1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,高端生物医学成像重大科技基础设施,生物医学光子学教育部重点实验室,Britton Chance生物医学光子学研究中心,湖北 武汉 430074
2 天津市眼科医院,南开大学附属眼科医院,天津医科大学眼科临床学院,南开大学眼科学研究院,天津 300020
飞秒激光得益于其精准、微创等优势被广泛应用于屈光疾病的治疗。在飞秒激光屈光手术中,光学系统的数值孔径是影响手术效果的重要参数。本研究旨在探讨数值孔径对飞秒激光角膜基质切削质量的影响规律,以帮助临床医生更好地选择合适的手术参数。选用0.16、0.30、0.80三种数值孔径进行离体动物角膜的飞秒激光切削实验,并通过气泡尺寸与凋亡细胞比例评估激光切削质量与基质细胞损伤程度。实验结果显示:气泡体积随着数值孔径的增大而减小,高数值孔径下切割更易实现基质层的分离;上述三种数值孔径下的基质细胞损伤比例分别为9.4%、4.9%和1.0%,基质细胞的损伤比例随着数值孔径的增大而明显下降。因此,增大数值孔径有助于提高飞秒激光角膜基质切削的安全性。
激光技术 飞秒激光 角膜 数值孔径 气泡 细胞损伤
1 北京理工大学医学技术学院,北京 100081
2 北京理工大学自动化学院,北京 100081
3 中国船舶集团有限公司系统工程研究院,北京 100094
4 北京理工大学集成电路与电子学院,北京 100081
长时程细胞成像及分析在生物医学研究中具有重要意义。然而,由于荧光显微镜存在光漂白和光毒性等问题,其应用受到一定限制。非标记成像技术为克服这些限制提供了可行的解决方案。研究了干涉光谱分析技术作为解决非标记长时程活细胞监测问题的潜在方法,并提出了一种基于高光谱干涉重构的非标记定量显微成像技术。通过建立描述干涉信号的数学模型,设计样本定量重构算法,从而获取活细胞纳米结构和干质量分布的定量信息。系统采用自反射式干涉结构,不依赖复杂的光学调制元件,结构简单、操作便捷。此外,本文还在光学显微成像的基础上集成了具有细胞培养能力的微型细胞培养箱,实现了原位长时程成像。利用该系统,研究了不同细胞全细胞周期内的纳米结构定量和干质量变化,展示了本工作在生物医学领域的应用潜力。
计算成像 定量干涉 非标记成像 纳米级精度 原位细胞监测
1 广州医科大学生物医学工程学院医学影像创新实验室,广东 广州 511436
2 广州医科大学附属第一医院呼吸疾病国家重点实验室,广东 广州 510120
巨噬细胞作为炎症阶段的主要吞噬细胞,其高表达是急性呼吸道炎症发展过程的临床特征之一。目前还没有一种成像方法能够以深组织穿透性和高分辨率的方式呈现巨噬细胞在急性炎症中的表达。以吲哚菁绿纳米颗粒(Nano-ICG)作为一种高效的光声成像(PAI)增强造影剂,评估了急性呼吸道炎症中巨噬细胞的表达量。激光共聚焦显微镜下的成像效果证实,Nano-ICG能够快速地被巨噬细胞吞噬。利用Nano-ICG增强光声成像效果后,气管内的PAI结果显示了巨噬细胞在炎症后气管壁上的分布区域。Nano-ICG增强的光声成像能够无创、定量地评估急性呼吸道炎症的发展程度,有望为呼吸疾病相关基础研究和临床诊疗提供新的影像技术支持。
医用光学 光声成像 急性呼吸道炎症 吲哚菁绿纳米颗粒 巨噬细胞
1 热带药用植物化学教育部重点实验室, 海南 海口 571158
2 海南师范大学 化学与化工学院, 海南 海口 571158
设计合成了一种含双酯基的1,2,3-三氮唑化合物,与罗丹明B酰肼结合生成了具有“开-关”性质的荧光探针(简称L2),应用光谱学表征了L2的物理化学参数。L2分别在DMF/Tris-HCl(1∶1,v/v,pH=6.0,20 μmol/L)和MeOH(20 μmol/L)溶液中对Hg2+和ClO-显示出高选择性和灵敏性;利用荧光和紫外光谱分别测定了L2对19种金属离子和14种阴离子的光学性能。实验表明,Hg2+和ClO-的存在使得L2在585 nm和576 nm均有一个新的发射峰出现;同时伴随着荧光强度明显的增强,溶液体系发生了裸眼能识别的显色变化,表明Hg2+可以将罗丹明分子的酰肼闭环结构转换为开环结构,并以1∶2的比例方式生成了一种新配合物,这也被质谱、工作曲线、核磁滴定和TD-DFT计算的结果所证实;L2对Hg2+和ClO-的检测限分别为7.45 nmol/L和 0.67 μmol/L。此外,生物活性测定显示L2对HeLa细胞有非常低的毒性,并且可用于HeLa细胞中Hg2+和ClO-的细胞成像,表明L2在体内可进行微测定Hg2+和ClO-的巨大潜力。
