1 赋同量子科技（浙江）有限公司，浙江 嘉兴 314100
2 集成电路材料全国重点实验室，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
自2001年被发明以来，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）迅速成长为近红外波段的明星光子探测器，其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%，暗计数率低于1 cps（counts per second），时间抖动优于10 ps，探测速率高于1 GHz，并广泛应用在量子信息领域。近年来，研究人员开始将SNSPD引入到生物领域，以替代在近红外波段具有低信噪比、多后脉冲的半导体单光子探测器。本文将介绍SNSPD的探测原理和性能指标，并系统地阐述SNSPD在生物领域中的应用现状和发展前景。
超导纳米线单光子探测器 共聚焦显微镜 单线态氧检测 漫反射光谱 荧光寿命成像 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0104002
1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京100076
激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明：该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。
共焦显微系统 光斑中心定位 滤波降噪 聚类分析 形态学 confocal microscope system spot center positioning filtering and noise reduction cluster analysis morphology
1 天津工业大学 电子与信息工程学院，天津300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津300387
3 天津医科大学眼科医院 眼视光学院，天津0084
4 国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心，天津30038
5 天津市视网膜功能与疾病重点实验室，天津300384
6 北京大学人民医院眼科，北京100044
7 瑞达昇医疗科技有限公司，北京101100
通过拼接角膜神经图像可以减小显微图像视场小的影响。由于显微图像存在渐晕效果，拼接图像会在拼接处产生伪影，影响医生诊断。为解决拼接图像的渐晕伪影问题，提出了一种通过非线性多项式函数建模进行图像渐晕校正的方法。首先，对单张角膜神经图像建立渐晕模型，设置符合渐晕物理性质的约束条件，利用L-M优化算法对渐晕模型参数进行迭代优化。在每次迭代优化过程中，计算对数信息熵，对当前渐晕模型的校正效果进行判断，防止图像过度校正。迭代优化结束后，将渐晕模型反向补偿原图像，完成渐晕校正处理。通过对比校正前后的拼接图像，校正后图像在拼接处无明显的渐晕伪影。实验测试5组不同患者的图像，校正后图像MSE、PSNR、SSIM评估指标平均值分别达到0.004 2、72.225 1 dB、0.960 0，具有最佳的校正效果。本文算法的校正效果明显优于其他同类算法的校正效果。该方法能够有效地对角膜图像渐晕效果进行校正，无须提前设置固定的相机和环境亮度参数。校正后图像拼接效果良好，可获得更加准确、清晰、视野范围大的角膜神经拼接图像。
计算机视觉 角膜神经显微图像 渐晕校正 共聚焦显微镜 对数信息熵 computer vision corneal nerve microscopy images vignetting correction confocal microscope logarithmic information entropy 光学 精密工程
2022, 30(20): 2479
1 中国航空工业集团公司 北京长城计量测试技术研究所，北京00095
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院， 北京100191
3 东莞材料基因高等理工研究院 应力测量技术研究所， 广东东莞52808
为了精确测量边缘产生凸起的超显微硬度压痕，采用高分辨率且能获得压痕三维形貌的激光扫描共聚焦显微镜，获得压痕边缘复杂的三维凸起结构。对压痕的三维形貌数据进行分析，利用压痕对角线方法提取压痕的4个角点，计算超显微硬度。然而，压痕对角线法并不能反映残余压痕的复杂结构，尤其是边缘凸起结构。在测量压痕三维形貌的基础上，为寻找更符合接触力学和压痕形成规律的压头与试样的接触面积，提出了基准平面的概念。通过对压痕面积函数进行微分，寻找最优的基准平面位置，既考虑压痕的边缘凸起，也能很好地反映接触面积。实验结果表明，通过接触力学规律寻找到的最优基准平面测量硬度，其测量误差小于±1.5%、稳定性小于1%。基准平面法可以稳定且准确地得到更符合硬度定义的硬度值。
共聚焦显微镜 凸起式 超显微硬度 接触力学 基准平面 confocal microscope pile-up ultra-micro hardness contact mechanics datum plane
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
熔融石英光学元件的亚表面缺陷直接影响着其成像质量及激光损伤阈值等指标。相比缺陷的二维截面大小以及深度信息,亚表面缺陷三维轮廓及缺陷体积的定量检测结果可以用来更准确地评估熔融石英光学元件的加工质量。结合共聚焦显微镜的成像原理,使用共聚焦显微镜进行了熔融石英样品层析扫描实验。通过对亚表面缺陷图像特点的分析,提出了适用熔融石英元件亚表面缺陷的三维重建算法。提出的算法在亚表面缺陷重建效率与精度上均优于其他三维重建方法。根据重建后缺陷的统计结果,定量获得了熔融石英样品亚表面缺陷的完整三维信息。
材料 熔融石英 亚表面缺陷 三维重建 激光共聚焦显微镜
1 集美大学诚毅学院, 福建 厦门 361021
2 闽南师范大学物理与信息工程学院, 福建 漳州363099
3 福建师范大学光电与信息工程学院, 医学光电科学技术教育部重点实验室,福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
