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2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1122-1129页

作者：朱永斌马圣洁程庭清王礼陈月明江海河安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230032 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所安徽合肥230031 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为... 详细信息

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。

关键词：转镜调Q 固体激光器 Er Cr:YSGG激光 Arduino 氙灯泵浦

结构光照明超分辨荧光与旋转相干散射双模态成像

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激光与光电子学进展 2024年

作者：孙玮刘更亮文刚陈晓虎梁永李辉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

超分辨荧光成像方法可以对不同亚细胞器进行纳米尺度的结构观测，其特异性来源于荧光标记，无标记成像方法避免了染色过程对样品本身带来的可能影响，但是丧失了特异性，因此二者具有互补性，各自有其独特的优势和应用范围。在同一仪器... 详细信息

超分辨荧光成像方法可以对不同亚细胞器进行纳米尺度的结构观测，其特异性来源于荧光标记，无标记成像方法避免了染色过程对样品本身带来的可能影响，但是丧失了特异性，因此二者具有互补性，各自有其独特的优势和应用范围。在同一仪器集成两种不同的成像技术将拓宽其应用场景。本文结合结构光照明超分辨显微技术（Structured illumination microscopy, SIM）和旋转相干散射显微成像技术（Rotating coherent scattering, ROCS），搭建了一套可以在两种模式之间任意切换的双模态显微成像系统。使用荧光微球标准样品和PANC-1胰腺癌细胞样品对系统进行了测试，在SIM和ROCS通道分别得到了111nm和145nm的空间分辨率，并且可以达到100Hz左右的成像速度。该系统具备高时空分辨率的荧光和无标记成像功能，为细胞生物学的研究提供了更多的便捷与可能。

关键词：超分辨显微成像无标记显微成像结构光照明显微镜旋转相干散射显微技术

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一种紧凑型固态Marx发生器的研究

强激光与粒子束 2024年第2期36卷 35-41页

作者：姚皓伟李孜王永刚姜松饶俊峰上海理工大学机械工程学院上海200093 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构,将其门极也短接,以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案,只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号,同步驱动所有充电管和放... 详细信息

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构,将其门极也短接,以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案,只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号,同步驱动所有充电管和放电管,大幅简化了脉冲电源结构和尺寸,降低了成本。以此搭建了24级固态Marx发生器,在10 kΩ阻性负载上,获得了10 kV、1 kHz、5μs的高压方波脉冲,验证了方案的可行性,该电源主电路的尺寸仅为20 cm(长)×13 cm(宽)×5.5 cm(高)。

关键词：脉冲电源 Marx发生器高压脉冲同步驱动方波脉冲

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带反偏置的双路高压脉冲电源的研究

强激光与粒子束 2024年第3期36卷 134-141页

作者：李孜张迪姜松王永刚饶俊峰上海理工大学机械工程学院上海200093 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个... 详细信息

通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果,随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题,并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机,实验表明,其可以在容性负载上产生一路幅值为0~1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0~-200 V的反向偏置电压,和一路幅值为0~-1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压负脉冲,频率高达10 kHz,正负脉冲的前沿均小于30 ns,脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑,并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。

关键词：高压脉冲电源脉冲发生器脉冲电场方波脉冲谐振充电

基于原位延时成像算法的快速抗菌药物敏感性测试方法

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微生物学报 2024年

作者：高千惠徐亦雯陈弘毅胡慧杰蒙思宇张长松王婷张志强宋一之中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州) 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所南京大学医学院附属苏州医院(苏州科技城医院)检验科

【目的】每年有700多万人因抗生素使用不当或不及时而死于细菌感染。抗菌药物敏感性测试(antimicrobial susceptibility test， AST)在临床上被用于指导抗生素治疗，传统的临床检测方法至少需要16-20 h才能获得检测结果，存在局限性。... 详细信息

【目的】每年有700多万人因抗生素使用不当或不及时而死于细菌感染。抗菌药物敏感性测试(antimicrobial susceptibility test， AST)在临床上被用于指导抗生素治疗，传统的临床检测方法至少需要16-20 h才能获得检测结果，存在局限性。开发基于细菌形态分析的新型快速AST方法，有助于提高诊断效率，为危急重症的细菌感染患者提供及时的治疗。【方法】我们开发了一种原位微菌落延时成像技术，将细菌孵育、抗生素给药、显微成像和图像处理算法相结合。通过成像设备和算法两个维度对齐图像，原位追踪不同浓度抗生素作用下菌落的形态变化，从而判断药敏结果。【结果】经过实验验证，该技术对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有效，可在2 h内测定最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration， MIC)，与临床金标准方法结果一致。【结论】本研究的快速AST方法显著缩短了获得AST报告的时间，并且有望用于更广泛的菌株和抗生素组合。

