针对硼硅酸盐生物活性玻璃(BBG)临床应用的瓶颈问题，对比不同硼硅比(样品0B、样品1.5B、样品3B)生物活性玻璃与30% (质量分数)柠檬酸混合形成的骨水泥浸提液在体外对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)增殖活性与成骨分化的影响，及该骨水泥体内移植后对大鼠股骨缺损的修复效果。结果表明：骨水泥的降解速率随生物玻璃中B元素含量的增加而增快，同时其浸提液在体外对hBMSCs增殖活性与成骨分化的抑制效果更明显；然而，含最高浓度B的骨水泥(样品3B)在体内诱导更多新骨生成，展示出更好的骨修复性能。基于BBG在体内外生物学效应的显著性差异，本工作为硼基生物活性材料特性的优化设计及其体外有效性评价体系的构建提出了思考和建议。

三维荧光光谱分析法以其灵敏度高、 选择性好、 操作简单和可用于多组分混合物分析等优点成为诸多研究者在海面溢油鉴别中的热点选择。 但三维荧光光谱中存在的瑞利散射会对光谱的准确检测产生较大的影响, 因此有效地消除瑞利散射对后续光谱的定性鉴别和定量分析具有重要意义。 采用仪器校正法、 空白扣除法、 Delaunay三角形内插值法和缺损数据重构(MDR)法对海面溢油三维荧光光谱中的瑞利散射进行校正。 首先以海水的SDS胶束溶液作为溶剂, 将航空煤油和润滑油按不同相对体积分数比配制8个校正样本和3个测试样本; 然后利用FS920稳态荧光光谱仪采集11个样本的三维荧光光谱数据, 并分别采用仪器校正法、 空白扣除法、 Delaunay三角形内插值法和缺损数据重构(MDR)法消除瑞利散射的干扰; 再利用核一致诊断法估计出最佳的组分数; 最后利用平行因子分析(PARAFAC)对混合油样本的三维荧光光谱数据进行定性鉴别和定量分析。 研究结果表明: 采用发射波长滞后激发波长以消除瑞利散射的仪器校正法会丢失部分有效光谱信息; 采用空白扣除法无法彻底消除瑞利散射, 在光谱中仍然存在散射干扰, 利用PARAFAC解析后得到的激发、 发射光谱会出现失真, 且预测的浓度值偏差较大; 采用Delaunay三角形内插值法消除瑞利散射后, 利用PARAFAC解析所得到的激发、 发射光谱与真实光谱吻合度较高, 且预测的浓度值偏差较小; 而采用MDR消除瑞利散射后, 利用PARAFAC解析所获得的激发、 发射光谱与真实光谱吻合度最高, 且相较于其他几种方法预测的浓度值偏差最小, 得到的样本回收率为98.9%和100%, 预测均方根误差均小于等于0.130。 根据定性鉴别、 定量分析的结果, MDR能够在保证原有特征光谱不失真的基础上有效消除瑞利散射带来的影响, 是一种消除三维荧光光谱数据中瑞利散射较为理想的方法。

动物模型广泛应用于人类疾病的病因、发病机制、防治技术和防治药物的探索研究中, 新型人类疾病动物模型的开发将促进相关研究取得进展。本研究探索建立了一种基于斑马鱼的新型骨缺损模型, 并利用光学相干层析成像(OCT)技术, 对骨缺损模型的构建过程和修复过程进行活体评价。试验随机选取13条体型一致的成年斑马鱼作为研究对象, 其中10条鱼用于构建骨缺损模型, 剩余3条鱼作为对照。首先,对每一条正常斑马鱼的颅骨进行OCT扫描成像, 然后利用自行研制的工具在模型组斑马鱼的视顶盖区域的颅骨上打开一个直径为200 μm左右的孔, 形成骨缺损。分别在第2、5、9、11、14、21天利用OCT对每一条斑马鱼的颅骨损伤情况进行评估。恢复21 d后的斑马鱼用于病理试验, 将颅骨缺损区域的病理结果与OCT结果对照, 新生骨清晰可见。试验结果表明, OCT可以高分辨率地活体评估骨缺损恢复的过程, OCT成像结果与病理切片结果高度匹配。综上所述, 斑马鱼模型和OCT成像技术结合的策略能为骨缺损疾病的研究提供新的助力。

羟基磷灰石与人体骨骼的无机成分相似, 具有良好的生物相容性及骨传导性能, β-磷酸三钙(β-TCP)是生物降解和生物吸收型生物活性材料, 其降解 产物Ca、P 可进入活体循环系统形成新骨, 成为理想的硬组织替代材料。以碳酸钙(CaCO3)和磷酸(H3PO4)为原料, 用直接沉淀法合成双相磷酸钙陶瓷粉体, 随 后采用激光成型技术制备了聚氨酯泡沫载体, 通过泡沫浸渍法制备了多孔明胶/双相磷酸钙陶瓷支架, 并采用戊二醛交联改善支架性能。通过XRD、SEM等方法 分析复合多孔支架的成分、形貌以及结构特征, 并评价复合生物支架的降解性、孔隙率、力学性能和细胞毒性等。结果表明: 实验制备的粉体为双相磷酸钙, 成分为β-磷酸三钙(β-TCP)和羟基磷灰石(HAP), 其中, β-TCP为主相。该生物支架具有良好的孔隙结构, 包含规则的直通孔和不规则的连通孔, 直通孔孔径 在800~950 μm之间, 不规则连通孔在300~500 μm之间, 支架平均孔隙率达到83.1%; 支架平均抗压强度达到1.06 MPa, 满足于骨组织工程对支架材料的力学 要求; 该生物支架的细胞毒性为0级或1级, 无细胞毒性, 具有良好的降解性能。

