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融合结构先验信息的稳态扩散光学断层成像重建算法研究

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物理学报 2013年第1期62卷 173-179页

作者：邓勇张喧轩罗召洋许军杨孝全孟远征龚辉骆清铭华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)Britton Chance生物医学光子学研究中心生物医学光子学教育部重点实验室武汉430074

扩散光学断层成像作为一种无辐射损伤、低成本的光学在体成像技术,有着良好的应用前景,但具有空间分辨率低、难以定量的缺陷.为了提高扩散光学断层成像的分辨率,实现光学参数分布的精确重建,基于有限元方法,提出了融合结构先验信息的稳... 详细信息

扩散光学断层成像作为一种无辐射损伤、低成本的光学在体成像技术,有着良好的应用前景,但具有空间分辨率低、难以定量的缺陷.为了提高扩散光学断层成像的分辨率,实现光学参数分布的精确重建,基于有限元方法,提出了融合结构先验信息的稳态扩散光学断层成像重建算法.该算法以扩散近似作为成像模型,通过软先验的Laplace正则化方法引入由MicroCT提供的空间结构信息.采用伴随法计算Jacobian矩阵,Levenberg-Marquardt方法用来进行迭代优化.仿真结果表明该算法不仅能获得精确的光学参数值分布,而且显著地提高了迭代收敛的速度.

关键词：扩散光学断层成像结构先验信息有限元方法

利用受体漂白荧光共振能量转移技术研究β-分泌酶在活细胞内的二聚化

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生物化学与生物物理进展 2008年第3期35卷 268-273页

作者：陆锦玲储军杨杰曾绍群骆清铭张智红华中科技大学britton chance生物医学光子学研究中心武汉光电国家实验室(筹)武汉430074

β淀粉样肽(Aβ)在阿尔茨海默病(AD)患者脑内的产生、聚集和沉积是AD的一个固有病理特征,也被普遍认为是AD的重要发病机理之一.β-分泌酶(BACE)对淀粉样前体蛋白(APP)的裂解是Aβ产生的关键步骤,β-分泌酶抑制剂是AD药物治疗的一个重要... 详细信息

β淀粉样肽(Aβ)在阿尔茨海默病(AD)患者脑内的产生、聚集和沉积是AD的一个固有病理特征,也被普遍认为是AD的重要发病机理之一.β-分泌酶(BACE)对淀粉样前体蛋白(APP)的裂解是Aβ产生的关键步骤,β-分泌酶抑制剂是AD药物治疗的一个重要发展方向,因此对BACE结构的了解具有重要意义.利用受体漂白荧光共振能量转移(FRET)技术首次在活细胞内研究BACE的二聚化结构.通过基因工程技术分别构建了青色荧光蛋白(CFP)和黄色荧光蛋白(YFP)标记的全长BACE(BACE-FL)和BACE活性部分(BACE-NT),应用共聚焦荧光显微镜和受体漂白FRET技术研究了BACE-FL和BACE-NT在细胞中的表达和定位,以及它们在活细胞内的存在形式.实验结果表明:***-FL在内质网至细胞膜均有表达,主要分布在高尔基体、细胞膜和内体等细胞器中,而BACE-NT则被滞留在内质网里.***-NT是单体结构,而BACE-FL在活细胞内则以二聚体的形式存在.证明,BACE的跨膜序列和C端对BACE的转运和定位具有重要作用,其二聚体结构由这些序列决定,而不由其活性位点决定.

关键词： β-分泌酶二聚化阿尔茨海默病荧光共振能量转移受体漂白

分子与细胞事件的光学可视化——解读2008年诺贝尔化学奖

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生物化学与生物物理进展 2008年第10期35卷 1104-1111页

作者：储军施华杨杰张智红骆清铭华中科技大学-武汉光电国家实验室(筹)britton chance生物医学光子学研究中心武汉430074

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)及其突变体作为报告基因,已被广泛应用于基因表达调控、蛋白质空间定位、生物分子之间相互作用、转基因动物以及药物药效评价和作用机理研究等方面,极大地推动了现代生物学的发展.随着光电... 详细信息

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)及其突变体作为报告基因,已被广泛应用于基因表达调控、蛋白质空间定位、生物分子之间相互作用、转基因动物以及药物药效评价和作用机理研究等方面,极大地推动了现代生物学的发展.随着光电信息技术的不断进步,基于荧光报告基因的光学分子成像技术将在细胞、细胞网络、组织、器官和个体等不同层次实现分子与细胞事件的实时可视化,从而在重大疾病的早期诊断和药物研发中发挥重要作用.

