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双示踪正电子发射断层成像的关键技术及进展

光学学报 2022年第17期42卷 157-172页

作者：徐金旻刘华锋浙江大学光电科学与工程学院

正电子发射断层成像（PET）是一种对活体的生理机能进行成像的核医学成像方式。为了全方位地刻画生物体内的生命活动，双示踪PET技术被提出。此技术往往采用交错/同时注射、单次扫描的方式来获得两种示踪剂的放射性浓度分布信息，目前... 详细信息

正电子发射断层成像（PET）是一种对活体的生理机能进行成像的核医学成像方式。为了全方位地刻画生物体内的生命活动，双示踪PET技术被提出。此技术往往采用交错/同时注射、单次扫描的方式来获得两种示踪剂的放射性浓度分布信息，目前主要被应用于肿瘤和神经系统相关疾病的诊断和治疗中。由于两种示踪剂产生的光子能量不可区分，故双示踪PET图像的重建成为重点研究的关键技术之一。从PET的成像原理、示踪剂和双示踪PET重建技术等多个方面进行介绍，并重点讨论各类重建技术的优势和不足。最后，对双示踪PET成像技术在多参数、多模态成像领域中的发展和应用进行展望。

关键词：成像系统正电子发射断层成像双示踪重建动力学建模机器学习

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生物医学光学成像的进展与展望

中国科学：生命科学 2020年第11期50卷 1222-1236页

作者：付玲骆清铭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Britton Chance生物医学光子学研究中心武汉430074 海南大学生物医学工程学院海口570228

光学成像与生物医学领域的交叉融通可追溯至17世纪用显微镜观察微生物开始.几个世纪以来,光学成像不断拓展其内涵与外延,因高分辨、多尺度、多维度、易集成以及低辐射等优势,在生物医学领域的基础研究和临床诊疗中展现出源源不断的生命... 详细信息

光学成像与生物医学领域的交叉融通可追溯至17世纪用显微镜观察微生物开始.几个世纪以来,光学成像不断拓展其内涵与外延,因高分辨、多尺度、多维度、易集成以及低辐射等优势,在生物医学领域的基础研究和临床诊疗中展现出源源不断的生命力,为生命科学信息的获取、处理和可视化提供了变革性科学仪器和科学工具,是人类从认识微观生物体结构到理解动态生命过程的创新源泉.本文从生物医学光学成像的发展现状入手,针对生物医学光学成像技术的几个重要方向,分别阐述了其进展与未来发展趋势.

关键词：光学成像显微成像技术标记技术多尺度多维度临床应用人工智能

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多聚焦显微图像融合算法

激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 322-330页

作者：付宏语巩岩汪路涵张艳微郎松张志郑汉青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医用光学技术研究室江苏苏州215163

在显微成像过程中,受系统景深限制,沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异,同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠,现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合... 详细信息

在显微成像过程中,受系统景深限制,沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异,同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠,现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合算法,首先构造了一种类高斯四邻域梯度算子并结合快速引导滤波,实现高频聚焦信息的提取;同时针对大视场显微图像序列中存在聚焦信息重叠、像素数量大的情况,引入了一种小区域聚焦度量方法,提高了对聚焦清晰区域高频信息提取的能力,实现了多图最佳聚焦点的融合。拍摄3组包括4 mm和2 mm对角线视场的多聚焦显微图像序列进行测试,相较5种常用多聚焦图像融合算法,所提算法的峰值信噪比平均提高了2.4772,结构相似性指数达0.9400以上,对聚焦清晰区域有更好的融合效果,融合图像细节丰富且清晰度高,能够满足大视场多聚焦显微图像融合的准确性要求。

关键词：图像处理多聚焦显微图像引导滤波聚焦信息检测多图融合

融合候选区域提取与SSAE深度特征学习的心脏MR图像左心室检测

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计算机辅助设计与图形学学报 2018年第3期30卷 424-435页

