基于深度学习理论的光学分子成像图像重建方法

光学分子成像图像重建是当前的研究重点,由于传统光学分子成像图像重建方法存在重建误差,效果不理想等缺陷,为了获得理想的光学分子成像图像重建效果,提出了基于深度学习理论的光学分子成像图像重建方法.首先分析光学分子成像图像重建工作原理,找到导致光学分子成像图像重建质量差的因素,然后采集光学分子成像图像,选择卷积神经网络算法进行光学分子成像的图像重建.实验结果显示:采用本方法进行峰值信噪比(PSNR)范围为34.16～38.96,结构相似性(SSIM)范围为0.854 9～0.980 8,均远远大于常规方法数值,表明提出方法图像重建质量较高,充分证明提出方法性能较好.应用价值相似性指标更大,图像重建质量更高,则提出方法的图像重建性能更佳.     

活体光学成像技术

阐述活体内的成像技术,利用这些成像技术,可以直接实时观察标记物体在活体动物体内的活动及反应,探讨基于酶分子的光学成像技术。     

高通量单分子定位显微成像技术进展（特邀）

由于衍射极限的存在,传统的光学成像手段无法观测细胞器结构及细胞器之间的相互作用。单分子定位显微成像技术作为三种超分辨技术中分辨率最高的成像技术,为生命科学领域的研究提供了重要手段。大视场高通量单分子成像技术具有分辨率高、成像范围大和成像时间短等特点,在生物医学领域广泛用于观察和分析复杂的生物结构和功能。从基于硬件扫描的拼接成像技术、基于大面阵sCMOS的大视场高通量成像技术、大景深单分子定位成像技术、高通量数据分析技术4个方面回顾近年来大视场高通量单分子定位技术的研究进展。最后,对大视场高通量单分子定位成像技术的发展方向进行展望。     

研究进展

光学显微镜揭示单个蛋白质分子美国研究人员开发了一种新型光学成像技术,可以显示细胞中纳米尺度的蛋白质分子,该技术被称为光敏化定位显微术(photoactivlated localization microscopy,PALM)。它开创性地将荧光蛋白质分子附着在目标蛋     

基于光学成像技术的针灸镇痛机理研究

疼痛治疗是一个医学难题。虽然人们对痛觉感受机理的认识已达到细胞分子水平,但现代医学疗法对疼痛尤其是慢性疼痛的治疗仍无良策。针灸镇痛疗法因副作用小、疗效好而逐渐获得西方认可。尽管针灸镇痛在临床上得到了验证,但是其机理尚未明确。正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和功能核磁共振成像(fMRI)、免疫组织化学等技术已被应用于针灸镇痛机理的研究。然而,这些技术在分辨率或无损检测等方面存在局限性,限制了它们在针灸镇痛机理研究中的进一步应用。介绍了采用光学成像技术研究针灸镇痛的机理,其中重点评述激光扫描共聚焦显微成像术、光学相干层析成像术及活体动物光学成像术在针灸镇痛机理研究中的应用。     

利用具有奇异非线性光学特性的纳米粒子突破光学衍射极限

20世纪末、21世纪初,生命科学发展势头迅猛.三维光学显微成像技术由于能够对活体细胞内的一系列生命活动过程实施三维动态成像而倍受关注.然而,传统的基于线性荧光激发方案的共焦成像技术由于受到光学衍射极限的限制,其横向与纵向分辨率都是在数百纳米左右的量级,仍未能满足生命科学家的普遍需求.利用各种非线性光学荧光激发方案,打破光学衍射极限已经被实现,然而目前这些非线性光学成像方法在光源选择、成像光路等方面均较为复杂与昂贵.通过构筑一种具有奇异非线性光学特性的纳米粒子,在一台普通的光学显微镜上仅仅对荧光分子进行线性光激发即可实现三维远场光学超分辨成像--生命科学家长期来的梦想正有望被实现.     