关键词：霍夫变换细菌形态图像识别快速药敏原位孵育

基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌无复发生存期预测

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生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 205-212页

作者：胡伦瑜夏威李琼高欣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) 合肥230026 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163 中山大学肿瘤防治中心影像科广州510060 济南国科医工科技发展有限公司济南250101

计算机断层成像(CT)是肺腺癌诊断与评估的重要工具,利用CT图像预测肺腺癌患者手术后的无复发生存期(RFS)对于术后治疗方案的制定具有重要意义。针对CT图像的肺腺癌RFS精准预测难题,本文提出了一种基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌... 详细信息

计算机断层成像(CT)是肺腺癌诊断与评估的重要工具,利用CT图像预测肺腺癌患者手术后的无复发生存期(RFS)对于术后治疗方案的制定具有重要意义。针对CT图像的肺腺癌RFS精准预测难题,本文提出了一种基于自监督预训练和多任务学习的肺腺癌RFS预测方法。采用“图像变换—图像恢复”的自监督学习策略,在公开肺部CT数据集上对3D-UNet网络进行自监督预训练解析肺部图像的通用视觉特征,通过分割与分类的多任务学习策略进一步优化网络特征提取能力,引导网络提取与RFS相关的图像特征,同时设计多尺度特征聚合模块以充分聚合多尺度的图像特征,最后借助前馈神经网络预测肺腺癌RFS风险评分。通过十折交叉验证评估所提方法的预测性能。结果显示,所提方法预测RFS的一致性指数(C-index)与预测三年内是否复发的曲线下面积(AUC)分别达到0.691±0.076与0.707±0.082,预测性能优于现有方法。综上,本研究所提方法在肺腺癌患者RFS预测方面表现出潜在的优越性,有望为个体化治疗方案的制定提供可靠依据。

关键词：计算机断层成像肺腺癌术后复发自监督学习多任务学习

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基于光遗传学技术的脑机接口研究进展

中国生物医学工程学报 2024年第2期43卷 204-213页

作者：孟兆阳蒲江波李向宁华中科技大学武汉光电国家研究中心生物医学光子学教育部重点实验室武汉430074 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192 海南大学生物医学工程学院海南省生物医学工程重点实验室海南三亚572025

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点... 详细信息

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点。综述了光遗传学脑机接口在动物实验中的应用,以及在闭环调控脑区活动、反馈虚拟感觉和脑-脑交互等方面取得的研究进展;介绍了集成化和微型化新型光遗传学接口的研究前沿;总结了光遗传学脑机接口面临的挑战,以及探讨在多模态脑活动监测和脑-机智能等方向的发展前景。

关键词：神经工程脑机接口光遗传学闭环反馈

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

基于交互力模糊识别的上肢康复机器人模式调整控制策略研究

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 90-97页

作者：李国宁陶亮孟京艳叶思佳冯光赵大正胡阳唐敏宋涛伏荣真左国坤张佳楫施长城中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 慈溪生物医学工程研究所浙江宁波315300 中国科学院大学北京100049 宁波市康复医院浙江宁波315040 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 医用植介入材料浙江省工程研究中心浙江宁波315300

在上肢康复机器人辅助训练过程中,对于软瘫期脑卒中患者通常采用被动训练策略。为了激发患者的主动康复意愿,对于逐渐具备主动发力能力的患者,康复治疗师会采用机器人助动训练策略。本文针对末端牵引式上肢康复机器人,提出一种基于交互... 详细信息

在上肢康复机器人辅助训练过程中,对于软瘫期脑卒中患者通常采用被动训练策略。为了激发患者的主动康复意愿,对于逐渐具备主动发力能力的患者,康复治疗师会采用机器人助动训练策略。本文针对末端牵引式上肢康复机器人,提出一种基于交互力模糊判别的人体上肢运动功能评估方法以及按需辅助的人机交互控制策略。首先设计了基于计算力矩控制器的被动训练和结合势能场的助动训练模式,然后将训练过程中三维力传感器采集的交互力信息引入至模糊推理系统中,提出了主动参与度σ,并设计相应的辅助策略算法实现两种训练模式的自适应调整。最后通过试验证明了主动参与度σ与表面肌电信号之间的相关性。并且,相较于仅通过交互力大小进行模式调整的控制策略,该方法具有更快的响应速度,使机器人在训练过程中更具安全性。

关键词：上肢运动功能评估按需辅助模糊判别主动参与度相关性分析