空间信息。由于采用非侵入式的成像方式,该技术在生物医学领域有很多重要的应用。介绍了多光谱成像的基本原理与技术发展,并从病理研究、手术引导、生物识别等三个方面对其应用进行简要综述。     

激光诱导击穿光谱技术在生物医学中的研究进展

生物体内元素的微小变化可以直接影响生物的代谢和生理过程。快速、精准的生物体内元素定性定量分析，是新陈代谢检测以及临床疾病诊断中不可或缺的部分。随着医学检测技术的不断发展和临床需求的不断增加，寻找一种更新、更快、适应性更强的临床分析和诊断技术成为当前的研究热点。在生物医学研究中，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术凭借着快速、实时、多元素同步检测的优势，在血液、病理组织检测和元素分布成像等方面展现出了极大的应用价值。本综述回顾了近年来LIBS技术在生物医学应用中的研究状况和最新进展，基于目前的研究状况，评估了LIBS技术在血液检测、生物组织分析、元素成像应用领域的挑战和机遇，还为进一步促进LIBS技术在生物医学领域的应用提供了建议。     

光声光谱技术在现代生物医学领域的应用

光声光谱技术是一种研究物质吸收光谱的新技术,已经成为分子光谱学的一个重要分支。作为现代生物医学领域研究的一种有力的分析工具,光声光谱技术克服了组织散射特性对测量结果的影响,为生物组织样品的研究提供了一种灵敏度高、样品可不经预处理的无损有效检测方法。简述了光声光谱技术的基本原理、实验装置,重点介绍了光声光谱技术在现代生物医学领域研究中的最新应用情况。     

相干拉曼散射显微技术及其在生物医学领域的应用

相干拉曼散射显微技术作为一种新型的成像技术,具有无标记、高特异性、非侵入等优点,已被广泛用于化学结构及物质成分分析。近年来,光子学、生物医学和显微成像技术等领域的相互交叉和融合发展,极大地推动了相干拉曼散射显微成像技术在生物医学领域的应用。简要介绍了相干拉曼散射显微成像的基本原理、分类、系统构成,同时概述了相干拉曼散射显微成像技术近年来在生物医学领域的应用,包括检测、脂类分析和蛋白质构象变化等,最后对其未来发展进行了展望。     

正在崛起的成像光谱遥感

成像光谱遥感由于具有高光谱分辨率的特点正在受到国内外的广泛关注。本文主要介绍了国内外有关成像光谱技术的发展过程,包括成像光谱仪的发展历程,成像光谱数据处理技术的发展现状,对成像光谱遥感技术在相关领域,诸如海洋遥感、地质勘探、军事等领域的应用,做了较为详细的介绍。最后对高光谱遥感的发展趋势作了展望。     

Hadamard变换成像光谱技术

本文介绍了一种基于Hadamard变换的成像光谱技术。阐述了Hadamard变换成像光谱技术的多通道探测原理,列举了Hadamard变换成像光谱技术的新发展,论证了Hadamard变换成像光谱技术应用在遥感领域的可行性,分析比较了Hadamard变换、光机扫描和推帚式成像光谱仪的探测信噪比。     

多光谱探测与激光多光谱探测技术的进展

主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。     

基于深度学习的色彩迁移生物医学成像技术

传统病理学检测中,由于复杂的染色流程和单一的观察形式等限制着病情的诊断速度,而染色过程实质上是将颜色信息与形态特征关联,效果等同于现代数字技术的生物医学图像的图义分割,这使得研究者们可以通过计算后处理的方式,大大降低生物医学成像处理样品的步骤,实现与传统医学染色金标准一致的成像效果。近些年人工智能深度学习领域的发展促成了计算机辅助分析领域与临床医疗的有效结合,人工智能色彩迁移技术在生物医学成像分析上也逐渐表现出较高的发展潜力。文中回顾了深度学习色彩迁移的技术原理,列举此类技术在生物医学成像领域中的部分应用,并展望了人工智能色彩迁移在生物医学成像领域的研究现状和可能的发展趋势。     

Special Issue on Molecular Imaging: Emerging Technology and Biomedical Applications

Presents an introduction to a special issue on molecular imaging: emerging technology and biomedical applications. The paper illustrates the recent advances in molecular imaging, including aspects of basic molecular/genetic research up to in vivo human imaging. Developments of unique imaging technology to unveil molecular events are at the core of this research activity. In turn, such new techniques produce biomedical findings that could not be found by conventional imaging technology. The papers in this issue provide perspectives of this research field and the emergence of molecular imaging and applications.     

