环境光催化应用技术湖南省重点实验室, 长沙学院, 长沙 410022
氧化铋(Bi2O3)是一种重要的可见光光催化剂, 在光催化降解有机污染物、污水处理方面有较大的应用潜力。然而, Bi2O3比表面积较低、其光生电子与空穴复合快等缺点都导致其光催化性能较差, 严重制约了其应用。同时, Bi2O3的粉末形态不利于回收利用, 也使其应用受到较大的限制。为此, 以柔性导电碳纸作基底, 采用电化学沉积和后续原位氧化的方法, 制备了柔性Bi2O3/碳纸复合光催化剂, 以提高其光催化性能和操作便利性。制备的复合物中, 具有蕨草状分级结构的β-Bi2O3牢固地长在碳纸基底上。在可见光光催化分解水中苯酚的反应中, Bi2O3/碳纸复合物的光催化性能不仅明显优于无分级结构的α-Bi2O3粉体, 还优于有一定分级结构的β-Bi2O3。结合N2吸附、紫外可见漫反射光谱、荧光和自由基测试等测试分析, 发现Bi2O3/碳纸复合光催化剂的性能提升源于Bi2O3的分级结构和导电碳纸的电子捕获作用。分级结构有利于Bi2O3的光吸收和与反应物的接触, 而碳纸的电荷捕获作用能有效分离Bi2O3的光生电子和空穴, 从而共同促进光生载流子的有效利用。此外, 复合光催化剂所具有的宏观尺度、柔性和二维形貌等特征也使其使用和回收变得更为方便。本研究为柔性分级结构光催化剂的设计提供了一个新的思路。
氧化铋 碳纸 分级结构 原位制备 光催化 bismuth oxide carbon paper hierarchical structure in situ preparation photocatalysis
1 西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西理工大学物理与电信工程学院, 陕西 汉中 723001
3 陕西省智能协同网络军民共建重点实验室, 陕西 西安 710126
藻类浮游颗粒对激光的散射和吸收是水下蓝绿激光通信性能在海水中衰减的主要原因。依据离散偶极子理论,建立了双椭球、四椭球、柱型丝状、环型丝状和S型丝状五种主要团聚核壳蓝藻颗粒模型,数值计算了核壳藻类粒子在532 nm蓝绿激光波段处的消光系数、吸收系数和散射系数随核壳蓝藻粒子尺寸的变化关系;基于均匀混合层理论,对比了有无中间混合层的核壳蓝藻模型的散射强度随散射角度的变化情况,计算了五种核壳蓝藻模型的粒子尺寸对其散射矩阵元素的影响。计算结果表明:五种藻类在蓝绿激光波段处的吸收系数和散射系数随粒子尺寸的增加而递增,且前向散射强度最大;随着散射角度的增加,五个模型的散射强度都在递减,几个大尺寸藻类模型的散射矩阵元素比值振荡较多。研究结果为海洋水下悬浮藻类颗粒的蓝绿激光散射特性和吸收特性的研究及水下蓝绿激光通信信道的建模提供了参考。
散射 蓝藻粒子 蓝绿激光 离散偶极子近似方法 散射矩阵 光学学报
2021, 41(17): 1729001
上海理工大学 教育部现代微创医疗器械及技术工程研究中心 生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
黄斑水肿(ME)被认为是增殖性糖尿病视网膜病变的主要适应症之一, 由于视网膜下层中蛋白质沉积物的积累, ME引起视网膜肿胀。光学相干断层成像(OCT)通过显示黄斑病变的横截面视图提供了ME的早期检测。文章提出了一种新的算法, 即改进遗传算法和最佳熵法相结合的方法, 可以在前期工作的基础上提高时间效率, 从5s提高至0.7s。算法首先对图像预处理, 排除血管和散斑噪声对分割效果的影响, 再将信息熵作为遗传算法(GA)的适应度函数, 将最大熵作为遗传算法的收敛准则。经过遗传操作, 得到最佳阈值, 对黄斑水肿OCT图像进行分割, 然后对得到的二值图像进行边界平滑处理, 得到最终的分割图像。所述方法对300张黄斑水肿OCT图像进行了分割, 与Canny算子、OTSU分割算法和临床医生手动分割结果相比较。结果表明, 算法能够快速准确提取黄斑水肿区域, 为临床诊断和治疗提供了定量分析的工具。
光学相干层析成像 黄斑水肿 遗传算法 最佳熵阈值算法 图像分割 optical coherence tomography macular edema genetic algorithm optimal entropy threshold algorithm image segmentation
上海理工大学 教育部现代微创医疗器械及技术工程研究中心 生物医学光学与视光学研究所， 上海 200093
散斑存在于光学相干层析成像(OCT)信号中，不可避免地影响OCT图像质量。通过对OCT系统中的噪声源进行分析，提出了一种傅里叶域OCT图像散斑噪声降噪的分数阶积分算法。为了克服单纯主观视觉判别图像质量的局限性，均方误差、峰值信号噪声比和边缘保护系数被选为图像去噪评估标准。通过实验与中值滤波和维纳滤波方法进行比较，结果表明，该算法可以有效地保留OCT图像中的重要边缘细节信息，同时有效消除噪声，使图像细节清晰，提高图像质量。
光学相干层析成像 散斑噪声 图像去噪 分数阶积分算法 optical coherence tomography speckle noise image denoising fractional integral algorithm
