Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
2 School of Medical Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
3 Department of Laser Medicine, First Medical Center of PLA General Hospital, Beijing 100853, P. R. China
4 Britton Chance Center for Biomedical Photonics – MoE Key Laboratory for Biomedical Photonics, Advanced Biomedical Imaging Facility, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, P. R. China
5 Precision Laser Medical Diagnosis and Treatment Innovation Unit, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100000, P. R. China
Vascular-targeted photodynamic therapy (V-PDT) is an effective treatment for port wine stains (PWS). However, repeated treatment is usually needed to achieve optimal treatment outcomes, possibly due to the limited treatment light penetration depth in the PWS lesion. The optical clearing technique can increase light penetration in depth by reducing light scattering. This study aimed to investigate the V-PDT in combination with an optical clearing agent (OCA) for the therapeutic enhancement of V-PDT in the rodent skinfold window chamber model. Vascular responses were closely monitored with laser speckle contrast imaging (LSCI), optical coherence tomography angiography, and stereo microscope before, during, and after the treatment. We further quantitatively demonstrated the effects of V-PDT in combination with OCA on the blood flow and blood vessel size of skin microvasculature. The combination of OCA and V-PDT resulted in significant vascular damage, including vasoconstriction and the reduction of blood flow. Our results indicate the promising potential of OCA for enhancing V-PDT for treating vascular-related diseases, including PWS.
Vascular-targeted photodynamic therapy (V-PDT) optical clearing agent (OCA) treatment efficacy enhancement skin-fold window chamber port wine stains Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(2): 2350023
1 解放军医学院，北京 100853
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
3 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
4 中国医学科学院精准激光诊疗创新单元，北京 100730
鲜红斑痣(port wine stains, PWS)是最常见的先天性皮肤微血管病变之一，PWS的病因是皮肤真皮层由浅至深的毛细血管畸形扩张。通常表现为面颈部粉色、红色和紫色斑片，随着年龄的增加，其逐渐加深和增厚，严重影响患者的生活质量。血管靶向光动力疗法 (vascular targeted photodynamic therapy, V-PDT) 可以选择性破坏病变血管，是目前国内治疗PWS的首选方法。V-PDT疗效与PWS病灶结构密切相关。PWS的病灶结构可通过活检或者无创光学诊断设备获取，主要包括表皮层黑色素含量、皮肤厚度及血管管径、深度和形态等。总结了目前常用的无创在体光学成像技术在PWS诊疗中的应用现状及PWS病灶结构特点对V-PDT疗效的影响，旨在为V-PDT精准及个性化治疗PWS提供参考。
