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激光拉曼光谱成像系统的研制及其应用

激光拉曼光谱成像系统的研制及其应用

作者：孟令晶广西师范大学

学位级别：硕士

激光光镊拉曼光谱（Laser tweezers Raman spectroscopy, LTRS）技术是将激光光学囚禁技术和拉曼光谱技术相结合应用于悬浮细胞、生物大分子等进行研究的一种光子技术。更是一种无损、快速、灵敏的光谱学检测方法。由于水的拉曼散射非... 详细信息

激光光镊拉曼光谱（Laser tweezers Raman spectroscopy, LTRS）技术是将激光光学囚禁技术和拉曼光谱技术相结合应用于悬浮细胞、生物大分子等进行研究的一种光子技术。更是一种无损、快速、灵敏的光谱学检测方法。由于水的拉曼散射非常微弱,所以该技术适合于对水溶液中生物大分子、细胞等进行研究。该技术应用光镊把细胞俘获或囚禁在玻片上方10微米左右的位置,所以可以消除其他拉曼光谱技术将细胞囚禁在溶液中和玻片上所引起的不良影响。并且光镊将细胞长时间囚禁在激光的焦点附近,在优化了散射光的收集光路的同时,还可以得到更高信噪比的光谱。虽然激光光镊拉曼光谱技术已经具有如此多的优势,但这种技术只是对直径较小的细胞有很好的针对性,对像肝癌细胞这样直径较大的细胞并不能全部获取其中的光谱信息。肝癌已经成为死亡率仅次于胃癌、食道癌的第三大常见恶性肿瘤,但初期症状并不明显。所以对肝癌的检测就成为了目前医学研究的重要课题。所以本文在激光光镊拉曼光谱技术的基础上进行改进,构建了激光拉曼光谱成像系统。拉曼光谱成像可以降低分子成像的成本,同时可以提供更高的图像敏感度,还有更强的空间分辨率,以及更完善的浏览多重信号的能力。拉曼光谱成像已经成为当前所有成像技术中较为优越的一种技术。本文应用这种重构的激光拉曼光谱成像系统对肝癌细胞进行了成像研究,获得了单个肝癌细胞微区的拉曼光谱图谱,同时计算出786 cm-1、1450 cm-1和1658 cm-1等特征峰的峰面积,这些特征峰分别归属于DNA、脂类和蛋白质,根据归一化后的数值在相应的细胞扫描位置给出不同颜色值成像,重构出这些物质的拉曼特征峰在肝癌细胞中的分布图。结果表明,应用这种方法可以很明确的看到DNA、脂类及蛋白质特征峰在细胞中的分布情况,并且通过荧光染色验证了成像系统的可靠性。因此,可以通过特征峰的成像图确定物质在细胞中的微区分布情况,为拉曼方法检测和诊断肝癌提供了可靠的依据和重要的参考价值。可见,拉曼成像可以成为一种大直径的单细胞分析的有利工具。红细胞是人体血液的重要组成部分,是血液中数量最多的一种血细胞。同时也是脊椎动物体内通过血液运送氧气的最主要的媒介,并且还具有免疫功能。研究红细胞的结构和功能有助于深入了解红细胞的携氧能力,甚至血液疾病的病理,为诊断和治疗红细胞相关疾病提供理论依据。激光光镊拉曼光谱技术对红细胞的研究已经表现出了独特的优势,但在活体中对红细胞的研究并不多见,本文应用激光光镊拉曼光谱技术对活体小鼠耳朵血管中血红细胞进行研究,得出了以往在体外红细胞研究中并未得出的一些重要结论。主要结论如下：主要应用拉曼光谱与光镊技术对活体小鼠动脉毛细血管和静脉毛细血管中的全血以及毛细血管中的单个红细胞和体外的全血和单个红细胞进行研究。光谱分析显示,1.我们可以获得活体血液的拉曼光谱;2.在动脉毛细血管和静脉毛细血管中可以观察到清晰的携氧与去氧血液的不同光谱;3.单个血红细胞的光谱分析表明：在体内血管中血红细胞的血红蛋白浓度比体外的更高,在动脉毛细管中的血红细胞的携氧态特征峰明显,且具有统计学差异;4.通过比较动脉、静脉毛细血管中红细胞的拉曼光谱表明,动脉毛细血管中的pH值比静脉毛细血管中的pH值更高。通过对1604 cm-1特征峰在活体毛细血管中携氧态和去氧态红细胞光谱差异的研究发现,1604 cm-1特征峰的变化与红细胞所处的环境的pH值有关,当环境pH变大,1604 cm-1特征峰的强度会变小,而当环境的pH变小时,1604 cm-1特征峰的强度则变大。以上结果表明,在活体中研究血液及单个红细胞的信息变化是可以实现的,同时表明拉曼光谱与光镊技术是一种进行活体中单个细胞研究的强而有力的工具。

