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中国生物医学工程界的新军——记中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员胡军

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科学中国人 2013年第1期 78-79页

作者：王涵《科学中国人》编辑部

22年前，他勇于踏出国门．在别人还在寻找方向的时候，他已经起飞了;22年后．他毅然回国，带着多年教学和科研的方方面面的积累，充满了科学报国的希望．他回得干净利索。他始终是一个笃信叶落归根的中国人，他更是一个不忘祖国培养恩... 详细信息

22年前，他勇于踏出国门．在别人还在寻找方向的时候，他已经起飞了;22年后．他毅然回国，带着多年教学和科研的方方面面的积累，充满了科学报国的希望．他回得干净利索。他始终是一个笃信叶落归根的中国人，他更是一个不忘祖国培养恩情的赤子，他回到了他妈妈的身边，回到苏州这个他心中太阳升起的地方。二十几年的海外生活改变了他的生活态度．改变了他的学术观念，却改变不了他的中国心。他就是中科院苏州生物医学工程技术研究所研究员．博士生导师．医学检验制品（Medical Diagnostics）研究室主任胡军博士。生命科学经过多年的高速发展后，在最近的十几年中逐步形成了概念上的共识，这就是：生命科学是以分子结构信息．变化信息和传递信息为基础的信息科学．也称为“系统生物学”。

关键词：生物医学工程中国科学院工程技术研究员研究所苏州博士生导师信息科学

哈特曼-夏克波前传感器高精度球面波标定方法研究

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中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 521-527页

作者：包明帝史国华邢利娜何益中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

为解决哈特曼-夏克波前传感器传统标定方法存在的测量精度低、稳定性不足等问题,提出了一种基于球面波的哈特曼-夏克波前传感器高精度绝对标定方法。通过理论推导获取了球面波的高精度标定方法,结合搭建的球面波标定实验装置,对子孔径数... 详细信息

为解决哈特曼-夏克波前传感器传统标定方法存在的测量精度低、稳定性不足等问题,提出了一种基于球面波的哈特曼-夏克波前传感器高精度绝对标定方法。通过理论推导获取了球面波的高精度标定方法,结合搭建的球面波标定实验装置,对子孔径数为128×128的哈特曼-夏克波前传感器完成高精度标定。该方法计算得到了哈特曼-夏克波前传感器结构参数f,w以及L_(0)的精确值。对标定后的哈特曼-夏克波前传感器的测量精度进行测试,实验结果表明,经本文方法标定后的哈特曼-夏克波前传感器的波前复原精度达到了PV=1.376×10^(-2)λ,RMS=4×10^(-3)λ(λ=625 nm),重复性精度为PV=3.2×10^(-3)λ,RMS=9.76×10^(-4)λ(λ=625 nm)。该方法可以为大口径的SHWFS完成高精度标定,提升测量精度。

关键词：哈特曼-夏克波前传感器绝对标定球面波前

基于夏克-哈特曼波前检测的无透镜屈光测量系统

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中国激光 2024年第3期51卷 225-233页

作者：耿康杰张贺童丁上上张洋刘敏付威威中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部安徽合肥230000 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

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... 详细信息

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。

关键词：测量屈光测量夏克-哈特曼波前传感器波前重构近视小型化

用于生物样品处理的高强度聚焦超声装置开发研究

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 152-159页

作者：雷祝兵庞欣佩李力梅茜董文飞中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

针对传统超声设备存在的交叉污染、样本破碎不均匀等问题,本文研制了一种小型化、低成本的高强度聚焦超声装置。该装置通过凹球面自聚焦型压电陶瓷片产生超声波,在聚焦区域形成空化效应,实现样本裂解。首先,本文通过物理仿真证明装置的... 详细信息

针对传统超声设备存在的交叉污染、样本破碎不均匀等问题,本文研制了一种小型化、低成本的高强度聚焦超声装置。该装置通过凹球面自聚焦型压电陶瓷片产生超声波,在聚焦区域形成空化效应,实现样本裂解。首先,本文通过物理仿真证明装置的可行性,然后制作功率可调的驱动电路,实现0~22.4 W声功率输出,最后进行石蜡包埋样本脱蜡实验验证装置的有效性。实验结果表明,高强度聚焦超声装置的脱蜡效率和安全性明显优于传统化学方法,与商用超声仪器具有可比性。综上,本文研发的高强度聚焦超声装置有望应用于自动化核酸提取和纯化设备中,在样本前处理领域具有广阔的应用前景。

