外泌体（Exosome）是直径大小为30～150 nm的膜性囊泡, 包裹DNA/RNA, miRNA, 蛋白质和脂质等多种物质并参与微环境中的生物信息传递, 是理想的癌症生物标志物, 在液体活检领域具有重要的应用潜力, 有望成为癌症快速检测的手段之一。 表面增强拉曼光谱（SERS）是分子振动光谱, 可从分子水平上探测物质的精细结构和信息变化, 具有“指纹图谱”的特征。 采用差速离心结合超速离心的方法获得乳腺癌细胞来源的外泌体, 以金溶胶为增强基底, 收集外泌体及其母细胞的SERS图谱, 结合多元统计分析, 进行乳腺癌细胞的快速鉴别与区分。 研究结果表明, 乳腺癌细胞及其外泌体在500～1 600 cm-1波段范围内有特征拉曼信号, 采用非标记检测所获得的图谱信息是样品“whole-organism fingerprint”整体信号的呈现。 根据外泌体的拉曼表型并结合OPLS-DA分析, 能够100%分辨3种不同类型的乳腺癌细胞。 单细胞SERS检测联合PCA-LDA分析, 区分乳腺癌细胞的准确率为83.7%。 通过比较乳腺癌细胞及其外泌体的拉曼特征图谱发现, 二者在拉曼谱图的波数高度表现一致, 但是外泌体在特征波数上显著增强。 具体体现为在506～569、 1 010～1 070 cm-1等波段二者存在相似性, 但外泌体在735、 963和1 318 cm-1等处的特征信号显著高于细胞。 分析认为外泌体结构比细胞更为简单, 核酸、 蛋白质等生物大分子信息更容易被表征。 同时也提示了通过SERS检测外泌体实现快速鉴定乳腺癌的可行性。 采用非标记、 直接检测, 建立了快速检测单细胞及外泌体的SERS分析技术, 结合多元统计分析能够快速鉴别不同类型的乳腺癌细胞, 并从拉曼组学角度探究了外泌体与母源细胞的关系。 该方法具有非标记、 快速、 灵敏、 准确、 简便的优势, 为乳腺癌的体外快速诊断与筛查提供有效的技术手段, 为临床应用奠定基础。
表面增强拉曼光谱 乳腺癌 外泌体 单细胞分析 快速检测 多元统计分析 Surface enhanced Raman spectroscopy Breast cancer Exosome Single-cellular analysis Rapid detection Multivariate statistical analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3840
1 福建师范大学光电与信息工程学院，医学光电科学与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 350117
2 福建省妇幼保健院辅助生殖中心，福建 福州 350001
全球成年男性的精子质量呈明显下降趋势。精子质量下降与男性不育虽并非线性关系，但显然与低生育力密切相关。辅助生殖技术针对不育男性精子水平低、形态和运动活力异常等常见问题，通过评估和筛选优质精子，提供了解决男性不育问题的主要技术方案。现有临床研究局限于精子形貌和活力等特征参数的筛选，缺乏针对精子DNA损伤情况的无损评筛手段。本文首先介绍了精子无损评筛技术在辅助生殖领域男科的应用需求以及显微拉曼光谱技术的基本原理，继而对基于拉曼光谱技术的精子研究进行了综述，综合分析探讨了精子的拉曼光谱检测和光谱特征，聚焦精子DNA损伤的拉曼光谱响应问题，最后讨论和展望了精子无损评筛技术的发展前景。
医用光学 拉曼光谱 精子 DNA损伤 评估筛选 统计分析 中国激光
2023, 50(15): 1507202
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
光子计数激光雷达由于高灵敏度特性使得获取的回波数据存在大量噪声，对数据进行信号鉴别、相关噪声去除是后续进行三维点云数据应用的前提，因此快速提取信号光子具有很大的实际意义。上海技术物理研究所自主研发多通道光子计数激光雷达，对近海面进行数据采集。本实验对局部距离统计去噪算法进行改进，用于预处理后的数据去噪。将改进后算法与改进前算法和两种基于聚类的经典算法进行对比，实验结果表明，所提算法去噪精度为97.80%，运行时间为0.46 s，优于改进前算法和两种基于聚类的算法，满足多通道光子计数激光雷达信息快速提取的实际需求。
遥感 激光雷达 光子计数 点云数据处理 局部统计分析去噪 聚类 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1428001
1 中国科学院空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
由于加工生产、发射振动以及空间温度交变等因素，星上载荷的安装接口会出现一定的形位误差，进而激光测高仪的光轴指向发生偏差。为了减小机械接口对载荷的影响，基于运动学安装的原理，设计了测高仪的支撑结构。在接口刚度匹配性分析的基础上，对支撑结构进行了设计优化。采用蒙特卡罗统计方法对星上接口的误差分布进行了分析，确定了载荷安装点的误差输入。通过分析与试验验证发现：所设计的支撑结构的一阶基频达到88 Hz，激光收发光轴安装时引起的光轴总偏离量约为8.5 μrad，力学振动引起的光轴总偏离量为30 μrad。热光试验表明，高低温边界处的光轴稳定度为8.5 μrad。所设计的支撑结构能够满足测高仪的使用指标要求。设计思路与试验结果对星载激光类载荷接口设计具有一定的参考性。
测量 空间仪器 星载接口 运动学支撑 支撑刚度 统计分析 中国激光
2023, 50(14): 1404004
Author Affiliations
Abstract
1 The Hong Kong Polytechnic University, Photonics Research Institute, Department of Electrical Engineering, Hong Kong, China
