活细胞观测可以获得细胞的生命状态, 是生物医学中众多研究的基础。然而多数活细胞因整体透明难以观测, 通常使用泽尼克相衬及微分干涉相衬等相位成像技术来增强图像衬度。但通用的泽尼克相衬显微镜和微分干涉相衬显微镜仪器复杂、成本高昂, 且依赖于沃拉斯顿棱镜和相衬环等特定光学元器件。提出了一种基于双目视强度传输方程的多模式相位成像方法, 利用显微镜双目视筒上两个相机同步拍摄的物体欠焦及过焦图像, 可求解强度传输方程得到物体的定量相位, 并进一步计算物体的泽尼克相衬图像及微分干涉相衬图像。数值模拟和成像实验结果显示双目视多模式相位成像能够提供高质量的泽尼克相衬及微分干涉相衬图像。方法不需要借助特殊光学器件或者复杂光路, 成本低且易于实现, 有能力替代昂贵的相衬显微镜及微分干涉相衬显微镜, 在非标记生物成像中获得更广泛的运用。

远程光电容积描记法（rPPG）可用于从人脸视频中计算得到心率, 但目前提出的rPPG算法大多对受试者要求和限制较多, 不利于日常条件下心率的稳定测量。提出了一种肤色正交平面算法（POS）的改进算法, 针对在实际环境下由于被测者头部运动导致心率测量结果精确度较低的问题, 利用基于颜色畸变的频域滤波器和POS算法, 首先对信号在频率域上进行频域滤波处理, 再送入POS算法进行时域滤波, 以此减少不同噪声对信号质量的影响。结果表明, 本算法各项评价指标相较于其它算法均有所提升, 适用于人脸运动状态下心率的稳定检测。

It is necessary to investigate the wavelength-dependent variation rules of the refractive index of edible oils so as to explore the specificity of the dispersion in light propagation, imaging, and interference processes among different types of edible oil products. In this study, by deriving the refractive index equations of the double glass sheet holding device and oil, the reflectance spectra of three different types of oil samples, namely, peanut oil, colza oil, and kitchen waste oil, were measured via a spectrometer. Furthermore, the refractive index model of these different types of oil samples was investigated. Additionally, based on the oil dispersion characteristics, the dispersion of oil in optical coherence tomography (OCT) was compensated via deconvolution. In the wavelength range of λ∈ (380, 1500) nm, the analytical expressions of the double glass sheet holding device and oils are featured by practical reliability. The refractive indexes of three different types of oils n ∈ (1.38, 1.52) show normal dispersion characteristics. The Cauchy coeffi cient matrix of the oil refractive index can be used for oil identification; in particular, the healthy oil and waste oil differ significantly in terms of the Cauchy coefficient matrix in the infrared band. Oil dispersion has almost no influence on the phase spectra of oils but can enhance their amplitude spectra. The dispersion mismatch can be eliminated by calculating the convolution kernel. The envelope broadening factors of OCT interference signals of oil products are 0.84, 0.64, and 0.91, respectively. According to the present research results, the refractive index model of oil can effectively remove the influence of the holding device. The refractive indexes of three different types of oil samples show similar wavelength-dependent variation characteristics, which confirms the existence of many correlated components in these oil samples. The established refractive index model of oil in a wide spectral range, from the ultraviolet to the infrared band, can be adequately employed for identifying different types of oils. The numerical dispersion compensation based on the established refractive index model can enhance the axial resolution in OCT imaging.

在COVID-19流行期, 为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况, 对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射, 脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨; 重点介绍了222nm远紫外消毒技术, 对其应用和未来发展做出了展望; 讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望, 预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主, LED为辅, 两者相互补充的格局。

提出了一种利用石墨烯基光学生物传感器对特异性生物小分子实现高灵敏检测的方法,采用易于修饰的磁性纳米颗粒作为生物探针载体,通过磁场控制实现磁性颗粒在石墨烯表面的吸附,优化了石墨烯表面复杂的改性过程。利用搭建的基于功能化修饰磁性纳米颗粒的石墨烯基光学生物传感器,实现了0.01 ng·mL -1的赭曲毒素A的检测,在0.01~5 ng·mL -1微小浓度范围内具有良好的响应,且表现出较好的特异性。该方法扩展了石墨烯基的光学生物传感器的应用范围,简化了生物分子的传感过程,提高了光学生物传感器的灵敏度。

采用一种基于光学相干层析成像(OCT)技术的深度分辨散射系数计算方法来量化表征细胞分布特性。该方法基于单散射模型获取深度分辨散射系数分布图,并通过散射系数直方图统计发现细胞分布规律。通过多层散射介质模型验证了该方法的有效性。实验结果表明:根据散射系数分布图可以深度分辨细胞分布特性,相比OCT强度图像,细胞和背景的对比更明显;不同浓度细胞悬浮液的OCT强度信号直方图无明显区别,散射系数直方图则出现了表征细胞浓度的特征峰,且该特征峰与背景散射特征峰的偏离程度与细胞浓度呈线性关系。利用OCT散射系数分布图检测到生物三维打印水凝胶支架内细胞分布与H&E染色结果有较好的对应关系,且相应的散射系数直方图分布中出现了表征细胞浓度的特征峰。

光声成像作为一种新型的生物医学成像技术,其成像过程结合了光学成像的高分辨率以及声学成像的深层组织穿透性能,突破了传统生物医学成像的“软极限”。然而,大多数的肿瘤,尤其是在早期阶段,并无明显的光声对比度,因此,开发出有效的外源性光声成像造影剂至关重要。基于此,研究了一种新型二维材料——锑烯纳米层片(AMNFs),它在300~900 nm波段范围内具有较好的光学吸收性,且具备优异的光热转换效率和光声性能。用此材料作为对比剂,可以实现活体小鼠体内小肿瘤的高质量光声成像。

心血管疾病已成为了人类的第一大杀手, 心率作为表征心血管状况重要指标, 其临床及日常监测对预防心血管疾病引起的猝死具有重要意义。设计了一个基于视频的非接触式运动状态下多人心率实时检测系统, 通过人脸检测与人脸跟踪技术实现多人实时准确检测跟踪, 并采用感兴趣区域自适应提取与ASF滤波算法, 抑制了IPPG信号中的运动伪差, 实现了高信噪比脉搏波信号提取。采用医用指夹式血氧仪进行对比实验, 二者的均方根误差为4.1280BPM、相关系数为0.812。Bland-Altman分析结果显示, 大多数点分布在95%的置信区间内, 表明设计的心率监测系统与标准指夹式测量结果具有较好的一致性。

基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制, 搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器, 建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型, 并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法, 实现环形传感器视轴标定.实验结果表明：传感器视轴标定后, 传感器阵列中间视角区左眼相对准确度提高20.46%, 右眼相对准确度提高9.00%; 采用夹角6°的传感器阵列, 在左右眼中间评测区内80%以上区域内测得目标所在角度误差小于±0.60°; 实现了仿复眼视觉测距传感器对运动目标(速度50 mm/s)定位误差在-3～10 mm间的实时测距.