作者：王旭初牛彦敏赵广军谭立文张绍祥重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400040 重庆大学光电工程学院重庆400040 重庆师范大学计算机与信息科学学院重庆401331 中国人民解放军第三军医大学生物医学工程学院数字医学研究所重庆400038

左心室检测在计算机辅助心脏MR图像诊断方面具有重要价值,针对由于成像质量、部分容积效应、目标复杂多变等因素影响,导致左心室自动检测准确度较低的问题,提出一种融合候选区域提取与栈式稀疏自编码器(SSAE)深度特征学习的心脏MR图像... 详细信息

左心室检测在计算机辅助心脏MR图像诊断方面具有重要价值,针对由于成像质量、部分容积效应、目标复杂多变等因素影响,导致左心室自动检测准确度较低的问题,提出一种融合候选区域提取与栈式稀疏自编码器(SSAE)深度特征学习的心脏MR图像左心室检测方法.在候选区域提取阶段,先用超像素算法产生初始区域,然后对SSAE学习到的深度特征采用层次聚类算法生成候选区域;在检测阶段,先使用SSAE提取候选区域的深度特征,然后训练SVM分类器对候选区域进行分类,并使用难分负样本挖掘算法对模型进行调节.对心脏图谱数据集左心室目标检测的实验结果表明,相对于手工特征及基于候选区域等方法,该方法取得了有竞争力的检测精度.

关键词：栈式稀疏自编码器左心室目标检测深度特征学习心脏MR图像 SVM分类器

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基于PPG信号的人体热舒适性研究

计算机应用与软件 2023年第10期40卷 107-113,141页

作者：杨坤徐漫禁陈月明安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230032

环境温度的过高或者过低会对工作学习效率产生一定的负面影响,甚至可能损害人体健康。当前绝大多数环境温度调控策略都努力维持某一普适的温度,并不能满足人们真正的热舒适需求。通过光电容积脉搏波信号预测出人体热舒适状态进而制定温... 详细信息

环境温度的过高或者过低会对工作学习效率产生一定的负面影响,甚至可能损害人体健康。当前绝大多数环境温度调控策略都努力维持某一普适的温度,并不能满足人们真正的热舒适需求。通过光电容积脉搏波信号预测出人体热舒适状态进而制定温度调控策略,能够实时为人们提供最佳的热舒适环境。实验通过采集在不同环境温度条件下人体手指末端的光电容积信号,使用经验模态分解消除呼吸运动干扰,利用Inception&GRU (Gated Recurrent Unit)并行复合模型对脉搏波信号建模。实验结果表明,通过脉搏波信号构建的人体热舒适性模型在训练集上和验证集上分别取得99.92%和97.18%的准确率,达到完美分类。

关键词：光电容积脉搏波人体热舒适经验模态分解 Inception网络 GRU网络

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神经退行性疾病的光学疗法及其应用展望

中国工程科学 2020年第3期22卷 108-116页

作者：魏勋斌周非凡陶乐婵杨思华顾波波北京大学跨学部生物医学工程系北京100191 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院上海200030 深圳大学物理与光电工程学院广东深圳518061 华南师范大学生物光子学研究院暨激光生命科学教育部重点实验室广州510631

神经退行性疾病是由神经元结构或功能逐渐丧失导致认知及运动障碍的一类不可逆损伤性疾病,目前尚无安全有效的治疗方法。探索无创的物理治疗手段在神经退行性疾病中的应用潜力,对疾病缓解与有效控制具有重大的意义。光学疗法是利用光线... 详细信息

