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光学相干层析成像焦深拓展方法研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：谷成富张浩然兰琦张伟逸刘畅杨建龙上海交通大学生物医学工程学院

伴随着光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography, OCT）技术的临床应用从眼科拓展至各类人体腔道、功能成像、诊疗一体化、手术机器人等，亟需提升其分辨率以解析细胞及以下尺度的生物组织结构。然而，OCT横向分辨率提升伴随着... 详细信息

伴随着光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography, OCT）技术的临床应用从眼科拓展至各类人体腔道、功能成像、诊疗一体化、手术机器人等，亟需提升其分辨率以解析细胞及以下尺度的生物组织结构。然而，OCT横向分辨率提升伴随着焦深的下降，导致难以在整个OCT成像范围内获得较为均一的点扩散函数。针对这一挑战，研究人员提出了多种焦深拓展策略，包括贝塞尔光束、相位掩膜、色散效应、合成孔径、计算成像、多模干涉和动态聚焦等。这些方法通过不同的原理实现焦深的扩展，提升OCT成像的深度和质量。本文详细讨论了这些技术的工作原理、实现方法、优势和局限性，并基于自由空间和内窥OCT两种主要探测形式，比较了各类焦深拓展方法的效果。最后，本文对OCT焦深拓展技术及应用的未来发展进行了展望，指出了潜在的研究方向和挑战。

关键词：光学相干层析焦深拓展分辨率内窥成像

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基于光声谱分析的大鼠慢性前列腺炎评价

声学学报 2024年第3期49卷 424-430页

作者：王憧朱云开董琪李博艺封婷李颖陈亚青他得安复旦大学信息科学与工程学院生物医学工程系上海200438 上海交通大学医学院附属新华医院上海200092 复旦大学工程与应用技术研究院生物医学工程技术研究所上海200433

探究了使用光声谱参数评价慢性前列腺炎的可行性。通过对大鼠注射弗氏完全佐剂构建大鼠慢性前列腺炎症模型,使用光声显微仪器扫描前列腺组织切片获取原始光声信号。计算信号的功率谱参数(斜率、截距、平均谱功率和频谱质心偏移量),对获... 详细信息

探究了使用光声谱参数评价慢性前列腺炎的可行性。通过对大鼠注射弗氏完全佐剂构建大鼠慢性前列腺炎症模型,使用光声显微仪器扫描前列腺组织切片获取原始光声信号。计算信号的功率谱参数(斜率、截距、平均谱功率和频谱质心偏移量),对获得的谱参数进行了分析统计和参数成像,并讨论了不同频带的选择对评价结果的影响。实验结果表明,炎症组织与正常组织谱参数的统计结果和成像结果均存在显著性差异,使用频谱质心偏移量(SCS)成像可以区分炎症组织和正常组织,且在带宽固定的情况下,斜率参数和平均谱功率参数分别在高频谱段和低频谱段成像结果清晰,不同频带对截距参数成像的影响较小。

关键词：光声显微光声谱分析前列腺炎组织表征

超透镜在显微成像中的进展:设计、加工及应用(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 402-414页

作者：闫超胡思怡顾波波上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院上海200030 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜... 详细信息

超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜又提供了多维度的探索视角,展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先,详细解释了超透镜的波前调控原理,并总结了超透镜主流的设计方法;其次,介绍了超透镜的加工技术;最后,深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。

关键词：超透镜超表面显微成像相位调制

基于同心方形网格插值处理的柱面SAR成像算法

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电子与信息学报 2024年第1期46卷 249-257页

作者：丁丽何华港王韬储得苗上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学生物医学工程研究所上海200093

柱面毫米波合成孔径雷达(CSAR)是近距离非接触成像领域的重要技术之一。基于傅里叶变换理论的高分辨成像算法需要通过2维插值消除波数域数据在方位维和距离维的非均匀性。但是这两个维度呈现出同心圆环状的高度耦合,导致传统基于2维逐... 详细信息

柱面毫米波合成孔径雷达(CSAR)是近距离非接触成像领域的重要技术之一。基于傅里叶变换理论的高分辨成像算法需要通过2维插值消除波数域数据在方位维和距离维的非均匀性。但是这两个维度呈现出同心圆环状的高度耦合,导致传统基于2维逐点遍历的插值方法时间复杂度高,成像算法效率低。为此,该文基于解析解的CSAR成像算法推导,提出了同心方形网格的插值分解方法。通过补0、径向1维插值和分区处理消除波数域方位维和距离维的强耦合性,并在两个分区进行独立的1维插值实现2维非均匀波数域的均匀重采样,获得最终同心方形环带均匀填充的波数域样式。通过实验验证了所提算法能有效降低2维插值的时间复杂度,并且所提算法插值处理速度比传统算法提升了7倍,与算法复杂度理论分析结果吻合。

关键词：毫米波合成孔径雷达成像算法 2维插值

胶质细胞内SNARE复合体功能及其与抑郁障碍发生的关系

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上海交通大学学报（医学版） 2024年第5期44卷 653-657页

