1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 西北核技术研究所, 西安 710613
为了对激光光强分布进行准确测量，本文提出基于层析成像技术的激光光强分布测量方法。首先，通过数值仿真计算，对采用的成像模型的准确性以及重建算法的收敛性进行验证。对不同激光光强分布模型以及不同随机噪声等级时的重建精度进行评估。经计算，采用不同典型激光光强模型时其重建误差均小于等于7.02%；在施加10%以内随机噪声时，重建误差均小于8.5%。设计并搭建了层析成像系统，采用定制的一分七光纤束实现7七个角度信号的测量。7个角度分布在垂直于激光光束平面内的近半圆周内，各个角度距重建区域的距离约为160 mm，且7个角度的角度覆盖范围约为150°。实验通过探测激光光束穿过若丹明-乙醇溶液之后的体激光诱导荧光信号，结合后续的数据处理过程间接实现激光光强三维分布的反演。在数据处理过程中，采用交替迭代重建算法对探测信号进行吸收矫正的三维重建，可间接地获得激光光强分布。为了定量评估测量精度，在进行重建时仅采用其中6个角度，将余下一角度的重建反投影以及投影数据间的相关性用来间接证明此重建方法的可行性。计算结果表明，该角度投影以及反投影之间的相关性系数为0.9802，可间接的验证该方法的可行性。可以预见，本工作提出的激光光强三维测量方案在激光应用领域具有广泛的前景。
光学诊断 计算成像 层析成像 三维重建 激光诱导荧光 optical diagnostics computational imaging tomographic imaging three-dimensional reconstruction laser-induced fluorescence
1 广东医科大学 生物医学工程学院, 广东 东莞 523808
2 广东外语外贸大学, 广东 广州 510420
3 广东省人民医院, 广东 广州 510080
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
光散射光谱(Light Scattering Spectroscopy, LSS)是一种可以实时、无创地对细胞核以及细胞器结构进行探测的光谱技术, 并且能够在细胞和亚细胞尺度上获得生物组织的结构特征。LSS将微小粒子的光散射特性与它们的大小、折射率和形状联系了起来。生物组织具有结构特异性, 当被光照射时会产生不同角度和偏振特性的散射光, 因此可以获得有关组织宏观和微观的结构信息。这项技术在相关领域得到了深入的研究, 并被扩展到癌细胞的检测。本文首先对LSS技术的基本原理进行了介绍, 然后详细阐述了该技术在早期癌症诊断中的研究和应用, 最后, 我们总结了LSS技术的优势并对其未来的发展进行了展望。
光散射 癌症 光学诊断技术 light scattering cancer optical diagnostic technique
1 上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093
2 上海健康医学院上海市分子影像学重点实验室，上海 201318
散斑血流灌注成像是一种利用红细胞对激光的散射特性监测血流灌注信息的医学成像技术。同传统血流灌注监测方法相比，其具有实时显像、分辨率高、成本低、无需造影剂等优点，尤其在体表血流监测方面独具优势。简述了散斑血流灌注成像的基本原理，总结了其技术进展及在眼底血流、脑血流、体表微循环监测及肿瘤血流灌注监测几个方面的应用，并介绍了其在监测鸡胚肿瘤血管新生方面的新应用。
散斑成像 医学光学诊断 血流成像 实时监测 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2200003
清华大学医学院生物医学工程系, 北京 100084
现代光学成像和光学治疗技术的发展,为智能化精准微创诊疗平台的构建提供了重要的结构支撑。传统的诊断和治疗技术存在诊断与治疗过程相对独立,术前、术中信息不匹配,病灶信息模态单一,较为依赖医生经验等问题。近年来,结合计算机视觉、精密机械制造、自动化控制、纳米材料等手段,光学诊疗技术朝着智能化、精准化方向发展,促进临床手术系统走向诊疗一体化。本文从光学成像及智能化诊断方法、精准的光学治疗手段、光学诊疗仪器与一体化方法三个方面,对智能化精准光学诊疗技术研究进展进行综述。
生物光学 光学诊断 光学治疗 诊疗一体化 微创诊疗 中国激光
2021, 48(15): 1507002
上海交通大学 电子信息与电气工程学院自动化系系统控制与信息处理教育部重点实验室, 上海 200240
本文研究了一种适用于临床前研究的小型化(<0.4 mm)、低成本纤维束内窥镜装置。该装置包含有一个渐变折射率(GRIN)透镜, 它安装在光纤图像引导器的近端。提出了一种简化、低成本的装置连接方案, 并讨论了可应用的连接方案。装置中使用的纤维束表面包覆有聚酰亚胺, 其在长期和短期植入时都具有生物相容性。最终制备的装置能够承受化学清洗、消毒和高压灭菌, 满足普通实验室和临床程序的需求, 并且对整体性能有较小的影响。为了验证纤维束的成像质量, 本文使用标准测试靶标和荧光微球进行评估。结果表明, 光纤与自发荧光之间的串扰对成像质量的影响很小, 该纤维束无需复杂光路和激光扫描即可实现荧光样品分子级的分辨率。
