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一种基于相位矫正的光声泵浦成像拟合方法

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：谢卓君钟洪文刘闰香王波中南大学基础医学院生物医学工程系

目的光声泵浦成像可以有效排除传统光声成像中血液背景信号的干扰，实现深层组织内微弱的磷光分子及其三重态寿命的成像。然而，光声泵浦成像中背景差分噪声常常导致磷光分子浓度和三重态寿命的拟合结果偏大。为此，本文提出了一种新... 详细信息

目的光声泵浦成像可以有效排除传统光声成像中血液背景信号的干扰，实现深层组织内微弱的磷光分子及其三重态寿命的成像。然而，光声泵浦成像中背景差分噪声常常导致磷光分子浓度和三重态寿命的拟合结果偏大。为此，本文提出了一种新型的应用于光声泵浦成像中的三重态寿命拟合方法，通过提取三重态差分信号和背景噪声的相位，以有效矫正背景噪声造成的拟合偏差。方法通过数值仿真、仿体和活体实验，分别验证了新提出算法的优势和可行性。结果数值仿真中，在噪声强度为信号幅值10%的条件下，新方法可将拟合偏差从48.5%优化到5%左右，并有更高的可决系数（0.88>0.79），极大地提高了拟合精度。仿体实验证明了光声泵浦成像对磷光分子高特异性成像的能力。活体实验验证了本文提出的新拟合方法在裸鼠肿瘤的光动力治疗中拟合磷光寿命以监测氧分压含量的可行性。结论本工作对于光声泵浦成像在生物医学中的应用将起到重要的推进作用。

关键词：光声泵浦成像寿命拟合相位矫正氧分压

用于深层组织分子成像的小型化光声/超声内窥成像探头

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物理学报 2024年

作者：张嘉禧李凌峰钟洪文肖嘉莹中南大学基础医学院生物医学工程系

结直肠癌是全球癌症死亡的主要原因之一，常用的光学或超声消化道内镜仍然存在穿透深度低、对比度差、功能/分子成像能力不足等问题。本文介绍了一种小型化的手持式光声/超声双模态内窥探头，旨在克服现有技术在穿透深度和分子成像能力... 详细信息

结直肠癌是全球癌症死亡的主要原因之一，常用的光学或超声消化道内镜仍然存在穿透深度低、对比度差、功能/分子成像能力不足等问题。本文介绍了一种小型化的手持式光声/超声双模态内窥探头，旨在克服现有技术在穿透深度和分子成像能力方面的限制。实验结果表明，该探头在组织12 mm深度下分别达到了345 μm的光声横向分辨率和185 μm的超声横向分辨率，并具有良好的对复杂结构目标成像的能力。本文还利用泵浦探测技术排除了血液背景的干扰，实现了肿瘤深层组织内亚甲基蓝分子的高特异性成像。这种小型化手持式光声/超声双模态内窥探头兼具大成像深度、高空间分辨和高特异性分子成像的特点，有望成为结直肠癌等消化道肿瘤诊断的重要工具，为早期诊断和治疗监测提供强有力的支持。

关键词：光声内窥成像多模态泵浦探测分子影像

构建改进RT-DETR算法检测隐形眼镜环状波纹缺陷

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电子测量与仪器学报 2024年第5期38卷 1-9页

作者：刘亚蒙赵友全孙振涛陈宸天津大学医学院生物医学工程系天津300072

环状波纹是隐形眼镜制造过程中水凝胶材料分布不均匀造成的、在镜体边沿向内环形收缩的表面缺陷,因在投影检测中难以发现而造成产品质量不良,环状波纹缺陷检测是隐形眼镜产品制造的技术难题之一。本文根据该缺陷特征,搭建了圆环光源照... 详细信息

