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VO_(2)薄膜材料的变温光学性质及1550 nm激光防护性能研究

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 150-157页

作者：段嘉欣江林郑国彬丁长春黄敬国刘奕高艳卿周炜黄志明西华大学理学院四川成都610039 中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术重点实验室上海200083 中国科学院宁波材料技术与工程研究所慈溪生物医学工程研究所浙江宁波315201

具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性,以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了20~100℃下可见-近红外波段二氧化钒材... 详细信息

具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性,以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了20~100℃下可见-近红外波段二氧化钒材料的椭偏参数,利用Gaussian、Lorentz模型获取了薄膜在相变前的光学性质,结合Drude模型拟合获取了材料在相变后的光学特性,获取了材料在300~1700 nm之间的变温折射率和消光系数等参数。变功率下1550 nm红外激光透射率的实验测试研究表明,VO_(2)薄膜样品的相变阈值功率为12 W/cm^(2),相变前后透射率由51%减小到15%~17%,开关率为69%。

关键词：激光防护二氧化钒薄膜半导体-金属态相变红外光学性质

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可穿戴超声系统的研究进展

应用声学 2024年第3期43卷 678-688页

作者：宋珅衡佳鸣王宁浩崔崤峣简小华中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 合肥230022 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所苏州215163

近年来伴随着移动医疗的兴起,以及新材料、集成电路、人工智能领域的不断进步,可穿戴设备在医疗领域得到了迅猛的发展。超声技术作为一种快速、简便和安全的诊疗工具,自诞生之日起就在医疗领域有着众多应用。可穿戴超声系统综合了可穿... 详细信息

近年来伴随着移动医疗的兴起,以及新材料、集成电路、人工智能领域的不断进步,可穿戴设备在医疗领域得到了迅猛的发展。超声技术作为一种快速、简便和安全的诊疗工具,自诞生之日起就在医疗领域有着众多应用。可穿戴超声系统综合了可穿戴设备和超声技术的优点,有着巨大的发展空间。该文概述了可穿戴超声系统的发展背景和系统组成,着重介绍了近些年来可穿戴超声系统在医疗监测和治疗领域的应用成果,并对可穿戴超声系统的发展前景进行了展望。

关键词：可穿戴设备超声技术超声监测超声治疗

单光束小型SERF原子磁力计光频移抑制研究

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中国激光 2024年第15期51卷 194-202页

作者：缪柯萱胡涛郭清乾冯晓宇张寅常严杨晓冬中国科学技术大学生命科学与医学部生物医学工程学院(苏州) 安徽合肥230026 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江苏苏州215163 季华实验室广东佛山528200 济南国科医工科技发展有限公司山东济南250102

随着量子操控与光电检测技术的进步,原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展。工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器,具有无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势,被广泛应用... 详细信息

随着量子操控与光电检测技术的进步,原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展。工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器,具有无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势,被广泛应用于诸多领域。而圆偏振抽运光频率失谐产生的光频移现象会对SERF原子磁力计的测量正交性及输出响应产生重要影响。基于自研小型单光束SERF87Rb原子磁力计,提出了一种基于非敏感轴响应分析的光频移抑制方法,精准绘制了光频移曲线,并结合光吸收曲线,分析和确定了SERF原子磁力计的中心共振频率。此外,分析发现,利用该方法对光频移进行抑制可显著降低磁力计测量轴间的耦合串扰,提升测量正交性和敏感轴输出响应,实验结果证明了该抑制方法的有效性。基于上述研究结果,进一步对比发现,抑制光频移可提升自研小型SERF原子磁力计的性能,最终灵敏度在140 Hz的带宽范围内可达13 fT·Hz-1/2,动态范围约为±3 nT。

关键词：医用光学原子磁力计无自旋交换弛豫光频移虚拟磁场正交性

嵌入式系统中运动想象脑-机接口编解码算法综述

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计算机工程与应用 2024年第18期60卷 50-65页

作者：于钦雯周王成戴亚康刘燕山东中医药大学智能与信息工程学院济南250355 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

脑-机接口技术通过在大脑与外部设备之间建立信息传输通路,使用户能够对外部设备进行直接控制。近年来,基于运动想象范式的脑-机接口编解码算法研究在医疗健康、教育娱乐及日常生活设备中的应用范围越来越广,这些算法通常需要嵌入到硬... 详细信息