作者：谷涓华焦扬鲁琳王琳琳昆明医科大学生物医学工程研究院昆明650500

抑郁障碍是现代人类致残和死亡的一个常见原因,部分患者对现有的抗抑郁障碍药物并不敏感,复发率极高。现有的抗抑郁障碍药物存在许多问题,迫切需要找到一种针对多个靶点的新型抗抑郁药。近年来的研究发现,可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因... 详细信息

抑郁障碍是现代人类致残和死亡的一个常见原因,部分患者对现有的抗抑郁障碍药物并不敏感,复发率极高。现有的抗抑郁障碍药物存在许多问题,迫切需要找到一种针对多个靶点的新型抗抑郁药。近年来的研究发现,可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor,SNARE)复合体与抑郁障碍发生及进展密切相关。该文总结和归纳了胶质细胞内SNARE复合体在抑郁障碍发生过程中的潜在作用机制,并对相关研究进行综述,以期为临床上开发新型的抗抑郁障碍药物提供新的思路。

关键词：抑郁障碍可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体复合体胶质细胞

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人工关节植入物涂层力学性能评价

医用生物力学 2024年第2期39卷 214-221页

作者：苏健闫师通王建军陈宇陈艳梅李阳郝凤阳郑诚功北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191 北京市医疗器械检验研究院北京101111 上海交通大学生物医学工程学院上海200240

目的对多孔型人工关节植入物的涂层性能(包括涂层形貌和涂层力学性能)进行分析,总结目前主流产品的涂层性能范围,为新产品的设计研发提供参考,同时为远期植入物取出分析提供依据。方法试验中所用的涂层表面形貌、剪切强度和拉伸强度样品... 详细信息

目的对多孔型人工关节植入物的涂层性能(包括涂层形貌和涂层力学性能)进行分析,总结目前主流产品的涂层性能范围,为新产品的设计研发提供参考,同时为远期植入物取出分析提供依据。方法试验中所用的涂层表面形貌、剪切强度和拉伸强度样品,分别按照ASTM F1854、ASTM F1044和ASTM F1147标准制备,涂层采用等离子喷涂技术加工。共对17套件产品(编号1~17号)的涂层表面形貌(涂层厚度、孔隙率和孔隙截距)进行试验;对编号为1~7号和15、16号产品,首先按照ASTM F1044的试验方法,进行涂层与基体之间的剪切强度试验;然后按照ASTM F1147的试验方法,进行涂层与基体之间的拉伸强度试验。对编号为17的产品,按照ASTM F1044和ASTM F1147的试验方法,分别测试复合涂层和单纯钛涂层的剪切和拉伸强度。结果全部产品中,共15套产品(占比88.2%)涂层厚度300~500μm;金属涂层的产品共16套(编号1~16),其中11套(占比68.75%)涂层孔隙率30%~50%,14套(占比87.5%)涂层孔隙截距50~150μm;涂层的力学性能与基体材质无关;添加羟基磷灰石(HA)后的复合涂层的剪切强度和拉伸强度与纯金属涂层相比,均明显降低。结论针对多孔涂层人工关节的设计制造,其涂层的性能可以参考以下指标:涂层厚度300~500μm,涂层孔隙率30%~50%,涂层孔隙截距50~150μm;可以根据产品的用途选择基体材质;在设计含有HA的复合涂层的植入物时,应考虑结合力较低对产品性能的影响。该性能指标范围能够为远期临床取出物分析提供对照。

关键词：人工关节植入物涂层表面形貌力学性能

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增材制造高强钢中的马氏体组织与马氏体相变

钢铁 2024年第6期59卷 83-93,154页

作者：汤隽劼喻异双胡斌熊智慧刘仕龙金学军上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海交通大学生物医学工程学院上海200240

马氏体组织因其与多种强化机制兼容,是高强钢追求极致强塑匹配的理想组织。传统马氏体组织以板条或针状结构为主,而对于采用金属增材制造技术加工的高强钢而言,极快的冷却速率、循环热输入和扫描式的加工模式决定了其组织的非平衡性,高... 详细信息

马氏体组织因其与多种强化机制兼容,是高强钢追求极致强塑匹配的理想组织。传统马氏体组织以板条或针状结构为主,而对于采用金属增材制造技术加工的高强钢而言,极快的冷却速率、循环热输入和扫描式的加工模式决定了其组织的非平衡性,高能热输入引入的胞结构、元素偏聚、位错塞积及原奥氏体母相组织均区别于传统高强钢。这些与传统减材加工的区别给增材制造高强钢的性能调控和组织强韧化带来了全新挑战,常规后处理工艺与增材高强钢适配性差,亟需依据增材高强钢的微观组织和马氏体相变特点设计更合适的强韧化组织和后处理路线。简析了金属增材制造技术的发展脉络及当前面临的强塑性、强韧性制约瓶颈,归纳了增材制造高强钢中多层级马氏体组织与板条等传统马氏体组织相比所具有的多组元、亚稳态、多尺度特点,以金属增材加工涉及的两个相变过程(凝固和马氏体相变)切入,从高冷速、循环热输入的工艺特点和化学成分梯度、位错分布、母相组织等微观特征阐释这些组织和性能差异性的成因,归纳了成分、热处理、组织设计等对增材高强钢进行改性和强韧化的可行方法,最后总结了当前增材制造高强钢中的马氏体组织研究进展与热点方向,为日后增材制造马氏体高强钢的发展与推广提供借鉴及指导。