本文以亚心形扁藻为样品, 波长1 341 nm的Nd∶YAP激光为光源, 通过激光共聚焦扫描显微技术, 研究Nd∶YAP激光辐照亚心形扁藻对亚心形扁藻叶绿体自体荧光强度和叶绿体面积大小的影响。Nd∶YAP激光辐照后的亚心形扁藻通过488 nm Ar+激光激发获得亚心形扁藻自体荧光图像及其荧光光谱。结果表明,试验中除(10 W, 60 s)辐照剂量组外, 其余辐照剂量组均提高了亚心形扁藻的自体荧光强度, 且所有的辐照剂量组均增大了亚心形扁藻的叶绿体面积。Nd∶YAP激光可刺激亚心形扁藻的叶绿体发育, 促进藻细胞的生长, 改善叶绿体光合作用的活性。
荧光光谱 自体荧光强度 激光共聚焦扫描 亚心形扁藻 叶绿体面积 fluorescence spectrum autofluorescence intensity laser scanning confocal microscope Platymonas subcordiformis chloroplast area
Author Affiliations
Abstract
1 New Drugs Innovation Institute Wuhan University of Science and Technology Wuhan 430065, P. R. China
2 Hubie Provincial Key Laboratory of Occupational Hazard Identification and Control Wuhan University of Science and Technology Wuhan 430065, P. R. China
3 Department of Pharmacy, Wuhan Asia Heart Hospital Wuhan, Hubei Province 430000, P. R. China
4 Department of Rehabilitation Medicine China Resources & WISCO General Hospital Wuhan 430080, P. R. China
5 Department of Biomedical Engineering School of Medicine and School of Engineering The University of Alabama at Birmingham Birmingham, AL 35294, USA
6 Shanghai University of Medicine and Health Sciences Shanghai 200000, P. R. China
To investigate the effect of Myocardin-related transcription factor A (MRTF-A) on apoptosis induced by ischemic/reperfusion (I/R), middle cerebral artery occlusion /reperfusion (MCAO/R) in rats were applied to mimic I/R. The neurological deficit score, cerebral infarct size, cortical neuron apoptosis and cleaved caspase 3 level were evaluated to determine the effect and the level of apoptosis by TTC straining, terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) straining, Western blot and immunofluorescence staining. The myeloid cell leukemia-1 (Mcl-1) expression, release of cytochrome C (Cyt C) and its colocalization with apoptotic protease activating factor-1 (Apaf-1) were analyzed by quantitative real-time PCR (qRT-PCR), Western blot, and immunofluorescence staining. The results showed that MRTF-A overexpression could decrease the neurological deficit score and reduce cerebral infarct size (P < 0.01 versus Sham). In the MRTF-A-I/R group, TUNEL-positive cells and apoptosis ratio (%) (51.61 ± 6.17%) were significantly decreased compared to the Neg-I/R group (76.45 ± 8.77%) at 24 h reperfusion. Meanwhile, the cleaved caspase 3 expression revealed a similar trend while the expression of Mcl-1 was the opposite. Moreover, MRTF-A overexpression significantly enhanced Mcl-1 fluorescence intensity, which up-regulated the mRNA and protein level (P < 0.05 or P < 0.01 versus Neg-I/R). Furthermore, MRTF-A overexpression markedly inhibited the release of Cyt C, and decreased the colocalization with Apaf-1 in the cytoplasm (P < 0.05 or P < 0.01 versus Neg-I/R). All the data indicated that MRTF-A overexpression could improve the neurological function against cerebral I/R-induced apoptosis since underlying mechanism might be involved in the Mcl-1/Cyt C/cleaved caspase 3 signaling pathway.