关键词：样本裂解高强度聚焦超声石蜡包埋样本

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用于荧光显微技术的多波长激光耦合系统

光学精密工程 2024年第3期32卷 324-332页

作者：周旻超王振亚方懿罗刚银张哲孙晓洁复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

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... 详细信息

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。

关键词：荧光显微技术单模激光耦合多波长激光光纤耦合

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近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

物理学报 2024年第7期73卷 344-353页

作者：邬丹丹潘力周哲付威威朱海龙董月芳中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像技术研究室苏州215163 苏州国科视清医疗科技有限公司苏州215163

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... 详细信息

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.

关键词：成像系统荧光成像近红外二区活体小动物

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基于主成分分析的多重定量PCR荧光串扰校正

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1151-1157页

作者：王鹏王振亚汪舜张杰张哲杨天航王弼陡罗刚银翁良飞张翀宇李原中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 生命科学与医学部江苏苏州215163 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所工程化研究中心江苏苏州215163 重庆国科医创科技发展有限公司分子诊断中心重庆400700

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... 详细信息

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。

关键词：聚合酶链式反应(PCR)检测光谱分析主成分分析多重荧光检测荧光串扰荧光分离

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面向桌面交互场景的双目深度测量方法

计算机工程与应用 2024年第9期60卷 283-291页

作者：叶彬朱兴帅姚康丁上上付威威中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部江苏苏州215000 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215000

基于视觉的虚拟现实交互方式在桌面书写应用场景中尚未有针对性的解决方案,书写交互中精细动作准确识别的实现,需要一种全新的高精度手笔联合三维识别技术,其中深度准确度是影响三维识别精度的重要因素。为此提出一种高精度双目深度测... 详细信息

基于视觉的虚拟现实交互方式在桌面书写应用场景中尚未有针对性的解决方案,书写交互中精细动作准确识别的实现,需要一种全新的高精度手笔联合三维识别技术,其中深度准确度是影响三维识别精度的重要因素。为此提出一种高精度双目深度测量方法,该方法针对书写交互采用了高分辨率、近距离的图像对作为输入,并在算法上提出全局与局部重要信息交叉融合的思想以提升速度与精度,减少计算成本。算法使用区域检测模块提取图像对中的手部和笔尖关键区域以重要程度分尺度输入;并且引入区域特征金字塔结构结合多尺度语义信息;同时利用视差级联模块缩小匹配范围,提高网络实时性。实验证明,提出的深度测量方法在手部和笔尖交互区域精度高,实时性好,能够有效辅助提高手笔联合三维识别精度以提供更好的虚拟书写交互体验,具有广泛的应用前景。

关键词：双目视觉深度学习立体匹配深度测量桌面交互

基于固态激光雷达融合2D激光雷达的建图研究

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激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 325-333页

作者：张天翔蔡黎明欧阳传赟成贤锴闫书豪中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部安徽合肥230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所康复工程技术研究室江苏苏州215163

针对传统2D激光雷达建图存在空间环境信息获取不完全的问题,提出一种基于Gmapping算法融合固态激光雷达和2D激光雷达的建图策略。首先,对固态激光雷达点云数据进行平面投影,利用生成的激光数据结合Gmapping算法中最优粒子轨迹建立栅格... 详细信息

针对传统2D激光雷达建图存在空间环境信息获取不完全的问题,提出一种基于Gmapping算法融合固态激光雷达和2D激光雷达的建图策略。首先,对固态激光雷达点云数据进行平面投影,利用生成的激光数据结合Gmapping算法中最优粒子轨迹建立栅格地图后,再与最优粒子携带的栅格地图融合生成的融合地图,实现对空间障碍物的识别。其次,为提升建图精度,使用扩展卡尔曼滤波(EKF)对轮式里程计(WO)、激光里程计(LO)和惯性测量单元(IMU)进行动态权重融合,解决因车轮打滑或激光里程计在低特征环境下特征匹配失败等因素造成的融合里程计精度下降问题。最后,对融合地图和融合里程计算法进行测试实验。实验结果表明,融合地图可以正确识别空间障碍物,融合里程计在平均定位精度上相较于传统方法提升17.0%。

关键词：激光雷达固态激光雷达扩展卡尔曼滤波激光里程计动态融合