关键词：金属增材制造先进高强钢马氏体相变微观组织设计力学性能调控

治疗超声系统中换能器声学性能的声全息法评估

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声学技术 2024年第1期43卷 43-54页

作者：李珊珊白景峰吉翔上海交通大学生物医学工程学院生物医学仪器研究所上海200030 上海Med-X工程技术中心上海200030

换能器的聚焦特性等声学性能是治疗超声系统的重要参数之一,在出厂前和日常维护中须精确测量。目前常用的水听器测量法结果准确,但受声压幅度及测量效率的限制,高功率量程的声功率计造价较高;而基于声全息的表面振动模式测量法可作为高... 详细信息

换能器的聚焦特性等声学性能是治疗超声系统的重要参数之一,在出厂前和日常维护中须精确测量。目前常用的水听器测量法结果准确,但受声压幅度及测量效率的限制,高功率量程的声功率计造价较高;而基于声全息的表面振动模式测量法可作为高声压下水听器和声功率计测量法的补充,测量小声压平面并对高幅度声压焦域进行重建。为评估声全息法的准确性,文章研究了在小声压下使用基于声全息的表面振动模式测量法对声场进行测量和重建,分析该方法与水听器测量结果之间的功率和声压误差,以及影响误差的重要参数。结果表明,基于声全息的表面振动模式测量法可重建得到与水听器直接测量相近的结果,有望对高声压下工作的换能器的声场特性进行评估。

关键词：治疗超声换能器水听器表面振动模式声全息法

基于临床检验指标建立肺腺癌患者浸润程度判别模型

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上海交通大学学报（医学版） 2024年第1期44卷 98-107页

作者：王梦菲杨守志乔永霞黄琳上海交通大学公共卫生学院上海200025 上海交通大学医学院附属胸科医院检验科上海200030 上海市胸部肿瘤研究所上海交通大学医学院附属胸科医院上海200030 上海交通大学生物医学工程学院上海200030

目的·利用肿瘤标志物、凝血功能指标、血常规指标与生化指标等临床易得检验指标,建立非小细胞肺腺癌患者浸润程度的多因素判别模型。方法·回顾性选取2022年上海交通大学医学院附属胸科医院收治的肺腺癌患者,通过多因素Logistic回归分... 详细信息

目的·利用肿瘤标志物、凝血功能指标、血常规指标与生化指标等临床易得检验指标,建立非小细胞肺腺癌患者浸润程度的多因素判别模型。方法·回顾性选取2022年上海交通大学医学院附属胸科医院收治的肺腺癌患者,通过多因素Logistic回归分析筛选预测肺腺癌患者浸润程度的独立影响因素并建立回归模型,同时引入人工智能算法构建判别模型,采用受试者工作特征曲线下面积(area under curve,AUC)评价模型对肺腺癌患者浸润程度的判别能力。结果·共纳入肺腺癌患者202例,分为浸润前病变组(59例)以及浸润性病变组(143例)。多因素Logistic回归分析结果显示,尿素、嗜碱性粒细胞百分比、白蛋白浓度是预测肺腺癌患者浸润程度的独立影响因素(均P<0.05)。预测模型表达式为P=e^(X)/(1+e^(X)),其中X=(0.534×尿素浓度)+(1.527×嗜碱性粒细胞百分比)−(1.916×白蛋白浓度)+6.373。机器学习结果显示,纳入尿素、纤维蛋白原、白蛋白浓度、嗜碱性粒细胞百分比、前白蛋白、癌胚抗原(carcino embryonic antigen,CEA)6个指标时模型判别性能最佳。通过DeLong检验比较8种机器学习算法(分别基于岭回归、最小绝对收缩和选择算子、神经网络、随机森林、k近邻、支持向量机、决策树和自适应增强算法)的判别性能,选择AUC最高的岭回归算法,预测模型AUC为0.744(95%CI 0.656~0.832),敏感度为70.8%,特异度为70.2%。结论·使用尿素、纤维蛋白原、白蛋白浓度、嗜碱性粒细胞百分比、前白蛋白、CEA这6个指标建立综合判别模型,可有效预测肺腺癌患者肿瘤浸润程度,有望为临床肺腺癌分级判别和辅助治疗提供更精确的指导。

关键词：肺腺癌肿瘤标志物凝血功能指标临床生化指标预测判别模型