医用光学 鲜红斑痣 血管靶向光动力疗法 病灶结构 疗效 中国激光
2022, 49(15): 1507102
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，陕西 西安 710049
目前，辅助激光临床治疗鲜红斑痣所使用的R134a制冷剂喷雾冷却冷量不足，导致表皮黑色素含量高的患者的治疗效果较差。R404A以其更强的冷却能力具有取代R134a的潜力。本文通过实验定量研究了喷雾距离和时间对R404A喷雾冷却类皮肤表面动态传热的影响，并分析了不同工况下传热规律的相似性。结果表明：增加喷雾时间，可以延长对表皮的冷却保护时间；喷雾距离对表面温度的影响取决于时间尺度，短时间喷雾(20 ms)下，表面最低温度Tmin随着喷雾距离的增大而升高，而长时间喷雾下(100 ms)，表面最低温度Tmin在喷雾距离为30 mm时达到最小值；表面的最大热流密度qmax和最大换热系数hmax随喷雾距离增大而单调递减，与喷雾时长无关。通过理论分析提出了无量纲热流密度随无量纲时间变化的关系式。本研究结果对R404A喷雾冷却未来的临床应用具有重要的指导意义。
医用光学 激光皮肤手术 脉冲喷雾冷却 动态传热 R404A 鲜红斑痣
1 Department of Biological Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
2 Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(3): 329–340
酿酒葡萄一般批量采收, 采收期对其品质有较大影响。 传统方法主要依靠对样本的酚、 糖等各组分含量进行实验室理化指标检测, 判定采收成熟度。 如果对多个地块进行采摘前的连续监测, 则批量大、 成本高、 采样与分析工作量繁重, 且时效性差, 难以保证果品的收获品质。 以蛇龙珠品种为对象, 提出一种利用近地面多光谱图像对种植区葡萄成熟度和批量采收期判别的方法。 通过DJI Phantom四旋翼无人机搭载ADC Micro多光谱相机, 以S型采样路线直接拍摄9个采样点的蛇龙珠田间原位图像, 并采集葡萄果粒样本; 利用PixelWrench2 x64软件进行图像处理, 得到每张图像的红色(R)分量、 绿色(G)分量、 近红外(NIR)分量值; 将葡萄果粒榨汁, 依据检测时长、 成本和代表性程度, 选取总糖含量为成熟度判定指标, 采用PAL-1手持式糖度仪检测葡萄汁总糖含量; 分别分析R, G, NIR分量与日期的显著性关系, 发现叶片集中区域(局部)的R分量与日期为最显著关系(p-value=5.314 44×10-4, 调整后R2=0.815), 可作为建模的成熟度参数; 按照模型集与验证集为4:1的原则构建“总糖含量—局部R分量”线性回归与对数回归模型, 结果显示: 相比于线性模型, 总糖含量与局部R分量呈非常显著的对数关系(p-value=5.124 07×10-10, 调整后R2=0.970 62), 且该模型的平均预测误差≤1.388%、 最大预测误差≤4.6%、 采收前预测误差±0.46%, 证明该对数模型具有较高的检测精度。 实际采收前, 利用上述方式在近采收期采集蛇龙珠葡萄田间原位多光谱图像, 将得出的局部R分量值带入对数模型, 可对总糖含量进行预测, 并以22%±0.46%的总糖含量为标准研判蛇龙珠葡萄是否成熟。 结果表明: 采用区块光谱图像进行酿酒葡萄的批量采收品质和采收时间预测具有便利性与可行性, 为光谱图像在农业实际生产中的应用提供了新思路。
酿酒葡萄 多光谱图像 无人机 成熟度 判别 Wine grapes Multispectral figures Unmanned Aerial Vehicles Degree of maturity Determination 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3220
安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
针对现有葡萄酒检测技术无法快速、高效鉴别葡萄酒品质的问题,基于无需建立标签、调参简单的聚类算法,提出了一种利用激光诱导荧光技术获取葡萄酒光谱信息的方法,实现了酒样鉴别。选取三个品牌、两个年份的四个葡萄酒样本,在同一酒精度的前提下,与水进行1∶10体积配比后,对每个酒样采集100个光谱信息。利用K-均值、自组织竞争网络和自组织特征映射神经网络三个聚类算法进行酒样的鉴别,实验结果表明:在光谱信息分析中,三个聚类算法均表现出较优越的性能,识别准确率均达到99%以上,自组织特征映射神经网络的分类准确率更是达到了100%,平均用时5.875 s,具有较高的鲁棒性和泛化能力。研究结论证明聚类算法对葡萄酒品质的检测是切实可行的。