2 The Hong Kong Polytechnic University, Shenzhen Research Institute, Shenzhen, China
3 The Hong Kong Polytechnic University, Photonics Research Institute, Department of Electronic and Information Engineering, Hong Kong, China
The statistical dynamics of partially incoherent ultrafast lasers are complex and chaotic, which is significant for fundamental research and practical applications. We experimentally and theoretically reveal the statistical dynamics of the spectral evolutions and correlations in an incoherent noise-like rectangle pulse laser (NLRPL). Based on statistical histogram analysis, the probability distribution asymmetry of the spectral intensity fluctuation is decayed with the wavelength far away from the spectral peak due to the detection noise. The full-spectral correlation values indicate that the spectral similarity between two round trips is exponentially weakened as the round-trip offset increases. By studying the correlation map of spectral components, we find that the area of the high-correlation region is relevant to the pump power, which is reduced by increasing the pump power. The mutual information of the spectra demonstrates that two spectral components with symmetry about the spectral peak have a statistical dependence. Experimental observations and statistical properties can coincide well with theoretical numerical simulations. We reveal the pump-dependent spectral correlation of the NLRPL and provide multiple statistical methods for the characterizations of chaotic dynamics in incoherent light sources.
fiber laser statistical analysis laser dynamics noise-like rectangle laser Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036005
1 河南理工大学,安全科学与工程学院,焦作 454003
2 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心, 焦作 454003
3 河南理工大学,能源科学与工程学院, 焦作 454003
4 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心, 焦作 454003
5 深井岩层控制与瓦斯抽采国家安监局科技支撑平台, 焦作 454003
6 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地, 焦作 454003
民爆行业是推进现代化建设和社会发展的重要行业, 国家基础建设的快速发展使民爆物品的需求量迅速增大。由于民爆物品本身就具有危险特性, 在其生产、运输、贮存和使用等过程中都有发生爆炸的可能性, 严重威胁了人民群众的生命财产安全和社会稳定。为了充分了解民爆物品爆炸事故的危害性, 有针对性的做好民爆物品的安全管理, 并进行有效防控, 以2012—2021年我国发生的102起民爆物品爆炸事故为统计分析对象, 采用数理统计的方法对事故发生年份、发生省份、发生事故等级、发生环节以及原因进行分析, 并采用灰色马尔可夫预测模型对2022—2023年的民爆物品爆炸事故起数和死亡人数进行预测。结果表明：2012年、2014年、2016年发生的民爆物品爆炸事故起数最多, 2020年造成的死亡人数最少; 发生事故等级中较大事故比重最大; 湖南、河北和陕西是民爆物品爆炸事故高发省份; 民爆物品爆炸事故多发生在生产和爆破作业环节, 机械撞击和摩擦是导致民爆物品爆炸的主要原因; 预测2022年和2023年的民爆物品爆炸事故起数分别为6、5起, 死亡人数分别为18、17人, 事故起数和死亡人数均呈下降趋势, 安全形式趋于稳定。研究结果对加强我国民爆物品安全管理和减少民爆物品爆炸事故的发生具有重要意义。