基于多模光纤的光谱分析、射频谱感知及成像技术研究进展

随着信息领域的高速发展,人们对信息感知和处理技术的需求愈加多样,为满足功能需要,同时降低系统成本和复杂度,多功能一体化信息感知处理技术在民用及国防领域愈显重要。多模光纤作为一种能够同时传输多种模式光信号的光纤,早期主要用于短距离光通信领域。近年来,随着研究人员对其复杂物理特性研究的深入,多模光纤由于其宽带、无源、易于制造、低成本、便携等优势,在测量、光计算和图像传输等领域的应用也越来越广泛。本文从技术背景和原理等多个方面梳理了多模光纤在光谱分析、射频谱感知和成像技术三个方面应用的研究现状,阐述了其相对于传统方法的优势,并且指出了多模光纤面向这些特殊领域及一体化应用所面临的挑战及未来发展的趋势。      

Coherence-Based 3-D and Spectral Imaging and Laser-Scanning Microscopy

The basics of three-dimensional (3-D) and spectral imaging techniques that are based on the detection of coherence functions and other related techniques are reviewed. The principle of the 3-D source retrieval is based on understanding the propagation law of optical random field through the free space. The 3-D and spectral information are retrieved from the cross-spectral density function of optical random field or numerical calculation of the inverse propagation of the cross-spectral density. We will first introduce the coherence-based spectral tomography techniques with low-coherence light sources. These techniques limit their scheme of coherence detection only along the optical axis and some of them achieve simultaneously the high resolution and high speed of detection taking advantage of an imaging lens. We then provided explanations of the principle of 3-D source retrieval that is based on the propagation law of optical random field through the free space along with the introduction of the numerical holography and computed tomography techniques. We will lastly show 3-D spectral imaging schemes with the concurrent laser-scanning cross-sectioning techniques: one is the confocal laser scanning microscopy and the other is the two-photon laser-scanning fluorescence microscopy.     

Tunable Spectral Responses in a Color-Sensitive CMOS Pixel for Imaging Applications

The transverse field detector (TFD), a recently proposed type of CMOS color-sensitive pixel for imaging applications, has an intrinsic and peculiar characteristic of tunable spectral response. The TFD color-detection principle relies on the generation of a suitable electric field configuration in a depleted region of a CMOS low-doped silicon active layer. Depending on the applied voltage at the biasing/collecting electrodes, different electric field configurations can be obtained. In the depleted region, carriers' paths are determined by the electric field streamlines. Simulations show how different biasing values lead to different collection by the electrodes of carriers generated at various depth and, thus, to different sets of spectral photoresponses. Experimental results obtained on structures designed in a 90-nm CMOS technology prove the principle and show the amplitude of the allowable tuning range.     

Networked multimedia for medical imaging

The development of biomedical imaging has revolutionized medical practice and health care delivery. The next wave of change, however, will come from merging medical imaging with multimedia technology. We discuss the necessary information infrastructure and supporting technology for this evolving field. We describe four types of clinical applications to illustrate the use and versatility of networked multimedia systems for image-assisted medical care     

氧化物基紫外探测器的研究进展

随着紫外探测技术的不断发展，氧化物材料在紫外探测领域表现出传统探测器所不具备的优点而成为近年研究的热点，是继红外探测技术之后又一快速发展的军民两用探测技术。然而，氧化物基紫外光电探测器的广泛应用，仍然面临一些问题。本文对国内外紫外探测技术的应用和发展历史进行了概述，并对3种金属氧化物紫外探测材料的晶体结构、性质及其器件研究进展进行了概括和讨论。最后，针对氧化物基紫外探测材料及器件在研究中所面临的问题，进行了分析，并对氧化物基紫外探测技术的发展进行了总结与展望。     

太赫兹成像技术用于皮肤烧伤检测的研究进展

随着太赫兹(0.1~10 THz)光谱技术的快速发展,太赫兹成像开始应用于生物医学等领域,尤其是应用于皮肤烧伤检测中,但如何将这一技术从实验室研究转向实际临床检测还面临着巨大挑战。太赫兹技术在皮肤烧伤程度评估领域已经得到了较为深入的研究,包括成像系统、离体实验和活体实验研究等,得到了较为清晰的太赫兹图像。首先概述了皮肤烧伤程度分类方法和现有诊断方法,然后介绍太赫兹成像应用于皮肤烧伤评估的研究进展,本文重点从成像系统、检测结果和烧伤程度评估方法三个方面进一步说明了其研究进展和不足,最后提出了面向皮肤烧伤临床检测的太赫兹成像发展趋势和需要解决的问题。