环状波纹是隐形眼镜制造过程中水凝胶材料分布不均匀造成的、在镜体边沿向内环形收缩的表面缺陷,因在投影检测中难以发现而造成产品质量不良,环状波纹缺陷检测是隐形眼镜产品制造的技术难题之一。本文根据该缺陷特征,搭建了圆环光源照明成像系统,采集了环状波纹缺陷图像模型数据库,引入了一种基于改进RT-DETR的隐形眼镜环状波纹缺陷轻量级检测算法。首先,将RT-DETR原始ResNet18主干提取网络中的BasicBlock替换为轻量级FasterNetBlock。然后,在RT-DETR的Neck部分加入SimAM三通道注意力机制,提高模型的准确度。最后,将GIoU替换为MPDIoU损失函数加快收敛速度,提高检测精度。实验结果表明,相比于原始的RT-DETR算法,改进后的RT-DETR算法在隐形眼镜环状波纹数据库上的mAP@0.5达到了94%,提高了3.1%,Params和FLOPs相比于原始的算法分别降低了15.6%和13%。该算法极大地减小了计算量,有效提高了隐形眼镜环状波纹缺陷的均值平均精度,有望突破隐形眼镜环状波纹缺陷在线检测的技术难题。

关键词：隐形眼镜环状波纹表面缺陷检测 RT-DETR

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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

Cr^(3+)掺杂Ca_(4)HfGe_(3)O_(12)宽带近红外荧光粉的发光特性及应用

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无机化学学报 2024年第2期40卷 345-352页

作者：绳星星肖峰吕锦彬新疆第二医学院生物医学工程学院克拉玛依834000

近红外荧光粉在生物活体成像领域展现出重要的应用前景。但活体成像用近红外荧光粉存在种类匮乏、耐温性差等瓶颈问题。采用固相法合成了宽带近红外Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):xCr^(3+)(0≤x≤0.09)荧光粉。X射线衍射和能谱分析的结果表明Cr^... 详细信息

近红外荧光粉在生物活体成像领域展现出重要的应用前景。但活体成像用近红外荧光粉存在种类匮乏、耐温性差等瓶颈问题。采用固相法合成了宽带近红外Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):xCr^(3+)(0≤x≤0.09)荧光粉。X射线衍射和能谱分析的结果表明Cr^(3+)离子成功进入Ca_(4)HfGe_(3)O_(12)晶格。在469 nm蓝光激发下,Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):xCr^(3+)荧光粉发射出690~1200 nm的宽带近红外光,峰值波长为825 nm(4T2-4A2),半高宽达到141 nm,Cr^(3+)掺杂最佳浓度为0.03。依据激发光谱峰形和寿命衰减行为,证实Cr^(3+)仅占据基质中一种阳离子格位。Ca_(4)HfGe_(3)O_(12):0.03Cr^(3+)荧光粉的荧光量子效率为33.63%,该荧光粉发射光谱在400 K下的积分面积为室温下的60.5%,表明该样品具有优良的热稳定性。采用自制近红外荧光粉转换器件照射人手掌和滤波片遮挡的水果,观察到清晰地静脉血管和遮挡水果的轮廓。

关键词：热稳定性 Ca_(4)HfGe_(3)O_(12) 近红外荧光粉 Cr^(3+)离子发光材料

石墨烯柔性生物传感技术与可穿戴式精准医疗健康监护应用

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中国激光 2024年第9期51卷 215-226页

作者：杨晗王铈弘钟豪黄乐阳赵建鑫吕文琦毛则尹邓安妮石艺璇黄琴王一璐黄国亮清华大学生物医学工程学院北京100084

可穿戴柔性电子技术是医疗健康监测,尤其是心血管疾病监测的重要发展方向之一。脉搏波是评估心血管健康的重要信息来源,但它属于非平稳弱信号,对检测端的灵敏度与稳定性具有较高要求。为解决可穿戴健康监测的柔性传感关键技术问题,设计... 详细信息

可穿戴柔性电子技术是医疗健康监测,尤其是心血管疾病监测的重要发展方向之一。脉搏波是评估心血管健康的重要信息来源,但它属于非平稳弱信号,对检测端的灵敏度与稳定性具有较高要求。为解决可穿戴健康监测的柔性传感关键技术问题,设计并开发了具有多级分支微结构的石墨烯柔性压力传感器,显著提高了对脉搏波的传感性能,并构建了可穿戴柔性传感脉搏波健康监测系统,建立了基于单点桡动脉脉搏波和Transformer架构的类感知无袖带血压监测算法,对人体收缩压和舒张压的预测误差分别为(0.7±10.5)mmHg和(0.5±6.1)mmHg。本工作可以为心血管健康动态监测系统与应用研究、可穿戴式精准医疗健康监护提供重要技术支持。