关键词：光镊肝癌拉曼成像拉曼光谱单个红细胞活体

利用多台GPS测量运载平台三维姿态的方法研究

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科学技术与工程 2012年第35期20卷 9697-9701页

作者：孟令晶中国人民解放军91550部队94分队

传统的光学测量目标姿态的方法,易受到摄影距离的限制和环境条件的影响,应用局限性较大。基于高精度GPS测量系统的优点,研究在运载平台上安装三台GPS接收机确定目标三维姿态的方法,并给出精度估计方法。目标姿态测量在外测事后数据处理... 详细信息

传统的光学测量目标姿态的方法,易受到摄影距离的限制和环境条件的影响,应用局限性较大。基于高精度GPS测量系统的优点,研究在运载平台上安装三台GPS接收机确定目标三维姿态的方法,并给出精度估计方法。目标姿态测量在外测事后数据处理中有重要的实际应用价值,为目标测量的跟踪部位不一致的修正提供了支持。

关键词： GPS测量三维姿态数据处理方法

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拉曼光谱结合光学操控分选油脂酵母

光谱学与光谱分析 2011年第4期31卷 1010-1014页

作者：李自达陈亮孟令晶刘军贤王桂文广西师范大学物理科学与技术学院广西桂林541004 广西科学院生物物理实验室广西南宁530007

为了探求建立准确快速分选油脂酵母的方法,尝试利用拉曼光谱与激光镊子技术,从细胞群体中分选出油脂酵母。收集各酵母细胞的拉曼光谱,经去背景、17点S-G平滑滤波、多项式拟合基线校正和矢量归一化等数据预处理,结合主成分分析,从酵母细... 详细信息

为了探求建立准确快速分选油脂酵母的方法,尝试利用拉曼光谱与激光镊子技术,从细胞群体中分选出油脂酵母。收集各酵母细胞的拉曼光谱,经去背景、17点S-G平滑滤波、多项式拟合基线校正和矢量归一化等数据预处理,结合主成分分析,从酵母细胞的拉曼光谱中提取胞内物质的主要特征信息,根据物质构成的差异来区分油脂酵母与非油脂酵母,进而建立分选模型。激光镊子俘获单个酵母细胞并收集其拉曼光谱,实时判别细胞的归属,并根据判别结果收集细胞。将收集的酵母细胞经菌落培养和苏丹黑B进行染色验证,结果显示,分选出的细胞均为油脂酵母细胞。这一方法在实现分选油脂酵母的同时,也为利用激光镊子拉曼光谱分选其他单细胞提供了借鉴方法。

关键词：拉曼光谱油脂酵母分选模型主成分分析

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弹道导弹落点密集度综合评定方法

中国惯性技术学报 2011年第4期19卷 499-504页

作者：郑小兵董景新张志国孟令晶清华大学精密仪器与机械学系大连91550部队

针对导弹小子样试验中精度评定工作需要,设计了一种弹道导弹落点密集度综合评定方法。首先从平衡研制方风险和使用方风险的角度出发,讨论了最小试验发数的确定方法;然后设计了序贯试验检验方法,论证了试验过程中达成最优试验样本的可能... 详细信息

针对导弹小子样试验中精度评定工作需要,设计了一种弹道导弹落点密集度综合评定方法。首先从平衡研制方风险和使用方风险的角度出发,讨论了最小试验发数的确定方法;然后设计了序贯试验检验方法,论证了试验过程中达成最优试验样本的可能性;从仿真手段和验前信息两个角度切入,讨论了参数Bootstrap方法和Bayes方法在小子样试验密集度估计中的应用方法。最后仿真实例验证了该方法的有效性。

关键词：落点密集度最小试验发数 Bootstrap方法 Beyes方法

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基于遥外差数据估算初始定位误差的新方法

中国惯性技术学报 2010年第6期18卷 680-685页

作者：郑小兵董景新孟令晶张志国清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室大连91550部队

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差估算的新方法。该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系:建立了初始定位误差与遥外测数据之间的关系,推导出利用遥外差数据估算初... 详细信息

针对潜地导弹初始定位误差的估算问题,提出一种基于发射惯性系下遥外差数据进行解算的初始定位误差估算的新方法。该方法基于制导工具误差的产生机理及传递关系:建立了初始定位误差与遥外测数据之间的关系,推导出利用遥外差数据估算初始定位误差的数学模型,结合飞行试验数据分析了该方法的计算精度。在研究遥外差信息选取原则的基础上,重点分析了外测数据随机误差对于估算精度的影响,并提出了时间域上的最小二乘改进算法来提高估计结果的精度。利用飞行试验测量数据来验证该算法,计算结果证实了该估算方法的有效性和可行性。

