作者单位
摘要
1 东南大学智能影像与介入医学国家级重点实验室培育建设点,江苏 南京 210009
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所劳伯特生物医学成像研究中心医学成像科学与技术系统重点实验室,广东 深圳 518055
近红外二区(NIR-Ⅱ)金纳米团簇(Au NCs)具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性,已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的合成方法,讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次,介绍了NIR-Ⅱ Au NCs的表面调控技术,讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法,以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后,总结了NIR-Ⅱ Au NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后,讨论了NIR-Ⅱ Au NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。
生物光学 金纳米团簇 近红外二区荧光 生物医学光子学 生物成像 成像引导治疗 
中国激光
2024, 51(3): 0307201
赖溥祥 1,2,3,4,*赵麒 1,2周颖颖 1,2程圣福 1,2[ ... ]仲天庭 1,2,**
作者单位
摘要
1 香港理工大学生物医学工程系,香港 九龙999077
2 香港理工大学深圳研究院,广东 深圳 518055
3 香港理工大学光子技术研究院,香港 九龙999077
4 香港理工大学体育科技研究院,香港 九龙999077

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色,其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究,包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的,光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响,故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”;高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层,当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来,为解决这一问题,研究者提出了不同的方法,例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数,在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号,逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变,或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘,从光在生物组织中的传播特性出发,梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索,以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足,但随着硬件设备的更新和计算技术的发展,在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中,新方法和新能力将不断激发新的应用灵感,为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。

生物光学 光学成像 生物医学光子学 深层组织 光学波前整形 光声成像 
中国激光
2024, 51(1): 0107003
作者单位
摘要
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191

随着光子材料和光子器件在可穿戴技术、智慧医疗、仿生机器人等新兴应用领域的不断拓展,研制具有优异机械柔韧性、生物相容性甚至生物可降解性的光子器件日益重要。为同时实现优异的光学性能和生物力学性能,柔性光子器件从材料合成、结构设计、功能实现到工艺制备等诸多方面亟需探索。其中,有机聚合物因其质地轻柔、生物相容性好、合成可控、结构功能易于改性等优势,被认为是制备柔性光子器件最具竞争力的材料之一。一系列新型的功能性有机光子器件,如光波导、衍射光栅、光子晶体等被相继被报道。本文综述了近年来柔性有机聚合物光子器件的研究进展,总结和分析了现有技术、方法和应用,并对未来的挑战和前景进行了讨论和展望。