神经退行性疾病是由神经元结构或功能逐渐丧失导致认知及运动障碍的一类不可逆损伤性疾病,目前尚无安全有效的治疗方法。探索无创的物理治疗手段在神经退行性疾病中的应用潜力,对疾病缓解与有效控制具有重大的意义。光学疗法是利用光线与组织的相互作用,通过光化学或光物理反应治疗疾病和促进机体康复的方法,具有精准性和微创性的技术特点。其中,弱光治疗作为一种无创光疗类型,在促进伤口愈合、缓解疼痛、炎症消退、组织再生等方面已广泛应用于临床。临床研究也证实弱光治疗能够有效改善神经退行性疾病病患的病理症状,作为一种无创物理疗法,弱光治疗为神经退行性疾病的缓解和有效控制提供了非常具有前景的新方向。本文综述了弱光治疗在神经退行性疾病中的研究进展,并结合光电子技术的发展展望其应用前景,研究提出:需阐明弱光作用机理及量效关系,开发新型弱光治疗技术,完善临床验证体系及评价指标,尽快造福病患,服务社会。

关键词：光学疗法弱光治疗无创疗法神经退行性疾病

单物镜光片三维荧光成像技术研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第6期 243-256页

作者：张一凡李辉杨光中国科学技术大学生物医学工程学院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

光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明... 详细信息

光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明和微镜微器件反射技术为代表的单物镜光片显微技术突破上述限制，展示出在高分辨率和体积高速成像方面的优势，并且可与超分辨显微术等多种技术结合，在近年来取得了巨大发展。介绍单物镜光片显微成像技术的原理、关键性能的提升和其在生物医学的应用。

关键词：生物光学成像光片显微镜三维成像荧光显微镜

基于SAE深度特征学习的数字人脑切片图像分割

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计算机辅助设计与图形学学报 2016年第8期28卷 1297-1305页

作者：赵广军王旭初牛彦敏谭立文张绍祥重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400040 重庆大学光电工程学院重庆400040 重庆师范大学计算机与信息科学学院重庆401331 中国人民解放军第三军医大学生物医学工程学院数字医学研究所重庆400038

针对目前基于数字人脑切片图像的分割算法较少,分割精度和有效性较低等不足,提出一种基于稀疏自编码器(SAE)深度特征学习的分割算法.在特征提取阶段,采用从粗到精两级方式对SAE进行训练,以增强模型学习到的深度特征的鉴别能力;在分类阶... 详细信息

针对目前基于数字人脑切片图像的分割算法较少,分割精度和有效性较低等不足,提出一种基于稀疏自编码器(SAE)深度特征学习的分割算法.在特征提取阶段,采用从粗到精两级方式对SAE进行训练,以增强模型学习到的深度特征的鉴别能力;在分类阶段,使用softmax分类器进行目标分割.对中国可视化人体(CVH)数据集的脑白质分割及三维重建的实验结果表明,相对于其他传统的手工特征(如图像强度特征、方向梯度直方图特征和主成分分析特征),SAE提取的图像深度特征具有更强的鉴别能力,显著地提高了分割精度.

关键词：中国可视化人体数据集脑组织分割稀疏自编码器深度特征 softmax分类器

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情绪影响工作记忆的研究现状与发展动向

中国生物医学工程学报 2017年第6期36卷 724-732页

作者：刘爽仝晶晶郭冬月柯余锋许敏鹏万柏坤明东天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程系天津300072

情绪对知觉、注意、记忆和决策等认知功能起着重要的作用。工作记忆是对信息进行暂时加工和贮存的容量有限记忆系统,在知觉、记忆与人类认知行为之间搭起信息交流的平台。现有研究证明,情绪状态会影响正常人的工作记忆,而情绪障碍性疾... 详细信息

情绪对知觉、注意、记忆和决策等认知功能起着重要的作用。工作记忆是对信息进行暂时加工和贮存的容量有限记忆系统,在知觉、记忆与人类认知行为之间搭起信息交流的平台。现有研究证明,情绪状态会影响正常人的工作记忆,而情绪障碍性疾病患者的工作记忆易受负性情绪影响而受到损伤,所以情绪与工作记忆的关系,特别是情绪对工作记忆的影响一直是认知心理学、认知神经科学的研究热点。研究情绪如何影响工作记忆,从情绪与工作记忆基本概念入手,分别综述其相关生理机制、经典理论、常用实验范式和已有研究成果,最后讨论其存在问题并预测其发展动向。

关键词：情绪工作记忆脑电事件相关电位