脑-机接口技术通过在大脑与外部设备之间建立信息传输通路,使用户能够对外部设备进行直接控制。近年来,基于运动想象范式的脑-机接口编解码算法研究在医疗健康、教育娱乐及日常生活设备中的应用范围越来越广,这些算法通常需要嵌入到硬件设备中来满足实际应用的需求。介绍了近年来嵌入式系统中运动想象脑-机接口编解码算法研究现状,从传统机器学习算法和深度学习算法两个角度指出其对应的优缺点。重点介绍四类常用嵌入式平台的代表性设备及其优缺点,并针对不同的应用场景给出相应的硬件选型建议。归纳了更适用于嵌入式脑-机接口系统的评价指标并最终总结了领域内现存的挑战与未来发展方向。

关键词：脑-机接口运动想象脑电信号编解码算法嵌入式系统

基于双参数MRI的深度学习-临床混合模型对临床显著性前列腺癌诊断价值的研究

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磁共振成像 2024年第2期15卷 90-96页

作者：胡尘翰乔晓梦胡冀苏包婕曹昌浩王希明苏州大学附属第一医院放射科苏州215006 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所苏州215006

目的比较基于双参数MRI的深度学习模型和临床模型对临床显著性前列腺癌(clinical significant prostate cancer,csPCa)的诊断价值,并联合深度学习模型和临床指标建立混合模型,探讨混合模型对csPCa诊断效能的提升价值。材料与方法回顾性... 详细信息

目的比较基于双参数MRI的深度学习模型和临床模型对临床显著性前列腺癌(clinical significant prostate cancer,csPCa)的诊断价值,并联合深度学习模型和临床指标建立混合模型,探讨混合模型对csPCa诊断效能的提升价值。材料与方法回顾性分析本院2017年2月至2022年5月共531例因临床怀疑前列腺癌而行术前MRI并行后续穿刺和/或手术病理检查患者的临床及影像资料,其中csPCa 319例,非csPCa 212例。按照8∶2比例随机划分为训练集(425例)和测试集(106例)。手动勾画T2加权成像(T2-weighted imaging,T2WI)、扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)及表观扩散系数(apparentdiffusion coefficient,ADC)图像的感兴趣区后采用DenseNet网络建立深度学习模型,采用单因素和多因素逻辑回归筛选出临床特征后建立临床模型,并使用逻辑回归联合深度学习模型和临床特征建立深度学习-临床混合模型。使用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评估模型性能,使用DeLong检验比较曲线下面积(area under the curve,AUC)。结果逻辑回归分析显示年龄、前列腺特异性抗原(prostate specific antigen,PSA)及前列腺影像报告和数据系统(prostate imaging reporting and data system,PI-RADS)评分为csPCa的独立危险因素。在测试集中,深度学习模型的AUC值为0.90[95%置信区间(confidence interval,CI):0.85~0.96],临床模型的AUC值为0.85(95%CI:0.78~0.92),两者间差异无统计学意义(P=0.245)。深度学习-临床混合模型的AUC值为0.93(95%CI:0.88~0.98),优于临床模型(P=0.034)和深度学习模型(P=0.048)。结论深度学习模型对csPCa的诊断效能与临床模型相当;深度学习-临床混合模型对csPCa的诊断效能最高,具有良好的应用价值,可作为临床诊断csPCa的辅助工具。

关键词：前列腺癌磁共振成像深度学习机器学习诊断效能

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基于流式光片的双色三维成像及图像配准

激光与光电子学进展 2024年第16期61卷 76-82页

作者：李雨蒙张一凡杨光李辉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省医用光学重点实验室江苏苏州215163 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米生物医学研究部江苏苏州215123

流式光片显微成像系统(LS-FIS)能够对斑马鱼等微小模式生物进行高分辨率和高通量的三维成像,在发育生物学和药物筛选领域具有广泛的应用前景。为了研究斑马鱼体内的不同结构之间的相关性,在原单色荧光LS-FIS成像的基础上拓展了双色成像... 详细信息

流式光片显微成像系统(LS-FIS)能够对斑马鱼等微小模式生物进行高分辨率和高通量的三维成像,在发育生物学和药物筛选领域具有广泛的应用前景。为了研究斑马鱼体内的不同结构之间的相关性,在原单色荧光LS-FIS成像的基础上拓展了双色成像功能。首先采用荧光微球完成双通道分辨率的标定,并利用尺度不变特征变换(SIFT)和随机采样一致(RANSAC)算法完成了双通道图像的配准和三维图像重建。进一步对斑马鱼血管和红细胞同时进行成像,获得了受精后4天和受精后9天的斑马鱼幼鱼血管和红细胞分布的三维图像,并对血管红细胞分布情况做了分析与讨论。

