作者单位
摘要
1 中央民族大学 理学院 光子系统工程软件教育部工程研究中心, 北京 100081
2 南方科技大学 生物医学工程系, 广东 深圳 518055
生物组织散射引起的光学像差限制了光学系统的成像性能。本文研究了基于间接波前整形的近红外二区荧光共聚焦成像技术。首先,制备了高效率近红外二区荧光探针,降低该波段生物组织的散射有助于实现高对比度的活体组织成像。其次,研究了基于间接波前测量的自适应光学方法,将间接波前整形技术应用于激光扫描共聚焦显微系统中,以实现对生物组织引起的光学像差的测量与补偿,获得生物组织的高信噪比成像。最后,对基于间接波前整形的近红外二区荧光共聚焦成像系统开展了相关实验。实验结果表明,本系统对空气平板、散射介质和小鼠颅骨等产生的像差具有良好的补偿效果,最终信号强度较初始值分别提升了1.47、1.95和2.85倍,显著提升了最终的成像质量。
间接波前整形 近红外二区成像 共聚焦成像 活体实验 Indirect wavefront shaping near-infrared-II imaging confocal imaging in vivo experiments 
中国光学
2024, 17(1): 150
作者单位
摘要
深圳大学物理与光电工程学院,光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室,广东 深圳 518060
荧光寿命显微成像(FLIM)已经广泛应用于生命科学研究领域,具有高灵敏和高特异性的特点,在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势,但由于成像速度相对较慢,限制了FLIM的活体应用。近年来,随着光电子器件和人工智能等技术的发展,开启了FLIM活体成像新篇章。介绍通过优化硬件和算法两方面提升时域和频域FLIM技术的成像速度,以及其在生物医学基础研究和临床疾病诊断中的应用研究进展。最后,对活体FLIM成像的未来发展进行展望。
荧光寿命显微成像 人工智能 活体成像 癌症诊断 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618005
刘晓宇 1,3刘紫千 1,2斯科 1,2,3,**龚薇 2,3,*
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江大学脑科学与脑医学学院,浙江 杭州 310058
3 浙江大学教育部脑与脑机融合前沿科学中心,浙江 杭州 310058
神经环路动态功能的解析是当前脑科学领域的重点和难点,微型化显微成像技术为其研究提供了重要手段。相较于双光子荧光成像和光纤光度法,微型化显微系统能够在模式动物自由活动状态下进行长时程、单细胞分辨率、实时成像。近十几年来,科学家们围绕可穿戴、高稳定性要求,先后研制了单光子、多光子成像系统,并从荧光探针、光电子元件、数据传输等方面进行不断优化,提升系统性能,扩展应用范围。将从成像原理、基本结构、系统优化、应用方案及未来发展方向等方面对微型化显微成像系统进行分析和讨论,综述各方向研究进展,旨在为该领域技术提升和神经科学应用提供参考。
微型化显微成像 单光子微型化显微镜 多光子微型化显微镜 活体荧光成像 单细胞分辨精度 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211009
作者单位
摘要
1 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院,上海 200030
2 佛山市中医院肿瘤中心,广东 佛山 528199
3 北京大学肿瘤医院肿瘤发生与转化研究教育部重点实验室,北京 100142
4 北京大学医学部医学技术研究院,北京 100191
5 北京大学生物医学工程系,北京 100081
6 北京大学国际癌症研究院,北京 100191
癌症是人类生命的一大威胁,而肿瘤的侵袭和转移是癌症患者死亡的主要原因之一。在这一复杂过程中,循环肿瘤细胞(CTC)等血液循环中的粒子起到十分关键的作用,所以监测血液循环中的CTC和其他肿瘤相关的粒子可以促进肿瘤转移的研究。光学活体流式细胞仪(IVFC)是一种基于激光的新兴技术,可在体内无创监测循环细胞,包括CTC等肿瘤相关的颗粒。这一强大的工具已被广泛应用于癌症相关的多个领域,尤其是肿瘤转移研究。因此,总结分析IVFC在肿瘤转移研究中的应用具有重要意义。本文介绍IVFC的检测原理,总结基于荧光发光、光声效应、计算机视觉等光学技术的荧光活体流式细胞仪、光声活体流式细胞仪、图像活体流式细胞仪等IVFC分类,对IVFC应用于肝癌、前列腺癌、乳腺癌、黑色素瘤等肿瘤转移的相关研究进行综述,并总结和展望IVFC对肿瘤转移研究的应用。
活体流式细胞仪 肿瘤转移 循环肿瘤细胞 无创监测 光学成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211002
作者单位
摘要
深圳大学物理与光电工程学院,光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室,广东 深圳 518060
高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势,但由于光在组织中的穿透深度有限,无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和功能信息。因此,在脑科学研究中,荧光内窥显微成像技术受到越来越多研究者的青睐。得益于相关科学技术的发展,内窥镜探头在保持高性能的同时,实现了小型化并提供了更大的灵活性,可以植入活体大脑的不同深度处,开展特定深层脑区的功能调控研究。本综述介绍了基于梯度折射率透镜和单根多模光纤这两种探头的植入式荧光内窥显微成像技术及其发展和迭代进程,概述了它们在高分辨活体脑成像研究中的应用,以及在临床神经外科手术中的初步探索性应用。最后,展望了荧光内窥脑成像技术未来的发展前景。
显微 荧光内窥显微成像 活体脑成像 梯度折射率透镜 多模光纤 
中国激光
2024, 51(1): 0107001
刘津京 1,2,3殷高方 1,2,3,*赵南京 1,2,3张小玲 4[ ... ]程钊 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