激光光谱学的应用:Ⅳ 医学光谱诊断

1引言重大疾病的光学诊断和光动力学治疗是生物医学光子学的重要内容。其中光学诊断就是利用光学的方法检查和识别疾病，它分为光谱学方法和成像方法。医学诊断的光谱方法主要指荧光光谱技术和拉曼光谱技术两种。荧光光谱技术比较适合于收集新陈代谢或结构机能的数据；而拉曼光谱技术多用于特定的研究目的，如研究蛋白质的结构或生物大分子的分子振动及转动特性等。用成像方法诊断重大疾病是一项高新技术，也是一项非常有生命力、用途非常大的诊断技术，它已引起各国物理学家、化学家和医学专家的极大关注。目前所讲的医学光学成像主要指光…     

自适应光学在双光子显微成像技术中的应用

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具，其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能，被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是，在双光子成像系统使用过程中，光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差，从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术，可实现对像差的有效校正，从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点，概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法，综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果，最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。     

随机光学重构显微术及其应用研究进展

在光学显微成像领域,涌现出一批可以突破衍射极限的超分辨显微成像技术,极大地增强了人们研究亚细胞结构的能力。基于单分子定位技术的随机光学重构显微术（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM）具有易懂的成像原理、简单的工作方式以及超高的分辨率等特点,受到越来越多的研究者青睐。首先,介绍了单分子定位技术的原理,讨论了STORM光路的搭建,阐述了二维和三维STORM超分辨显微成像原理。其次,探讨了多色STORM以及STORM与电镜关联成像现状。最后介绍了STORM技术现阶段的应用进展。     

光学成像技术在中医针刺研究中的应用进展

以针刺和拔罐疗法为代表的中医理疗被用于治疗肌肉骨骼疾病、缓解疼痛症状已有数千年的历史。中医理疗以疗效显著、安全性高的优势在全球流行。然而，传统的中医理论对于针刺疗法治疗机制的解释缺乏有效的科学证据，而且大多数针刺疗法的疗效缺乏有效的定量评估，无法保证其治疗效果及安全性。凭借高分辨率、高对比度、高安全性等特点，光学成像技术在针刺疗法的机制研究与疗效评估方面展现出了巨大潜力。目前用于研究针刺疗法的光学成像技术主要有激光多普勒血流灌注成像、激光散斑成像、近红外光谱成像和光声成像等，它们分别在针刺的血流动力学效应、大脑响应、治疗机制与疗效评估等方面取得了一定进展，但目前鲜见系统总结上述光学成像技术应用于针刺疗法研究的报道。鉴于此，本文系统介绍了这几类光学成像技术的特点以及它们在针刺疗法研究中的应用情况，并展望了其临床研究前景。     

单分子三维取向超分辨成像技术进展（特邀）

超分辨显微成像技术自诞生以来,凭借其优异的纳米级空间分辨率,已成为生命科学研究中精准揭示复杂生命现象的重要成像技术。其中,基于单分子定位的超分辨成像策略,使得定位、观察、研究单个探针分子独特的理、化、光学性能成为可能。偏振作为荧光信号的一个重要特性,近年来伴随着单分子三维取向成像技术的发展,逐步在单分子成像和超分辨领域中展示出诸多新颖且重要的应用特性。本文总结了单分子三维取向超分辨成像技术的最新进展,介绍并分析了两类主要的单分子三维取向荧光显微技术——基于荧光吸收与辐射偏振调制的单分子三维取向成像方法以及利用点扩散函数工程将单个荧光分子的三维取向信息编码到荧光图像上的成像策略。此外,还探讨了应用于活细胞或单颗粒的其他类型的超分辨取向成像技术。最后,针对单分子三维取向超分辨成像技术发展与应用前景面临的挑战,进行了总结与展望。     

一种大视野快速光学衍射层析成像技术

光学衍射层析成像技术是一种新兴的对细胞和组织进行非侵入、无创伤、无标记快速三维成像的技术，在细胞代谢、病理和肿瘤诊断等方面都有很大的应用前景。传统的光学衍射层析成像技术视场范围较小，视野内仅有单个或数个细胞，难以直接观察到细胞间的相互作用，无法对散射较强的厚、大细胞进行成像，这在一定程度上限制了其进一步应用。针对视场范围较小的不足，提出了一种用满采集物镜的视场数的大视野光学衍射层析成像技术，可以获得更高的散射光子通量，提高成像质量，减弱伪影、振铃等边缘效应，视野内可以观测到多种状态的细胞和细胞间相互作用。结果表明，大视野光学衍射层析成像技术在兼具亚细胞分辨率和无标记活细胞长时程三维观测能力的同时，具有更大的视野、更小的边缘效应，生物应用前景更加广泛。     