关键词：初始定位误差发射惯性系遥外差数据制导工具误差

Bootstrap方法在导弹落点密集度评估中的误用

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中国惯性技术学报 2012年第2期20卷 239-243页

作者：郑小兵董景新孟令晶张志国清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室大连91550部队

以导弹落点密集度评估作为研究基础,对利用Bootstrap方法提升小子样下落点密集度估计精度问题的自助法进行分析。在简要描述Bootstrap方法数学思想和应用方法的基础上,从理论分析和仿真验证两个方面证实了参数Bootstrap方法生成的自助... 详细信息

以导弹落点密集度评估作为研究基础,对利用Bootstrap方法提升小子样下落点密集度估计精度问题的自助法进行分析。在简要描述Bootstrap方法数学思想和应用方法的基础上,从理论分析和仿真验证两个方面证实了参数Bootstrap方法生成的自助统计量围绕经典估计值呈现正态分布,对于经典估计结果没有精度的提高;并且推导了自助统计量分布与估计偏差分布之间的关系,指出在小子样条件下参数Bootstrap方法自助统计量在分布近似上存在偏差;最后本文论证了随机加权法应用于密集度估计同样不能取得明显的改进效果。

关键词：落点密集度 Bootstrap方法参数Bootstrap方法随机加权法

一种提取单幅散斑干涉条纹图中心线的可靠方法

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中国图象图形学报 2008年第7期13卷 1335-1340页

作者：杨夏于起峰伏思华孟令晶国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073 中国人民解放军91550部队240所大连116023

在光测力学中,如何从单幅散斑干涉条纹图中高精度地自动提取方向信息是一项较困难的工作。为了可靠地提取单幅散斑干涉条纹图的中心线,提出了一种简单可行的方法,该方法先通过平面拟合的方法来得到散斑干涉条纹图的条纹方向;然后在条纹... 详细信息

在光测力学中,如何从单幅散斑干涉条纹图中高精度地自动提取方向信息是一项较困难的工作。为了可靠地提取单幅散斑干涉条纹图的中心线,提出了一种简单可行的方法,该方法先通过平面拟合的方法来得到散斑干涉条纹图的条纹方向;然后在条纹方向上,利用条纹切面的倾斜度来提取散斑干涉条纹图的中心线。实验表明,此方法可靠、实现简单,对高噪声的散斑干涉条纹图非常有效。

关键词：散斑条纹方向条纹倾角条纹中心线

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遥外测时间零点一致性分析及修正方法

中国惯性技术学报 2010年第3期18卷 374-377页

作者：董琳琳郑小兵张志国孟令晶中国人民解放军91550部队

为解决弹道导弹的遥外测数据时间零点对齐问题,提出了特征点判别法和数学推断法两种时间零点偏差修正方法。首先,结合遥外测数据处理工作系统地分析了影响时间零点精度的主要原因,然后推导出时间零点偏差与遥外差数据的关系模型,基于以... 详细信息

为解决弹道导弹的遥外测数据时间零点对齐问题,提出了特征点判别法和数学推断法两种时间零点偏差修正方法。首先,结合遥外测数据处理工作系统地分析了影响时间零点精度的主要原因,然后推导出时间零点偏差与遥外差数据的关系模型,基于以上分析提出了两种时间零点对齐方法,利用特征点判别法发现大于数据采样周期的零点偏差,利用数学推断法修正小于数据采样周期的零点偏差。用本方法处理的数据,可以对制导工具误差系数和时间零点偏差进行统一评估,在零点偏差修正到T/2之后,在一定的环境条件下,可以逐项分离并修正制导工具误差各项系数。

关键词：遥外测数据时间零点对齐特征点判别法数学推断法

优质护理干预对老年慢性支气管炎患者负性情绪及生活质量的影响

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世界最新医学信息文摘 2019年第81期 333-333页

作者：孟令晶磐石市医院

目的探究优质护理干预对老年慢性支气管炎患者负性情绪及生活质量的影响。方法以随机数表分组法将我院接收的113例老年慢性支气管炎患者分成常规护理组(n=56例)和优质护理组(n=57例),并对两组患者护理后身心健康问题的改善效果进行分析... 详细信息

目的探究优质护理干预对老年慢性支气管炎患者负性情绪及生活质量的影响。方法以随机数表分组法将我院接收的113例老年慢性支气管炎患者分成常规护理组(n=56例)和优质护理组(n=57例),并对两组患者护理后身心健康问题的改善效果进行分析。结果优质护理组护理后生活质量评分(90.68±3.32)分显著低于常规护理组护理后生活质量评分(83.04±1.69)分,而优质护理组护理后焦虑抑郁情况的改善则显著优于常规护理组(P<0.05)。结论对老年慢性支气管炎患者实施优质护理,患者的心理问题和生活质量均得到了显著得到了改善,护理效果显著。

关键词：优质护理老年慢性支气管炎护理效果