针对图像缺损修复需求设计了一种修复算法。该算法以Criminisi算法为基础,引入标记符控制分水岭算法对图像按景物进行分块,提高图像缺损部分修复的准确率;根据最近最佳匹配原则修复图像,引入像素距离远近控制函数以减少搜索匹配块用时;引入图像局部色彩方差,优化Criminisi算法的优先权计算方式;引入协方差,提高填充块与待修复区域图像的匹配度;重新设置图像修复的置信度公式,减小因置信度不断更新时放大的误差。结合多种类型的缺损图像实例进行修复验证,均取得了很好的修复效果。实验结果表明:与其他算法对比,该算法大幅度减少了缺损图像修复用时,更有效地恢复了图像原有信息。

针对油类污染物成分复杂, 光谱重叠难以识别的问题, 提出采用三维荧光光谱结合组合算法对油类污染物进行了定性和定量分析。 荧光光谱中存在的瑞利散射对三维荧光光谱检测有较大影响, 提出了缺损数据修复-主成分分析(MDR-PCA)方法对矿物油三维荧光光谱的瑞利散射进行处理, 原理是单个荧光光谱激发发射矩阵符合双线性, 可用主成分分析(PCA)法来解析。 MDR-PCA法首先将荧光数据中的散射干扰数据全部扣除, 之后利用主成分分析(PCA)迭代过程对扣除数据进行重构修复后补全数据。 该方法在消除散射干扰的同时充分利用了荧光物质光谱矩阵中的有效信息。 利用不同浓度的矿物油的激发-发射荧光光谱构建了三维数据。 样品数据来源于柴油、 汽油和煤油三种溶质的四氯化碳溶液。 常用于三维荧光光谱数据分析的三线性分解算法有平行因子分析(PARAFAC)、 交替三线性分解(ATLD)和自加权交替三线性分解算法(SWATLD)等。 PARAFAC基于严格意义上的最小二乘原则, 具有抗噪声强、 模型稳定、 微小预期误差等优点, 可以实现三维数据阵列的最佳拟合, 但该算法收敛速度较慢, 对组分数敏感。 ATLD算法通过提取对角主元和切尾奇异值求解广义逆, 极大提高了收敛速度并降低了对组分数的敏感度, 从而实现三线性分解。 然而, 取对角元时易使ATLD方法对噪声敏感。 SWATLD算法既继承了对组分数不敏感、 收敛速度快等优点, 又降低了噪声水平的影响。 但是在抗共线程度方面, SWATLD算法在抵抗共线性程度方面的能力较ATLD略有降低。 基于此, 论文根据三线性分解算法迭代过程中损失函数的变化, 对迭代过程进行划分, 提出了三线性迭代方法的组合算法(algorithm combination methodology, ACM)—将ATLD, SWATLD与PARAFAC组合在一起, 充分发挥各算法的优点, 实现二阶校正算法的优势互补。 采用ACM算法对两组分及三组分矿物油样品的三维荧光光谱数据进行解析, 并对三种矿物油的回收率进行了计算。 柴油的回收率为97.08%, 汽油的回收率为97.34%, 煤油的回收率为97.25%。 解析光谱和回收率表明, ACM算法能够实现油类污染物的种类识别及浓度测量。

目的: 通过微渗漏实验和超微结构观察, 比较Gluma脱敏剂和Nd:YAG激光脱敏对流体树脂充填楔状缺损后边缘密合性的影响。方法: 选取30颗正畸拔除前磨牙随机分为对照组、Gluma组和Nd:YAG激光组, 并制作楔状缺损洞型, 对照组牙本质不作任何处理, Gluma组和Nd:YAG激光组分别用Gluma脱敏剂和Nd:YAG激光脱敏处理, 涂布自酸蚀粘接剂, 流体树脂充填, 经热循环后用1%亚甲蓝染色, 24 h后将每个离体牙由颊舌侧沿牙体长轴切成三部分, 体式显微镜下观察微渗漏情况, 并用扫描电镜观察粘接界面的超微结构。结果: Gluma组微渗漏值最小, Nd:YAG激光组微渗漏值小于对照组, 3组间充填体微渗漏差异均具有统计学意义(P＜0.05)。扫描电镜下观察可见, 对照组: 树脂与牙体间结合较紧密, 部分处可见小缝隙, 粘接剂渗入牙本质小管间形成大量锯齿状的短突和少量细长圆柱形树脂突; Gluma组: 树脂与牙体间结合紧密, 无缝隙, 牙本质小管被致密的栓塞样凝集物封闭, 粘接剂层与凝集物层融为一体, 混合层较宽; Nd:YAG激光组: 树脂与牙体间结合紧密, 可见一薄层粘接剂, 未见明显树脂突。结论: Gluma脱敏剂和Nd:YAG激光脱敏均可减小楔状缺损充填后边缘微渗漏情况, 增强流体树脂与牙体间的密合性, Gluma脱敏剂影响最大, Nd:YAG激光在减小龈壁微渗漏方面具有优势。

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时, 行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损, 从而影响图像的判读。为解决这一问题, 分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理, 分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果, 并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。 据此设计了光电同步定位法进行曝光控制, 并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示, 该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内, 解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题, 提高了图像判读精度。