1,2,3-三氮唑 罗丹明B Hg2+ ClO- 细胞成像 1,2,3-triazole rhodamine B Hg2+ ClO- cell imaging
1 西安培华学院智能科学与信息工程学院,陕西 西安 710025
2 西安工业大学电子信息工程学院,陕西 西安 710021
目前,病理专家通过肉眼识别显微镜视场下乳腺癌病理切片图像中的乳腺癌细胞具有很强的主观性。因此,设计了一款基于显微图像的乳腺癌细胞识别系统,该系统包括显微图像采集模块和乳腺癌细胞识别算法实现模块。通过USAF 1951分辨率测试板验证设计的乳腺癌细胞识别系统显微图像采集模块,最终的成像分辨率可以达到2.19 μm。通过多组乳腺癌病理图像验证所提乳腺癌细胞识别算法,结果表明设计的乳腺癌细胞识别系统识别乳腺癌细胞的平均准确率达到93.4%。
乳腺癌 图像采集 显微图像 细胞识别 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0817001
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
设计了一种利用牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)包裹吲哚菁绿(indocyanine green,ICG)和RG108的纳米材料ICG/RG108@BSA。吲哚菁绿在近红外激光诱导下可以活化Caspase-3蛋白,RG108通过抑制DNA甲基化来上调GSDME蛋白表达,从而增强了Caspase-3蛋白切割GSDME蛋白引起的膀胱癌细胞焦亡。ICG/RG108@BSA具有优异的生物相容性,能够被膀胱癌细胞有效吞噬。ICG/RG108@BSA在755 nm激光激活下,会对膀胱癌细胞产生明显的杀伤效果,其中小鼠膀胱癌细胞Mb49的存活率仅为6.9%,人膀胱移行细胞癌细胞T24的存活率仅为10.7%。同时755 nm激光激发的ICG/RG108@BSA材料也成功诱导了膀胱癌细胞焦亡,为膀胱癌的肿瘤免疫治疗提供了有利的条件。
吲哚菁绿 膀胱癌 去甲基化 细胞焦亡 indocyanine green bladder cancer demethylation pyroptosis
1 中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230027
2 中国科学技术大学苏州高等研究院,江苏 苏州 215123
3 中国科学技术大学微电子学院,安徽 合肥 230027
宫颈异常细胞与正常细胞在形态上存在较大相似性且细胞尺寸变化较大,这使得宫颈异常细胞的精准检测变得非常困难。鉴于此,开发了一种基于Transformer模型的宫颈异常细胞自动识别模型,以帮助病理学家作出更准确的诊断。提出了两种创新性方法,一是一种改进的Transformer编码器结构,通过引入深度(DW)卷积来高效获取图像的特征,捕捉图像中的全局依赖信息;二是自适应的动态交并比(IOU)阈值,在模型训练的不同阶段使用不同的IOU阈值,实现尽可能多的有效检测,提升模型的收敛速度和检测精度。在宫颈异常细胞数据集上,通过消融实验,证明了改进的Transformer编码器和动态IOU阈值的有效性。此外,与已有的宫颈异常细胞识别方法相比,所提出的方法在平均精度指标上有明显的提高。实验结果表明,所提出的方法能够高效且准确地识别宫颈异常细胞,且能辅助病理专家提高诊断准确率和效率,具有应用到临床的潜力。
医用光学 宫颈细胞病理图像 目标检测 医学图像处理