关键词：绿色荧光蛋白GFP 荧光共振能量转移技术(FRET) 多色标记光学分子成像

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中国数字人体男性数学模型建立及外辐射模拟

强激光与粒子束 2013年第1期25卷 182-188页

作者：孙文娟谢添武韩道刘谦华中科技大学武汉光电国家实验室(筹) Britton Chance生物医学光子学研究中心武汉430074

基于"中国数字人男一号"高分辨人体结构数据集,通过最小包围盒方法获取中国数字人体男性体素模型各器官空间位置和尺寸信息,建立了中国数字人体男性数学模型,并通过变形实现了不同身高模型的构建。采用蒙特卡罗方法进行了不同能量下光... 详细信息

基于"中国数字人男一号"高分辨人体结构数据集,通过最小包围盒方法获取中国数字人体男性体素模型各器官空间位置和尺寸信息,建立了中国数字人体男性数学模型,并通过变形实现了不同身高模型的构建。采用蒙特卡罗方法进行了不同能量下光子中子的外部辐射模拟。通过结果对比发现,数学模型与体素模型模拟结果趋势一致,但器官位置和质量对剂量影响较大,低能级下尤为明显。对于不同身高模型,小型个体剂量大于大型个体,深层器官剂量较浅层器官对器官尺寸更为敏感。数学模型定义简单,存储空间小,有利于人体辐射剂量的快速计算。

关键词：数字人体数学模型蒙特卡罗方法剂量计算

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噻酮提高在体大鼠皮肤光透明效果的实验研究

光学学报 2009年第7期29卷 1921-1925页

作者：毛宗珍韩珍珍朱[艹丹] 华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)britton chance生物医学光子学研究中心湖北武汉430074

为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式,将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400(PEG400)的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤,利用CCD拍照进行直观观察,并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果,同时与单纯PEG... 详细信息

为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式,将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400(PEG400)的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤,利用CCD拍照进行直观观察,并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果,同时与单纯PEG400作用进行了,对比。结果表明:混合溶液可以使去除部分角质皮肤在15 min内反射光谱明显下降,并产生显著的光透明效果。30 min后皮肤更加透明;而单纯PEG400以及未去除角质层的完整皮肤均无光透明效果。因此,结合物理方法去除部分角质层、并添加促渗剂噻酮,能以非侵入方式、快速、有效提高PEG400对在体皮肤的光透明效果。

关键词：医用光学光透明效果生物组织光透明技术噻酮在体皮肤

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免疫光子学进展

光学学报 2011年第9期31卷 119-125页

作者：骆清铭张智红武汉光电国家实验室(筹)-华中科技大学britton chance生物医学光子学研究中心湖北武汉430074 华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室湖北武汉430074

光学分子成像是在复杂生物体中同时描述多种分子和细胞功能的最佳手段。作为机体发挥防御、监视和自稳功能的免疫系统,研究者们正面临着如何将其作为一个真正的系统来研究的挑战。免疫光子学是指基于光子学原理和方法的活体免疫光学成... 详细信息

光学分子成像是在复杂生物体中同时描述多种分子和细胞功能的最佳手段。作为机体发挥防御、监视和自稳功能的免疫系统,研究者们正面临着如何将其作为一个真正的系统来研究的挑战。免疫光子学是指基于光子学原理和方法的活体免疫光学成像和免疫光子治疗。以多光子激发显微成像和光声层析成像为代表的高时空分辨活体成像技术,以荧光蛋白为代表的活体长时程标记方法,使得光学分子成像成为引导免疫学研究走向系统化与可视化道路的主力军。本文从免疫学的特点出发,介绍活体光学成像技术和分子探针的发展,综述其在免疫学研究中的应用,并展望免疫光子学今后的发展方向。

关键词：生物光学光子学免疫成像探针

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医学虚拟训练的视觉与触觉场景三维同步匹配

高技术通讯 2008年第2期18卷 196-200页

作者：陈华龚辉曾绍群骆清铭刘谦 britton Chanee生物医学光子学研究中心华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)武汉430074