关键词：流式光片显微成像双色三维成像图像配准斑马鱼血管与红细胞结构

用于厂级振荡提取的快速最小二乘多元经验模态分解方法

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控制理论与应用 2024年

作者：郎恂杨泽鹏刘燕何冰冰谢磊苏宏业云南大学信息学院中国科学院苏州生物医学工程技术研究所浙江大学控制科学与工程学院

工业控制过程中潜在的厂级振荡行为会导致高废品率、高能耗、降低设备稳定性等问题.为此,提出了一种快速最小二乘多元经验模态分解方法用以高效提取过程输出数据中的厂级振荡分量.该方法首先按照极值点数目和局部波动特征对投影序列作... 详细信息

工业控制过程中潜在的厂级振荡行为会导致高废品率、高能耗、降低设备稳定性等问题.为此,提出了一种快速最小二乘多元经验模态分解方法用以高效提取过程输出数据中的厂级振荡分量.该方法首先按照极值点数目和局部波动特征对投影序列作量化筛选,然后使用主成分分析得到最能代表信号特征的投影序列,最后对得到的序列提取本征模态函数以构建超定线性方程组,并利用最小二乘法求解得到分解结果.仿真信号和实际工业案例的实验结果表明,所提方法有效抑制了模态混叠、失真等问题,同时克服了分解过程中由于计算冗余投影方向而造成的无效耗时问题.

关键词：经验模态分解波动特征主成分分析最小二乘

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激光扫描共聚焦高速显微成像行间错位校正

激光与光电子学进展 2024年

作者：万海滨黄维季林吴爽夏蔚刘玉龙张运海中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州)生命科学与医学部中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室苏州大学附属第二医院

在激光扫描共聚焦显微成像系统中，为了最大程度地提高成像帧速率，需要在振镜往返扫描时采用逐行采样的方式进行成像，这种成像方式会带来图像的行间错位，导致图像质量大幅降低。为解决这个问题，本文从自然图像行间相似度大这个先验... 详细信息

在激光扫描共聚焦显微成像系统中，为了最大程度地提高成像帧速率，需要在振镜往返扫描时采用逐行采样的方式进行成像，这种成像方式会带来图像的行间错位，导致图像质量大幅降低。为解决这个问题，本文从自然图像行间相似度大这个先验知识出发，对错位图像的奇偶行进行互相关计算得到行错位量，并通过基于k均值聚类的算法消除图像暗光区域对错位量计算的影响并计算出总错位量，最后根据扫描成像的过程将图像转换为一维数据，使用基于傅里叶变换的方法在频域对图像数据进行亚像素级的校正。经实验验证，在自主搭建的激光扫描共聚焦成像系统中，本文提出的算法流程在30f/s的高速成像场景中将图像错位量降低了96%，可以有效地校正错位图像，且具有一定的鲁棒性。

关键词：激光扫描共聚焦显微成像错位校正互相关法 k均值聚类傅里叶变换

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基于非对称光束的焦面漂移测量和主动校正

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 214-220页

作者：王浩金鑫李辉刘智颖长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

电动化、智能化的光学显微成像系统需要能够实时测量系统的焦面漂移并进行校正,从而实现对活细胞的长时间观测和全片的病理切片扫描。设计一种探测非对称光束界面反射后的光斑位置从而进行焦面漂移测量的方法。利用ZEMAX软件光学仿真了... 详细信息

电动化、智能化的光学显微成像系统需要能够实时测量系统的焦面漂移并进行校正,从而实现对活细胞的长时间观测和全片的病理切片扫描。设计一种探测非对称光束界面反射后的光斑位置从而进行焦面漂移测量的方法。利用ZEMAX软件光学仿真了反射光斑在不同离焦情况下的光斑形状,搭建了集成化的漂移测量模块并在商用正置显微镜上对其进行了验证。结果表明,针对60×浸油物镜,所提系统的漂移测量精度达250 nm,漂移校正的响应时间小于500 ms,满足了高分辨率长时间成像的要求。

关键词：光学系统自动聚焦轴向漂移非对称光束闭环反馈