关键词：石墨烯柔性压力传感器脉搏波可穿戴设备无袖带血压测量

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基于半监督神经网络的弹性模量分布重建

生物医学工程学杂志 2024年第2期41卷 262-271页

作者：张潇彭博王锐魏星月罗建文西南石油大学计算机与软件学院成都610500 清华大学医学院生物医学工程系北京100084

在超声弹性成像中,准确重建组织弹性模量分布是一项重要挑战。现有的基于深度学习的全监督重建方法在训练中只使用了添加噪声的计算机仿真位移数据,不能完全模拟在体超声数据的复杂性和多样性。因此,本研究在训练中引入对在体超声射频... 详细信息

在超声弹性成像中,准确重建组织弹性模量分布是一项重要挑战。现有的基于深度学习的全监督重建方法在训练中只使用了添加噪声的计算机仿真位移数据,不能完全模拟在体超声数据的复杂性和多样性。因此,本研究在训练中引入对在体超声射频信号追踪得到的位移数据(即真实位移数据),对模型进行半监督训练,旨在提高网络的预测准确度。实验结果显示,在仿体实验中,加入了真实位移数据的半监督模型的平均绝对误差和平均相对误差均在3%左右,而全监督模型的相应数据在5%左右。在处理真实位移数据时,半监督模型预测错误区域明显少于全监督模型。本文研究结果证实了所提方法的有效性和实用性,为在体超声数据在弹性模量分布重建的深度学习方法中的使用提供了新思路。

关键词：半监督反问题深度学习弹性模量分布重建

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纳米酶在脑疾病治疗中的应用

化学进展 2024年第1期36卷 18-26页

作者：孟子楹王杰王嘉璞魏延黄棣梁紫微太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程系纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030024

近年来,作为新一代人工酶的纳米酶,凭借着优于天然酶的多酶活性、高稳定性和靶向性等特点逐步进入医学领域,又因对活性氧的调控作用而被应用于多种疾病及癌症的治疗。脑类疾病作为病死率最高的疾病之一,病理环境中存在过多的活性氧,易... 详细信息

近年来,作为新一代人工酶的纳米酶,凭借着优于天然酶的多酶活性、高稳定性和靶向性等特点逐步进入医学领域,又因对活性氧的调控作用而被应用于多种疾病及癌症的治疗。脑类疾病作为病死率最高的疾病之一,病理环境中存在过多的活性氧,易产生复杂的炎症反应。因此,将纳米酶应用于脑部环境或成为有效的脑疾病监测和治疗手段。本文综述了纳米酶应用于脑疾病治疗的原理及近年来该领域的研究现状,包括纳米酶通过调控活性氧的水平诱导癌细胞凋亡、纳米酶辅助传统抗癌疗法、纳米酶借助膜蛋白进行脑癌监测以及在创伤性脑损伤、脑卒中、大脑退行性疾病、脑型疟疾和癫痫中的应用。最后,对其应用于临床治疗所面临的问题进行了讨论。

关键词：纳米酶活性氧脑癌脑损伤阿尔茨海默病

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钛植入物表面抗菌涂层的研究进展

生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 191-198页

作者：贺旭宏郭柴琼刘轩妤王玉辉梁紫微连小洁胡银春黄棣(综述) 魏延(审校) 太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程系纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024 太原理工大学生物医学工程研究所太原030024

近年来,钛及钛合金等骨植入材料以其卓越的机械性能和良好的生物相容性广泛应用于生物医学领域。然而在临床实践中,细菌在材料表面的黏附以及术后感染问题可能导致植入失败。根据抗菌机制,本文从抗细菌黏附、接触杀菌和光控杀菌等方面... 详细信息

近年来,钛及钛合金等骨植入材料以其卓越的机械性能和良好的生物相容性广泛应用于生物医学领域。然而在临床实践中,细菌在材料表面的黏附以及术后感染问题可能导致植入失败。根据抗菌机制,本文从抗细菌黏附、接触杀菌和光控杀菌等方面详细阐述了钛植入物的抗菌表面设计。通过采用不同技术对钛或基于钛的合金植入物进行表面修饰,抑制细菌黏附并促进骨整合,将扩大多功能钛基植入物在骨科领域的应用范围。

关键词：钛植入物生物相容性抗菌能力金属离子抗菌