基于高精度虚拟中国人男性一号数据集和虚拟现实开发工具 Open Inventor,利用由主动式立体眼镜和力反馈设备构建的仿真平台,实现了视觉场景图和触觉场景图的三维同步匹配。论述了开发环境的具体要求,分析了视觉和触觉场景图三维同步匹... 详细信息

基于高精度虚拟中国人男性一号数据集和虚拟现实开发工具 Open Inventor,利用由主动式立体眼镜和力反馈设备构建的仿真平台,实现了视觉场景图和触觉场景图的三维同步匹配。论述了开发环境的具体要求,分析了视觉和触觉场景图三维同步匹配的实现策略,给出了三维同步匹配和注射模拟实验的仿真结果。结果表明,虚拟系统的视觉场景图和触觉场景图的三维同步匹配准确,可实时、快速实现视觉和触觉的立体模式医学虚拟训练。

关键词： Open Inventor GHOST SDK 触觉显示虚拟现实

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子宫病变组织的拉曼光谱研究

光谱学与光谱分析 2008年第10期28卷 2338-2342页

作者：王鹤群吕刚史振志朱■ 华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)britton chance生物医学光子学研究中心湖北武汉430074 华中科技大学附属协和医院湖北武汉430022

拉曼光谱方法可以从分子水平反映组织、细胞在化学成分及分子结构上的差异,现已在细胞、组织的结构、功能及病变等方面的研究工作中取得了重大进展。文章首次利用光纤拉曼光谱仪研究了子宫肌瘤、子宫内膜癌、子宫腺肌症等子宫病变组织... 详细信息

拉曼光谱方法可以从分子水平反映组织、细胞在化学成分及分子结构上的差异,现已在细胞、组织的结构、功能及病变等方面的研究工作中取得了重大进展。文章首次利用光纤拉曼光谱仪研究了子宫肌瘤、子宫内膜癌、子宫腺肌症等子宫病变组织的拉曼光谱,并与对应正常组织的拉曼光谱进行了比较。结果表明:子宫肌瘤组织中甲硫氨酸C—S键振动引起的拉曼峰分裂成为双峰,包括一个由色氨酸振动引起的峰,并出现了一个胡萝卜素引起拉曼峰,这在正常肌层组织中没有体现出来;子宫内膜癌组织在1447cm-1处对应着CH2—CH3的变形振动,表现出组织癌变的特征峰;子宫腺肌症组织在骨架α螺旋C—C键的伸缩振动引起的拉曼峰强度明显弱于正常组织,其由C—O键弯曲振动引起的拉曼峰由正常组织的1160cm-1移至1173cm-1。以上结果进一步证实了拉曼光谱技术能在分子水平有效鉴别不同的子宫病变,这不仅有助于子宫病变的早期诊断,同时,对子宫疾病的基础研究也是至关重要的。而基于光纤的拉曼光谱技术将有望发展成一种高灵敏的诊断技术。

关键词：拉曼光谱子宫肌瘤组织子宫内膜癌子宫腺肌症

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活体颅骨光透明方法及应用(特邀)

光子学报 2022年第8期51卷 246-262页

作者：李东宇俞婷婷朱京谭朱䒟华中科技大学武汉光电国家研究中心 Britton Chance生物医学光子学研究中心&生物医学光子学教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学高端生物医学成像设施武汉430074 湖北光谷实验室武汉430074

颅骨的高散射极大地限制了光学技术在活体脑成像中的应用。开颅窗和磨薄颅骨窗等基于手术的“颅窗”让皮层神经-血管观测成为可能,但各有局限性。近年来发展的活体颅骨光透明技术,以一种更方便、更无创方式建立光透明颅窗。本文主要介... 详细信息

颅骨的高散射极大地限制了光学技术在活体脑成像中的应用。开颅窗和磨薄颅骨窗等基于手术的“颅窗”让皮层神经-血管观测成为可能,但各有局限性。近年来发展的活体颅骨光透明技术,以一种更方便、更无创方式建立光透明颅窗。本文主要介绍活体颅骨光透明的发展及应用:1)颅骨光透明方法;2)基于光透明颅窗的细胞及血管成像;3)透过光透明颅窗,实现皮层光操控,包括结合光动力效应打开血脑屏障或实施靶向栓塞、基于激光损伤的靶向出血性脑卒中建立、以及在光遗传学方面的应用等。最后,对活体颅骨光透明技术未来的发展和应用做出展望。

关键词：活体颅骨光透明光学成像光操控神经血管成像光动力效应