民爆物品 爆炸事故 统计分析 预测模型 灰色马尔可夫预测 civil explosive items explosion hazard statistical analysis prediction model gray Markov predictions
1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 青岛纳克检测防护技术有限公司, 山东 青岛 266000
3 金属材料表征北京市重点实验室, 北京 100081
材料内部微观尺度上成分、 组织结构控制精度低、 波动大是制约高铁铝合金国产化进程的重要原因, 因此从微观尺度上研究大尺寸铝合金成分均匀性至关重要。 鉴于目前研究铝合金偏析的区域通常较小且不连续, 定量统计方法过于简单。 使用微区分辨率较高的微束X荧光与原位定量统计分布分析技术相结合的方法, 从点、 线、 面、 频度分布等方面对成分分布数据进行解析, 研究了较大尺寸范围内铝合金成分偏析的规律。 研究结果表明铸轧7B05铝合金截面中心层存在接近2 mm的偏析带, Al, Cr, Ti和Zr元素为正偏析元素, 中心层含量比上下表面高, Cu, Fe和Zn元素为负偏析元素, 中心层含量比上下层含量低; 各元素含量分布的统计偏析程度整体较小, 分布最均匀的为Al元素, 统计偏析度最小为0.01%, Ti和Fe元素分布较不均匀, 统计偏析度分别为0.81%和0.6%; Fe元素与Mn元素在面分布中出现较明显的点状偏析, 这是由于铝合金铸造过程中经显微偏析形成的金属间化合物, 在后续的热轧成型中破裂成多个连续排列的第二相所致。 使用激光诱导击穿光谱法对该方法所得数据进行验证, 结果显示在30 mm×6 mm尺寸范围内所测元素面分布与线分布结果与荧光结果趋势完全一致。 综上所述, 使用微束X荧光结合原位统计的方法, 对铸轧7B05铝合金点、 线、 面、 频度分布及偏析程度的计算, 可提供大量分析数据, 对于量化研究大尺寸范围内轧板截面组织、 性能的波动趋势具有重要意义。
X射线荧光 原位统计分析 铸轧铝合金 显微偏析 正偏析 负偏析 X-ray fluorescence In situ statistical analysis Cast and rolled aluminum alloy Microsegregation Positive segregation Negative segregation 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1413
1 中国气象局 气象探测中心, 北京 100081
2 阳江市气象局, 阳江 529500
3 黑龙江省气象数据中心, 哈尔滨 150030
4 武汉大学 遥感信息工程学院, 武汉 430072
为了保证雷达观测数据的准确性, 2017年9月中国气象局气象探测中心在国内首次开展了组网气溶胶激光雷达标定实验, 通过采用单部雷达的光电系统标定和基于统计分析策略的多部雷达比对观测标定方法, 对组网试验雷达共有的532nm米散射通道进行了检查标定。结果表明, 标定完成后, 532nm通道的后向散射系数的相对标准差在1km~2km高度范围从90.8%降低到20.4%, 在2km~5km高度范围从244.3%降低到了35.9%, 数据质量得到了较大提高。此次气溶胶激光雷达标定试验, 使雷达后向散射系数差异显著减小, 大大地改善了雷达观测数据的一致性, 这将为气溶胶激光雷达组网应用提供很好的硬件质控保证。
激光技术 气溶胶激光雷达 比对观测标定 统计分析方法 后向散射系数一致性 laser technique aerosol light detection and ranging comparison observation calibration statistical analysis method consistency of backscattering coefficient
中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室, 天津 300000
广播式自动相关监视(ADS-B)是下一代空管系统的重要组成部分, 由于该技术采用单向广播的方式, 其数据本身的可信性与可靠性缺乏有效验证手段。对ADS-B不同TYPE值的数据进行统计, 通过计算空中位置数据形成的航迹曲率, 并构建时间窗约束下的置信数据集合, 对ADS-B空中位置数据进行异常检测和分类, 分析异常数据与TYPE值的关系。实验结果表明, 该方法可以快速、准确地识别空中位置数据中的各种异常数据, 统计结果显示ADS-B空中位置数据中平均每100条中约有1.59条存在异常。
广播式自动相关监视 航迹曲率 异常数据 时间窗 统计分析 ADS-B track curvature abnormal data time window statistical analysis
1 云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
2 曲靖师范学院物理与电子工程学院, 云南 曲靖 655011
老化粮食种子鉴别对农业生产和食品安全具有重要意义,因此,结合红外光谱和多元统计分析对人工老化小麦种子进行研究。实验结果表明,不同老化程度小麦种子的原始光谱总体比较相似。在二阶导数红外光谱中,人工老化小麦种子在1800~800 cm -1范围内的吸收峰强度和形状显示出差异。在1800~800 cm -1范围内,小麦种子二维相关红外光谱的自动峰数目、强度随老化时间的增加会发生明显变化。研究结果表明,红外光谱法结合主成分分析和系统聚类分析法可以快速、方便地区分人工老化小麦种子,有望发展为鉴别老化种子的新方法。
红外光谱 小麦种子 人工老化 多元统计分析 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0830002