以蛋白核小球藻为研究对象,通过毒性胁迫、光照胁迫和温度改变蛋白核小球藻的光合活性,研究蛋白核小球藻叶绿素荧光产量与光合活性参数Fv/Fm的变化关系。结果表明:3种不同生长环境下,蛋白核小球藻的叶绿素荧光产量随着Fv/Fm改变而发生较为明显变化,最大变化范围为235~668 (μg·L-1-1Fv/Fm与叶绿素荧光产量之间具有明显负线性相关性,线性优度R2超过0.91。该研究结果为发展更为准确的藻类叶绿素a质量浓度活体荧光检测方法提供了重要依据。
光谱学 浮游藻类 活体荧光法 叶绿素荧光产量 光合活性 浓度检测 
光学学报
2023, 43(23): 2330001
张磊 1,2盖绍彦 1,2,*达飞鹏 1,2,3
作者单位
摘要
1 东南大学自动化学院,江苏 南京 210096
2 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室,江苏 南京 210096
3 东南大学深圳研究院,广东 深圳 518063
针对现有人脸活体检测算法在单一数据集内表现良好而在多个数据集间泛化能力较差的问题,提出一种聚焦于真实人脸的活体检测方法。在数据输入阶段,每轮训练会向网络输入所有源域的真实人脸的同时只随机输入其中一个源域的虚假人脸。在特征学习阶段,使用Resnet18网络作为主干网络,对不同残差块的输出特征进行基于注意力机制的加权融合。利用三元组损失和对抗损失对融合后的真实人脸特征进行领域内和领域间的聚合,利用三元组损失对融合后的虚假人脸特征只进行领域内的聚合。在分类阶段,利用交叉熵损失对所有源域的真实人脸和虚假人脸进行分类。所提方法在4个人脸活体检测数据集中进行了实验,实验结果表明所提方法相比其他方法具有更低的识别错误率和更高的鲁棒性。
图像处理 模式识别 人脸活体检测 三元组损失 生成对抗机制 多尺度注意力融合机制 
激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010007
王义强 1,2林方睿 1,2胡睿 1,2刘丽炜 1,2屈军乐 1,2,*
作者单位
摘要
1 深圳大学 物理与光电工程学院, 广东 深圳 518060
2 光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳 518060
光学显微成像技术具有实时性、高分辨率和非侵入性等特点,其成像尺度可跨越细胞、组织乃至生命体,极大地拓展了人们对生命本质的认识边界。然而,受限于光学显微成像系统有限的空间带宽积(Space-Bandwidth Product,SBP),常规的光学显微镜难以同时兼具大视场和高分辨率,使得显微成像在大视场生物成像应用中受到较大的限制,例如,对脑神经网络以突触为单位的神经回路成像。近年来,大视场光学显微成像技术得到不断的发展,其SBP的视场相较于传统的光学显微镜有了十倍甚至百倍的提升,在保持高分辨率的基础上拓展了成像视场,从而可以满足生物医学领域重大问题的研究需求。本文介绍了近年来几种典型的大视场光学显微成像技术及其生物医学应用,并对其未来发展做了展望。
光学显微 空间带宽积 大视场成像 活体成像 optical microscopy space-bandwidth product large field-of-view imaging in vivo imaging 
中国光学
2022, 15(6): 1194
李怡霏 1,2何木斌 1,2吴天翔 1,2周静 1,2[ ... ]钱骏 1,2
作者单位
摘要
1 浙江大学 光电科学与工程学院 先进光子学国际研究中心, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310058
共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比,能对生物样品进行三维层析成像,在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区(NIR-II,900~1 880 nm)波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射,以及非常弱的生物组织自发荧光,因此,NIR-II荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-II共聚焦显微技术结合了上述二者的优势,在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点,因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIR-II共聚焦显微技术的原理出发,阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用,探讨NIR-II共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。
共聚焦显微镜 近红外二区 活体生物成像 confocal microscopy near-infrared II in vivobioimaging 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220494
王璐 1,2,3殷高方 1,3,*赵南京 1,3甘婷婷 1,2,3[ ... ]张小玲 5
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 合肥师范学院物理与材料工程学院,安徽 合肥 230061
5 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
以混合藻类为研究对象,研究组成混合样品藻种的单细胞可变荧光量(SCVF)差异对可变荧光统计分析法准确性的影响。研究结果表明:当两种藻种的SCVF比值不大于5.3时,该分析方法依旧适用,测量结果与显微镜检测结果的相对误差绝对值的均值不大于17%;当两种藻种的SCVF比值大于8时,测量结果与显微镜检测结果存在较大差异,且高SCVF藻细胞占比达到一定比例时,可变荧光统计分析法的测量结果仅反映了混合样品中高SCVF藻细胞数。针对SCVF差异大的混合藻类,将过滤分离方法与可变荧光统计分析法相结合,利用合适孔径的金属滤网过滤混合样品,将过滤前后测量的样品活体藻细胞密度之和作为测量结果。实验结果表明,该方法可将相对误差绝对值均值由58.4%降至5.5%,有效解决了组成混合样品藻种的SCVF差异对细胞数定量的影响,实现混合藻类活体细胞数的准确定量。
海洋光学 压载水 活体藻细胞数 可变荧光 混合藻类 
光学学报
2022, 42(24): 2401003

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