有机纳米材料光电子轨道断层成像技术

光电子轨道断层成像是有机纳米材料研究中一种实验和理论相结合的技术，其核心是建立光电子角分布能谱和分子初始态轨道结构之间的直接联系。研究者通过较为简易的平面波近似，可以实现对表面共轭分子价带轨道角分辨光电子能谱的精确分析，从而研究它们的电学、光学和化学特性。介绍了光电子轨道断层成像技术的理论基础和实验手段，综述了近年来该技术在确定分子的几何结构、测量界面电学相互作用、获得时间分辨轨道图像等领域的诸多应用，并介绍了该技术结合超快激光等相关实验技术的最新进展。     

基于智能手机平台的计算光学显微成像技术研究综述

计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合,通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息,为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化,同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备,具有先进的图像传感器和高性能的处理器,可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法,为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地,作为可移动通信终端,智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法,赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能,可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术,首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计,接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术,然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用,最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。     

惰性气体核的自旋交换光抽运中的物理

核自旋极化的惰性气体原子在诸如核物理、材料科学和磁共振成像等许多领域中都有着广泛的应用，核自旋极化技术涉及领域很广，包括原子、分子和光学物理等等。评述了光抽运和自旋交换碰撞中角动量转移和损失的物理。     

数据挖掘的光学断层成像重建方法

为了有效重建光学断层成像，提升成像清晰度，研究数据挖掘的光学断层成像重建方法。依据光学断层成像原理，获取光学断层成像；利用改进模糊C均值聚类算法，划分光学断层成像图像块对类别；通过各类图像块对训练极限学习机回归器，估计高分辨率图像块对垂直梯度、方向梯度和高频；以垂直梯度、方向梯度为约束，重建光学断层成像；以高频与重建光学断层成像为约束，再次重建光学断层成像，得到最终重建光学断层成像。实验证明：该方法可以有效重建模拟与真实的光学断层成像，提升光学断层成像清晰度；精准聚类光学断层成像图像块对；在不同图像块尺寸时，重建光学断层成像的位置误差与质心误差均较低，图像相似度较高，具有较高的重建精度。     

航空光学成像气动光学传输效应计算研究综述（特邀）

随着更高的需求和科技发展推动航空飞行器工作速度的提高,航空光学成像的机动、灵活等特点显现更加突出,但实现高质量、高分辨率成像的技术难度也极具挑战性。飞行器与高速气流之间的复杂作用产生气动光学效应,光波或光束经过复杂流场与光学窗口时受到强干扰,为此吸引了众多科学家开展多学科交叉融合的相关研究工作,取得了大量的研究成果,为试验测试和工程实践提供了有力支撑。文中从气动光学流场与光学窗口两方面的计算研究入手,详细综述了气动光学传输效应的研究进展,归纳总结了相应的计算方法,综合当前技术发展趋势给出航空光学成像气动光学传输效应计算研究的思考和建议。     

受激拉曼散射显微技术及其应用

随着光学显微技术的发展,人们得以在亚微米级的尺度观察微观世界,对破译生命活动密码起到了关键性推动作用.其中,相干拉曼散射(CRS)显微术作为一类基于分子特定振动提供成像衬度的技术,通过非线性光学过程大大增强了拉曼散射的信号,提高了成像速率和检测的灵敏度.根据非线性光学过程的不同,可将相干拉曼散射分为相干反斯托克斯拉曼散...     

水下近场探测与成像的光学调制技术研究

基于光学调制的水下探测与成像技术是目前最先进的水下光电探测技术之一。本文结合国外最新的理论研究成果、实验装置与实验结果对水下近场探测与成像的光学调制技术进行了进一步的探索。论证了光学调制技术作为水下探测方面的最新技术,其相对于众多成熟技术的优势与在该领域的发展潜力,并对水下环境特征、基于频域的水下探测技术以及应用于水下近场成像的时变强度调制技术进行了分析与讨论。     

近红外二区荧光成像技术的临床研究进展

近红外荧光成像是外科手术中实现术中导航的关键技术之一。近些年随着近红外二区（NIR-II， 900~1 700 nm）光学生物成像理论的日趋成熟，NIR-II荧光成像技术成为临床手术导航领域的一大研究热点。本文基于NIR-II光学生物成像理论，简要介绍了NIR-II荧光探针及成像系统的发展现状，就NIR-II荧光成像技术在活体小动物手术与人体临床手术中的研究展开综述，讨论了该技术在未来临床手术中的发展潜力以及临床转化中需要面临的难点。