Stroke animal model immunofluorescence staining laser scanning confocal microscope Journal of Innovative Optical Health Sciences
2019, 12(6):
广西大学 计算机与电子信息学院,南宁 530004
为了获取作者所在实验室数字共焦显微镜光学系统实验3维点扩散函数, 采用荧光微珠模拟点光源, 利用该显微镜对荧光微珠不同散焦量的切片图像进行采集, 采用多图像平均法对切片图像进行降噪处理, 以此构建显微镜光学系统的实验3维点扩散函数。以该实验点扩散函数进行3维显微图像复原, 并与理论点扩散函数的复原效果进行了比较。结果表明, 两种点扩散函数对图像复原时均获得良好的复原效果, 但是以正确实验方法获取的实验3维点扩散函数, 更符合该光学系统的光学传递特性, 复原效果更准确。所构建的实验3维点扩散函数, 为下一步的生物显微图像复原处理提供了一种较好的选择, 为数字共焦显微镜实验3维点扩散函数的构建提供了一种有效的方法。
图像处理 3维点扩散函数 荧光微珠 数字共焦显微镜 image processing 3-D point spread function fluorescent microsphere digital confocal microscope
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
线扫描共聚焦成像技术基于共聚焦成像原理,使用线光束一维扫描照明样品以提高成像速率;通过共焦狭缝滤除样品成像光束中的非聚焦层面杂散光,提高成像分辨率和对比度;近年来,该技术因分辨率高、成像快、成像视场大、系统结构简单等优点而在生物医学成像中的应用越来越广泛。介绍了线扫描共聚焦成像技术的基本原理,列举了成像系统的主要参数及其影响因素,并举例说明了其在生物医学成像,尤其是眼底成像和生物组织细胞观察等方面的应用,最后总结了该技术的优缺点及其应用前景。
显微 线扫描共聚焦 共聚焦显微镜 眼底成像 生物医学成像 在体成像 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 050003
1 中国计量科学研究院, 北京 100013
2 河南理工大学 机械与动力工程学院, 河南 焦作 454000
为了合理评定激光扫描共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope, LSCM)的测量性能, 提出了一种用于检验LSCM计量特性的测试方法。首先, 依据LSCM成像原理, 对其技术特点, 特别是轴向分辨率和横向分辨率等进行了理论分析; 然后对其计量特性的参数指标进行了归纳, 并提出相应的性能测试方法。具体包括采用线间隔为微纳米级的网格板等作为标准器, 测试LSCM的放大倍数和光学横向分辨率; 采用纳米级高度台阶样板测试LSCM的光学轴向分辨率和轴向定位特性; 采用激光干涉仪测试样品台工作性能等。实验证明: 该方法能够满足当前普遍应用的LSCM的性能测试需求。
激光扫描共聚焦显微镜 放大倍数 测量分辨率 非线性误差 光学相干层析成像 laser scanning confocal microscope enlargement factor measurement resolution nonlinear errors optical coherence tomography 红外与激光工程
2018, 47(8): 0817005