光谱学 激光诱导荧光 聚类算法 荧光光谱识别 葡萄酒 自组织特征映射神经网络 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1630001
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室, 陕西 西安 710049
核壳结构纳米金颗粒的光学吸收特性好,在可见光至近红外波长范围内可灵活可调,在生物医学领域具有良好的应用前景。本文建立了电磁场与固体传热耦合的多物理场有限元分析模型,针对血管性皮肤病的激光治疗,研究了固定波长(585 nm和755 nm)下,SiO2@Au纳米金壳单颗粒以及二聚体的结构参数(颗粒半径、金壳厚度、颗粒间距)变化对颗粒光学性质以及传热特性的影响,得到了局部电场强度、系统温度场随结构参数的变化规律,可为SiO2@Au核壳型纳米颗粒在血管性皮肤病激光手术中的实际应用提供理论指导。
中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100083
酿酒葡萄成熟度是确定葡萄采收期的重要品质指标, 针对酿酒葡萄大田中成熟度检测难度大的问题, 利用可见/近红外(Vis/NIR)光谱技术和化学计量学, 研究了酿酒葡萄可溶性固形物含量(SSC)与光谱数据之间的内在联系。 采用USB2000+光谱仪获取5种酿酒葡萄及其叶片在不同成熟时期的Vis/NIR光谱数据, 通过OMNIC 8.0软件提取光谱数据, 将化学值与光谱吸收率值通过TQ Analyst8.0软件建立模型。 选取信噪比高的450~1 000 nm波段, 利用PCA剔除异常光谱数据, 将一阶导数(FD)、 Savitzky-Golay卷积平滑(S-G)、 多元散射校正(MSC)、 标准正态变换(SNV)分别组合共4种方法用于光谱数据预处理。 利用偏最小二乘(PLS)法分别建立了5种葡萄基于酿酒葡萄光谱数据的SSC预测模型, 建立了5种葡萄基于冠层叶片光谱数据的SSC预测模型, 对比了不同方式预处理后的建模效果, 并选择最优预处理方式建模。 最后用外部样本分别验证了SSC预测模型。 结果表明, 采用S-G平滑+FD+MSC的预处理方法时大多数预测模型性能达到最好。 5种葡萄浆果校正集和验证集的R分别达到0.93和0.86以上, 最高均方根误差分别为0.30和0.48, 5种葡萄冠层叶片校正集和验证集的R分别达到0.73和0.65以上, 最大均方根误差分别为0.95和0.75。 5种葡萄浆果外部试验样本预测值与真实值间的平均RE最高为0.43%。 基于酿酒葡萄浆果光谱的SSC预测模型具备良好的预测能力, 优于基于酿酒葡萄冠层叶片光谱的SSC预测模型, SSC预测模型能够为酿酒葡萄成熟度评价研究提供理论参考。 Vis/NIR光谱技术适用于在酿酒葡萄大田中快速、 无损检测SSC。
可见/近红外光谱 酿酒葡萄成熟度 偏最小二乘法 可溶性固形物 Visible/near infrared spectroscopy Maturity of wine grape Partial least square method Soluble solids content
四川轻化工大学机械工程学院, 四川 宜宾 644000
为减少因封酒环缺陷导致酒质量变差的问题,提高缺陷检测效率,需对封酒环在线缺陷检测方法展开研究与开发。根据封酒环结构、位置与瓶盖内径、深度等特点,研发一种基于机器视觉双视场双工位协同在线检测系统。针对封酒环轮廓缺陷在二维信息中难以提取的问题,提出将封酒环轮廓二维信息转换成一维向量,在此基础上应用一维向量理论对其缺陷进行分析与处理,并采用小波模极大值法进行缺陷提取与判定。实验结果表明该系统可有效检测封酒环轮廓任意位置缺陷,检测精度达到99.89%。与手工检测相比,轮廓信息经维度转换后,检测效率提高6倍以上,满足现场实际生产和预期研发要求,为封酒环无损在线检测提供新的途径。
机器视觉 缺陷检测 封酒环 维度转换 小波模极大值 激光与光电子学进展
2019, 56(23): 231501
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232000
2 阜阳师范学院计算机与信息工程学院, 安徽 阜阳 236000
随着生活水平的提高, 人们越来越重视食品安全问题, 假酒是食品安全中无法绕开的一个话题, 不同品牌白酒的快速准确辨识, 对假酒识别和食品安全都具有较大的现实意义。基于此, 提出一种将XGBoost算法结合激光诱导荧光技术(Laser-induced fluorescence, LIF)的不同品牌白酒快速识别方法, 把激光诱导荧光技术用于采集白酒的荧光光谱, 然后将获取的白酒原始光谱数据用XGBoost算法识别。实验以40°和45°白酒为研究对象, 选取6种酒样, 每种酒样采集40组光谱, 随机选取30组用于XGBoost模型的训练, 剩余10组用于训练好的模型测试, 实验中, XGBoost算法的训练用时为0.172 s, 训练好的模型测试识别率为98.33%。实验结果表明, XGBoost算法结合激光诱导荧光技术可快速准确识别不同品牌白酒。
XGBoost算法 激光诱导荧光 荧光光谱 假酒识别 XGBoost algorithm laser induced fluorescence fluorescence spectrum counterfeit wine recognition
