福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
近几年新型冠状病毒COVID-19的迅速传播，引起了全球对传染病防控和快速病毒检测技术的高度关注。表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种光学分析技术，凭借其独特的分子指纹特性和高检测灵敏度的特点，成为生物医学检测领域的有力工具，对可能大规模暴发的流行性病毒灵敏迅速的检测以及监控提供新颖、高效的光学解决方案。本文对从2021年以来开展的DNA、RNA病毒，尤其是威胁人类生命健康的流行性病毒检测工作当中使用的标记、非标记SERS技术进行梳理，从SERS基底结构建构及功能化修饰，分子探针的设计，高速响应、高灵敏度检测模型构建，生物技术、机器学习方法的联合使用等方面，特别是基于便携式、手持式拉曼光谱仪的研究，对SERS技术在病毒检测领域的应用进展进行了总结和展望。
医用光学 表面增强拉曼光谱 病毒检测 生物传感器 纳米光子学 纳米医学
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
1 广东石油化工学院理学院，广东 茂名 525000
2 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山 528225
3 长春理工大学理学院，吉林 长春 130022
表面增强拉曼散射（SERS）技术在痕量检测等领域中具有重要的作用，制备周期性微纳结构，构建表面等离子体耦合体系，是当前实现高性能SERS基底的主要方法之一。鉴于传统周期性微纳制备技术成本高、效率低等不足，提出了激光干涉诱导向前转移（LIIFT）技术，利用三光束LIIFT制备周期性Ag微点结构，并分析了结构基底的SERS特性。研究结果表明：基于LIIFT技术可以实现Ag微点结构的大面积、高效制备，并且通过调节三光束干涉光场周期，可以实现对Ag纳米颗粒的可控制备。最后，以典型食品添加剂罗丹明B（RhB）为检测对象，验证了Ag微点结构的SERS特性。该研究表明LIIFT技术是一种高效制备SERS芯片的有效途径，在食品、环境及生物工程等领域中具有潜在的应用价值。
激光技术 激光干涉光刻 激光诱导向前转移 Ag微点结构 表面增强拉曼散射特性 中国激光
2024, 51(16): 1602406
1 中国科学技术大学生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）整形外科，安徽 合肥 230001
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
4 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
5 中国科学技术大学电子科学与技术系，安徽 合肥 230026
远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。
医用光学 生物技术 远程皮肤病学 人工智能 增强现实 原位投影成像
1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心，河北 邯郸 056038
表面增强拉曼散射（SERS）是一种非接触式、无损伤、高灵敏的光谱分析技术，具备分子指纹识别能力，在材料学、化学、物理学、地质学和生命科学等学科有着广泛的应用。相较于传统的刚性基底，柔性SERS基底能够对非平面表面的分析物进行原位检测和现场实时检测。然而，设计和制备高灵敏、高重现性的柔性SERS基底仍存在一些挑战。因此，综述了柔性SERS基底的最新研究进展，探讨了5种不同类型柔性SERS基底的制备、性能和应用以及未来发展趋势，对SERS基底的研究具有一定指导意义。
光谱学 表面增强拉曼散射 柔性薄膜 纳米材料 快速检测 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0900010
1 石家庄铁道大学工程力学系，河北 石家庄 050043
2 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043
针对长脉冲热波激励后采集到的红外原始热图中缺陷对比度低、缺陷边缘模糊等问题，本文提出了一种基于傅里叶变换、频域相位积分和保边滤波的红外序列图像处理方法，该算法首先对冷却时间段内采集到的红外原始热图进行消背景处理，再利用傅里叶变换将试样表面的红外辐射信息转化为相位信息，频域相位积分处理可以将不同频率下缺陷的相位信息整合至一幅相位积分图中，最后通过保边滤波器及自适应伽马变换对积分图像进行增强和量化。该算法克服了传统方法需要人工从多张频率或成分图中甄别出最优检测结果的缺点，并且可以消除加热不均匀的影响，改善缺陷的可视化。试验结果从定性和定量两个角度验证评估了该算法的有效性，并讨论了采集参数的影响。
长脉冲热像法 傅里叶变换 相位增强 复合材料
1 北方民族大学 计算机科学与工程学院，宁夏银川75002
2 北方民族大学 图像图形智能处理国家民委重点实验室，宁夏银川75001
3 宁夏医科大学 医学信息与工程学院，宁夏银川750004
针对肺部X射线图像的病灶区域较小、形状复杂，与正常组织间的边界模糊，使得肺炎图像中的病灶特征提取不充分的问题，提出了一个面向特征增强的双残差Res-Transformer肺炎识别模型，设计3种不同的特征增强策略对模型特征提取能力进行增强。设计了组注意力双残差模块（GADRM），采用双残差结构进行高效的特征融合，将双残差结构与通道混洗、通道注意力、空间注意力结合，增强模型对于病灶区域特征的提取能力；在网络的高层采用全局局部特征提取模块（GLFEM），结合CNN和Transformer的优势使网络充分提取图像的全局和局部特征，获得高层语义信息的全局特征，进一步增强网络的语义特征提取能力；设计了跨层双注意力特征融合模块（CDAFFM），融合浅层网络的空间信息以及深层网络的通道信息，对网络提取到的跨层特征进行增强。为了验证本文模型的有效性，分别在COVID-19 CHEST X-RAY数据集上进行消融实验和对比实验。实验结果表明，本文所提出网络的准确率、精确率、召回率，F1值和AUC值分别为98.41%，94.42%，94.20%，94.26%和99.65%。DRT Net能够帮助放射科医生使用胸部X光片对肺炎进行诊断，具有重要的临床作用。
肺炎识别 X射线图像 特征增强 双残差结构 Transformer pneumonia recognition X-ray image feature enhancement dual residual model Transformer
中国人民解放军63870部队，陕西渭南714299
在可见光红外跟踪（RGB and Thermal Infrared Tracking，RGB-T）的研究中，为了在常规跟踪算法的基础上实现两个模态的有效融合，基于注意力机制提出了一种基于注意力交互的RGB-T跟踪算法。该算法引入注意力机制对可见光和红外两种模态的图像特征进行增强和融合，设计了自特征增强编码器对单一模态的特征进行增强，设计了互特征解码器对两个模态增强后的特征进行交互融合。编码器和解码器均采用两层注意力模块。为了减小算法模型的复杂度，对传统注意力模块进行简化，将全连接层改为1
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1卷积。此外，该算法对多个卷积层的特征均进行分层融合，以充分挖掘各层卷积特征中的细节和语义信息。在GTOT，RGBT234和LasHeR三个数据集上进行对比测试。实验结果表明，所提算法性能优异，特别是在RGBT234和LasHeR这两个大规模数据集上取得了最优的跟踪结果，验证了注意力机制在RGB-T跟踪中的有效性。