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Biomedical Optics and Optometry, Shanghai Institute for Minimally Invasive Therapy, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Beckman Laser Institute and Center for Biomedical Engineering, University of California, Irvine, CA 92612, USA
3 Systems Engineering Institute, University of Applied Sciences Western Switzerland, Sion 1950, Switzerland
This study introduced the research and development of a portable and miniaturized system for the measurement of the refractive index of sub-microliter liquid based on a microfluidic chip. A technical method of double-beam interference, was proposed for use in the measurement. Based on this, by using a laser diode as a light source, changes in the refractive index were calculated by utilizing a complementary metal–oxide–semiconductor to detect the movement of interference fringes of the liquid. Firstly, this study simulated the effects of influencing factors on the interference infringes of two Gaussian beams, such as their spot sizes, distance between two beam spots, and detection range. Secondly, this research introduced the system design and construction of the double-beam interference method and analyzed the results of refractive index tests on sub-microliter aqueous glucose solutions with different concentrations. The measurement accuracy reached 10 4 refractive index units. This system has a compact structure and is rendered portable by using batteries for its power supply. The entire system is designed to be a double Z-shaped structure with a length of about 15 cm, a width of 5 cm, and a height of about 10 cm. It can be used to measure changes in the refractive index of sub-microliter to nanoliter liquids based on the use of a microfluidic chip.
120.3890 Medical optics instrumentation Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 041201
上海理工大学教育部微创医疗器械工程研究中心生物医学光学与视光学研究所，上海 200093
糖尿病性黄斑水肿(DME)是导致成年人失明的主要原因之一，它的病理特征主要表现在视网膜内黄斑处液体的积聚。由于光学相干层析成像(OCT)具有无创性、成像安全快速等特点，在临床上被广泛用于眼科疾病的诊断。本文提出一种分割OCT图像中糖尿病性黄斑水肿的方法，首先通过对图像的预处理，排除散斑噪声和血管对最终分割结果的影响，再用改进的水平集方法有效地解决分割的问题，并计算水肿区域的面积，为后期的临床诊断治疗提供定性和定量的工具，最后将本文方法在15 个患有DME 成人的OCT 视网膜图像上进行验证。结果表明：囊状水肿分割的精确度、灵敏度和Dice 相似性系数分别为81.12%、86.90%、80.05%。
糖尿病性黄斑水肿 光学相干层析成像 水平集 图像分割 diabetic macular edema optical coherence tomography level set image segmentation