光学诊断成像 光纤光学 内窥镜检查 渐变折射率透镜 optical diagnostic imaging fiber optics endoscopy gradient-index lens
1 安徽医科大学研究生院, 安徽 合肥230032
2 军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所, 北京100850
光学相干断层成像(OCT)是一种基于弱相干光学断层成像技术, 可以对生物组织活体断层成像, 是继计算机X射线摄影(CR)和数字X射线摄影(DR)、超声、电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)之后又一新的生物组织成像方法。OCT在眼科、皮肤科、心血管科、肿瘤科、骨科、口腔科、妇科等对组织病变的早期光学诊断和实时动态监测方面具有广泛的应用及重要的临床价值。本文就OCT的基本原理、研究现状、主要的临床应用和应用过程中存在的问题进行综述并展望未来相关的发展趋势。
光学相干断层成像 光学影像 光学诊断 optical coherence tomography optical imaging optical diagnosis
深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
基于纳米材料的生物分子检测、光热治疗、光动力治疗和药物靶向输送等新方法，正逐渐成为生物医学领域中重要的诊疗手段。但由于传统纳米材料本身的局限性或治疗手段的缺陷，当前纳米医疗技术存在药物利用率低、毒副作用大和治疗效果低等问题。将纳米技术和光子学相结合，可以在纳米范围内精确控制光与物质的相互作用，从而使生物医学诊疗技术更加精准和稳定。从四个方面总结回顾了近年国内外面向精准化生物医学的多功能纳米光子学技术的发展状况，这四个方面分别为依靠光学技术改善纳米生物医学的稳定性、依靠光学技术实现对肿瘤纳米治疗过程的精准监控、依靠光学技术深入理解纳米生物医学的作用机制以及依靠新型光学技术获取前沿生物医学精细化研究新手段。
生物光学 功能监测和成像 纳米材料 光学诊断医学
92941部队 装备部, 辽宁 葫芦岛 125000
激光电离空气的研究在各个领域具有重要的意义, 其电离过程是一个包括多光子电离和串级电离两个过程在内的多元过程。通过实验研究发现, 当Nimma-600激光器的驱动电压为880 V, 等离子体区域的面积在激光脉冲产生后约20 ns时达到最大, 等离子体从产生到消逝得持续时间大约为16 μs。
激光 电离 空气 等离子体 光学诊断 laser ionization atmosphere plasma optics diagnosis
1 西北核技术研究所，西安 710024
2 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
为解决超快光学诊断系统（如条纹相机，像增强器选通型分幅相机等）中记录 CCD相机的性能评价问题，分析得出记录 CCD相机对探测下限和动态范围更加看重，提出了适用于超快光学诊断系统记录 CCD相机光学性能评价的两个原则: 1）将有物理意义的像素群作为性能比较的单元，这样能去除 CCD相机像素大小和像素数目带来的差异; 2）宜使用最小可探测光强和光学动态范围作为 CCD相机探测性能的衡量参数，这样能去除 CCD相机数字化灰度、输出噪声起伏等带来的差异。在上述原则基础上，建立了不同种类 CCD相机光学探测性能对比测试示例系统，对某型科学级 CCD相机和某型 EMCCD相机进行了对比测试。测试结果表明， EMCCD相机比科学级 CCD相机具有更低的最小可探测光强和更宽的动态范围。上述 CCD相机探测性能比较方法已经在 Z箍缩超快光学诊断系统建立过程中得到成功应用。
CCD相机 探测性能 最小可探测光强 动态范围 超快光学诊断 CCD camera detecting performance minimal detectable optic intensity dynamic range ultrafast optic diagnostic
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
利用超高速相机Hsfc-Pro对绝缘子真空表面闪络光学特性进行了研究, 重点分析了平板和刻槽结构圆盘形介质样品在指状电极下闪络通道的差异以及刻槽结构对材料绝缘强度的提升。实验结果表明: 槽纹的引入改变了闪络通道的形成位置, 平板结构介质样品的表面闪络一般是沿两电极中心连线发展, 而刻槽结构介质样品的表面闪络则是沿介质边缘发展。这导致后者的闪络时延至少是前者的π/2倍, 证明了刻槽结构可以在不增加器件尺寸的前提下有效提高介质材料的绝缘强度。
刻槽绝缘子 表面闪络 光学诊断 长脉冲 grooved dielectric surface flashover optical diagnostic long pulse
