1 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所, 天津 300192
2 安徽恩迪亚智能科技有限公司, 铜陵 244199
光学参数如波长、功率密度、照射时间等可显著影响光疗的杀菌效果。本研究旨在探索LED光疗抑制口腔细菌增殖的最佳光学参数, 为临床口腔细菌感染性疾病的光学治疗提供参考。将粪肠球菌(Enterococcus faecalis)和牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)菌液接种于96孔板中, 用峰值波长为405 nm和455 nm的自制LED光源, 以10 mW/cm2和40 mW/cm2的功率密度, 在能量密度9.6～33.6 J/cm2的范围内对其进行光照, 30?min后以活死菌荧光染色或平板涂布法检测光疗杀菌效果。结果发现: 405/455 nm波长LED光照对两种厌氧菌均有显著的杀伤效果; 牙龈卟啉单胞菌在波长为405 nm、功率密度为40 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2的LED光照下达最大抑菌率(96.05±1.80)%; 粪肠球菌则在波长为405 nm、功率密度为10 mW/cm2、光照能量为33.6 J/cm2时达到最佳抑菌效果(97.64±2.31)%。研究表明, 适宜的光学参数可使LED光照对口腔常见致病菌产生显著的抑菌效果。在本研究条件下, 波长为405 nm、照射剂量为33.6 J/cm2的参数组合效果最佳。
LED光疗 内源性光敏剂 粪肠球菌 牙龈卟啉单胞菌 口腔感染 LED phototherapy endogenous photosensitizer Enterococcus faecalis Porphyromonas gingivalis oral infection
1 中国医学科学院生物医学工程研究所，天津 300192
2 天津医科大学总医院消化内科，天津 300050
胃癌是我国主要的致死癌症之一，大部分患者发现时已处于进展期，如果能通过大规模筛查在早期发现胃癌，则可大大提高患者生存率。制约我国胃癌大规模筛查的障碍有二，其一是内镜的侵入性高，患者接受度低，其二是我国内镜医师相较于庞大的人口数量严重短缺。第一个障碍可通过胶囊内镜机器人得到缓解，第二个障碍则有望通过人工智能技术解决。将领域前沿的Big Transfer（BiT）技术迁移到一个小样本的早期胃癌内镜图像数据集上，构建了基于白光内镜图像的早期胃癌分类识别模型。在实现迁移过程中，对BiT的超参数调整规则进行了本地化适配，根据GPU内存的限制，选择了单批次数量；利用线性缩放规则，根据单批次数量动态调整了优化算法的初始学习率；固化小型目标数据集上的训练图像总量为256000张，在此基础上设置了迁移学习的其他超参数。对多个模型进行实验，所有模型的结构均为ResNet-v2，只是深度和宽度不同。最佳模型的深度为101，宽度为初始结构的3倍，在测试集上的准确率为97.14%，F1分值为94.77%，敏感度为90.67%，特异度为99.73%。此外，结果表明，单批次数量对模型训练效果的影响不具有显著的统计学差异。所提模型通过对BiT进行本地化适配，成功地在小规模内镜图像数据集上实现了较大模型的迁移，这将会促进大模型技术在内镜图像分析领域的应用，从而有助于早期胃癌大规模筛查的实现。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617028
1 中国医学科学院，北京协和医学院生物医学工程研究所，天津 300192
2 首都医科大学附属北京友谊医院，北京 100050
3 中国医学科学院，北京协和医学院北京协和医院，北京 100730
本研究的目的在于获得Nd∶YAG激光在血液中传播的几何尺寸损耗与血液厚度的关系，从而获得适用于Nd∶YAG激光在血液中传播的修正朗伯比尔定律的准确表达式。通过所建立的Nd∶YAG激光在离体血液中透过的光检测实验系统，检测得到激光在穿透目标厚度为1.0~2.5 mm（临床脉管性病变的常见血层厚度）的圆柱形血层后的光衰减情况，并基于R语言和统计学方法，建立了几何尺寸损耗与血液厚度之间的线性、对数、指数和乘幂回归模型。其中，线性回归模型的拟合效果最好，R2值可达0.9219，由此获得适用于Nd∶YAG激光在血液中传播的修正朗伯比尔定律表达式。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617023
1 中国医学科学院北京协和医院口腔科, 北京 100730
2 中国医学科学院生物医学工程研究所激光医学实验室, 天津 300192
目的: 980 nm半导体激光可用于种植体周围软组织处理和种植体周围炎治疗, 但其对种植体的作用尚未完全被了解。本文研究980 nm半导体激光照射对种植体表面结构和温度变化的影响, 以期为临床使用参数设置和操作方法提供依据。方法: 980 nm半导体激光照射纯钛圆盘试件, 扫描电镜观察钛盘表面结构变化, 热电偶检测钛盘温度变化范围和到达骨组织损伤温度升高阈值(10 ℃)的照射时长。结果: 实验全部参数设置下980 nm半导体激光照射, 钛盘表面结构均无明显改变。脉冲模式输出功率1 W, 移动照射20 s钛盘温度上升19.8 ℃; 经过10.2 s钛盘温度升高可达10 ℃。连续输出模式或增加输出功率, 钛盘温度显著上升, 并可在数秒内超过10 ℃。结论: 980 nm半导体激光照射对种植体表面结构无损伤, 但存在种植体温度升高造成周围组织热损伤的风险。
980 nm半导体激光 表面 温度 种植体周围炎 980 nm diode laser surface temperature peri-implantitis
中国医学科学院生物医学工程研究所, 天津 300192
搭建红外波段双波长(1940 nm 和980 nm)激光诱发痛觉刺激系统，探索基线温度控制、激光吸收导热涂层、致痛区域控制对痛觉刺激效果的影响。利用热电偶测温模块实时监测基线温度控制及涂抹20%氧合血红蛋白溶液时离体猪皮皮肤表面温度的变化；利用滤光片实现致痛区域控制。利用1940 nm 激光模块实现了40 ℃基线温度控制，结合980 nm 脉冲激光模块完成了联合痛觉刺激实验；皮肤表面涂抹20%氧合血红蛋白溶液时温降时间(110 ms)远低于空白对照(1.2 s)和风冷散热(341 ms)，可提升痛觉信号质量；列举了三种不同尺寸滤光片下的温度场分布情况，证明了致痛区域的可控性。双波长红外激光诱发痛觉系统提出的三种技术对痛觉刺激效果有较好的促进作用，证明了这种痛觉刺激模式的可行性和可信性。
激光光学 痛觉 激光诱发电位 基线温度 氧合血红蛋白 致痛区域
1 天津医科大学生物医学工程学院, 天津 300070
2 中国医学科学院生物医学工程研究所激光医学实验室, 天津 300192
探讨弱激光对糖尿病大鼠皮肤创伤愈合过程的影响。32只糖尿病大鼠背部皮肤全层创口随机分为 4组,分别为: 功率密度 5、10和 15 mW/cm2的 630 nm半导体激光照射组及空白对照组。弱激光照射能明显加速创面收缩, 减轻炎症反应, 加快成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的合成, 促进上皮细胞和毛细血管再生, 促进创伤愈合。其中功率密度 15 mW/cm2的弱激光治疗组疗效最为明显。实验前后各组大鼠血糖水平均无显著差异。弱激光对糖尿病大鼠皮肤创伤愈合确实存在促进作用, 且疗效存在光学参数依赖性。
弱激光 功率密度 糖尿病大鼠 皮肤创伤愈合 low-level laser therapy power densities diabetic rats cutaneous wound healings