柔性光子器件 有机聚合物 生物医学光子学 光学传感 光诊断与治疗 
激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316002
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
高光谱成像方法可同时获取在体组织的二维图像与光谱信息,具有空间与光谱分辨率高、成像范围大、无损快速等优点,为在体诊断提供了丰富的信息。近年来,研究人员在成像方法、仪器与应用方面进行了大量研究,取得了长足进展。本文综述了高光谱在体组织成像方法及应用研究的主要进展,探讨高光谱成像分光方法、系统组成与特点。从光谱重构方法、组织光学参数测量、基于深度学习的图像处理方法等方面,介绍在体组织成像与成分检测方法的研究进展。同时,对高光谱成像在临床医学,如皮肤创伤与愈合过程检测,糖尿病足与视网膜疾病诊断,手术中检测及微循环功能评估等方面的应用进展进行了总结。
成像系统 高光谱成像 生物医学光子学 组织光学成像 
激光与光电子学进展
2020, 57(8): 080002
作者单位
摘要
南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 210016
法莫替丁是组织胺H2受体拮抗剂,具有减弱胃酸生成的作用。通过分析荧光光谱和紫外可见吸收光谱探寻了法莫替丁与牛血清蛋白(BSA)的猝灭作用,并阐明两者间的作用机制。通过分析可知,法莫替丁能有效猝灭BSA的内源荧光,猝灭机制为静态猝灭。测定了法莫替丁与BSA在306 K和314 K下的表观结合常数KA,分别为9.861×10 4,3.891×10 4 L/mol。通过对猝灭过程中的热力学参数进行分析,得出法莫替丁与BSA的作用力主要是氢键和范德瓦耳斯力。凭借F rster非辐射能量转移理论计算得到了法莫替丁和BSA的相互作用距离为1.25 nm,发生了非辐射能量转移。
光谱学 生物医学光子学 法莫替丁 荧光光谱 牛血清白蛋白 紫外吸收光谱 
激光与光电子学进展
2018, 55(4): 043003
作者单位
摘要
1 东北大学 中荷生物医学与信息工程学院, 辽宁 沈阳 110167
2 中国医科大学 附属盛京医院眼科, 辽宁 沈阳 110004
3 贵州医科大学 生物与工程学院, 贵州 贵阳 550004
随着我国社会经济的发展及国人饮食、生活习惯的改变, 糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR) 作为糖尿病最为常见的并发症, 已成为视力下降甚至致盲的主要原因之一。通过对其早期诊断和及时治疗, 超过50%的患者的视力损伤及致盲可得到预防。因此, 研究DR的诊断和治疗方法具有重要的临床意义。由于眼部的结构及光学特性, 生物医学光子学技术在DR的临床诊断和治疗中已得到了非常广泛的应用并且具有巨大的发展前景。本文综述了目前临床上用于DR诊断和治疗的主要生物医学光子学技术的原理及其最新应用进展, 并分析对比了各个技术的特点, 最后总结并展望了生物医学光子学技术在临床DR诊断和治疗的发展趋势。
糖尿病视网膜病变 生物医学光子学 眼底成像 激光光凝 diabetic retinopathy biomedical photonics fundus photography retinal laser photocoagulation 
中国光学
2018, 11(3): 459
张赛文 1,2,3于斌 1,2,3,*陈丹妮 1,2,3吴晶晶 1,2,3[ ... ]屈军乐 1,2,3
作者单位
摘要
1 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
2 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060
3 深圳生物医学工程重点实验室, 广东 深圳 518060
为了提高荧光超分辨显微技术的时间分辨率,提出了各种高密度荧光分子定位算法。对基于压缩感知模型的凸优化(CVX)工具箱的内点算法、同伦算法以及正交匹配追踪(OMP)算法的重构密度、定位精度、定位时间进行比较。模拟结果表明,CVX方法和同伦算法能够在高密度情况下实现精确定位,OMP算法与同伦算法运行时间比CVX算法短,但OMP算法在高密度的情况下定位精度相对其他2种算法明显下降。实验结果表明,3种算法都能实现高密度的荧光分子定位,CVX方法和同伦算法具有较好的重构效果;在500幅图像重构中,同伦算法与OMP算法的速度相比于CVX算法分别提高了14.9倍和21.2倍,大幅度缩短了重构时间。
生物医学光子学 荧光显微镜 超分辨成像 压缩感知 荧光分子定位 定位算法 
中国激光
2018, 45(3): 0307014
黄世光 1,2,3,*靳翔宇 1林荣赞 1林雪 1[ ... ]黄国亮 1,4
作者单位
摘要
1 清华大学医学院, 北京 100084
2 北京航空航天大学北京学院, 北京100191
3 首都医科大学生物医学工程学院, 北京 100069
4 生物芯片北京国家工程研究中心, 北京 102206
目前临床病原菌检测主要依赖细菌培养的方法,该方法周期长、准确性低,且容易产生交叉污染和人体感染等问题。提出微流控芯片核酸恒温扩增分子诊断技术,开发离心进样空气隔离微流控芯片和共焦面成像光学检测系统,采用旋转扫描信号采集方法和薄层空气浴流动加热比例-积分-微分温控方法对呼吸道病原菌进行实验和分析。研制恒温扩增微流控芯片核酸分析系统,将系统检测灵敏度提高至10 copies,降低样品试剂消耗量至0.94 μL,在45 min内能够同时进行多种病原菌指标的并行分析鉴定。通过100例临床样品实验测试,得到所提系统与传统聚合酶链反应所得结果的总符合率大于98%,可满足医院、社区医疗、乡镇卫生诊所等低成本精准医疗应用的需要。
医用光学 生物医学光子学 核酸分析 分子诊断 精准医学 微流控芯片 恒温扩增 共焦面成像 
中国激光
2018, 45(3): 0307002
赵会娟 1,2,*闫盼盼 2戚彩霞 2李同心 2[ ... ]高峰 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津 300072
针对具有复杂形貌的大面积组织体,基于空间频率域方法,提出并搭建了一种具有在线形貌矫正能力的绝对光学参数测量系统.首先利用相位轮廓术获取组织体三维表面轮廓,用余弦辐射公式法矫正由组织体表面复杂形貌引起的光照度的差异.然后,采用漫反射板代替传统方法中的参考仿体,基于空间频率域测量模式进行绝对光学参数测量,并利用提出的光学参数反演方法实现组织体吸收系数的重建.组织仿体实验结果表明,对于表面高度小于29 mm的仿体,经矫正后,吸收系数的测量相对误差从60%下降到13%.
生物医学光子学 光学系统 相位轮廓术 空间频率域 绝对测量 复杂形貌 光学参数 Biomedical photonics Optical system Phase profilometry Spatial frequency domain Absolute measurement Complex surface profile Optical parameters 
光子学报
2017, 46(8): 0812002
作者单位
摘要
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市信息传感与智能控制重点实验室, 天津 300222
为降低近红外脑功能漫射光断层成像(DOT)固有的逆问题病态性, 并避免多模态方法的图像配准等问题, 提出了基于光学自导引提供先验功能信息的脑功能DOT方法(OT-DOT), 并发展了图像重构方法.模拟验证表明: 上皮厚度(TLT)已知时, OT-DOT获得的重构量化度(QR)约为传统DOT的4.2倍; 当TLT的估计误差小于±10%时, OT-DOT重构的QR值可达92%以上, 远远优于传统DOT; 噪声鲁棒性测试表明, OT-DOT与传统DOT的噪声鲁棒性相近.利用连续光DOT测量系统的仿体实验重构结果表明, 所发展的OT-DOT算法获得的重构结果优于传统DOT算法.
光谱学 生物医学光子学 光学自导引漫射光断层成像 脑功能 近红外 先验信息 图像重构方法 Spectroscopy Biomedical photonics Optical self-guiding diffuse optical tomography Brain functional imaging Near infrared Prior information Image reconstruction method 
光子学报
2016, 45(11): 1117001

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