基于仿生微流控技术的肠道器官芯片构建

人体肠道具有复杂的生理环境,存在肠上皮细胞形成的绒毛结构以及流体剪切力、肠道蠕动 等力学条件,且肠道中与人体共生着大量微生物,这些与人类的健康息息相关。对于肠道的研究,传 统的体外细胞培养手段不能完全模拟肠道复杂的生理环境,具有局限性。该研究设计了一种基于微流 控技术的肠道器官芯片,通过将肠细胞培养于绒毛状基膜,结合流体剪切力来模拟人体肠道的结构与 功能。结果显示,该肠芯片重现了肠道的绒毛结构与屏障功能,提高了黏液的表达量,并实现了肠道 菌在肠芯片上的实时观察,可以成为在体外研究肠道微生物与宿主相互作用的有力工具。     

面向电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片设计

设计了一种用于微尺度流动状态下电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片,包括微流控芯片的结构设计、材料选择和加工工艺。设计的微流控芯片包含3个圆形电极横截面,每个横截面包含一组电极阵列。该阵列有3种数目的电极,分别为8电极,12电极和16电极。之后通过数值仿真方法实现了三种电极数目（8,12和16）微流控芯片的电阻抗成像,并与之前研究出来的菱形横截面8电极微流控芯片进行了对比,发现设计出来的16电极圆形微流控芯片具有较高的成像质量,验证了微流控芯片用于细胞电阻抗成像检测的可行性。     

芯片毛细管电泳的系统级建模与仿真技术研究

芯片毛细管电泳分离是微流控芯片系统中的重要组成部分,其电泳分离效率直接影响着芯片的整体功能。本文运用多端口组件模型技术建立了逶迤型芯片毛细管电泳分离的参数化行为模型及系统级模型。模型仿真结果与有限元仿真软件的仿真结果相比较,仿真速度提高了100多倍,而相对误差小于3.8%,表明论文所建立的芯片毛细管电泳分离行为模型,能够在不降低系统仿真精度的同时更加快速高效地对系统性能做出评价。     

利用层流分布测量微流控芯片压力的方法研究

针对微流控芯片中压力相关测量的问题,提出了一种利用微尺度层流分布测量微流控芯片中的压力(流速)的方法。主要研究内容包括微汇合层流结构的设计(Y型结构),微尺度层流分布的压力(流速)关系的推导和利用显微图像处理进行测量的方法等,并通过计算机仿真和实际芯片实验对Y型测压结构进行了分析,结果证实了提出方法的有效性。     

数字微流控生化芯片多液滴稀释方法的研究

生化试验中如何将样品试剂配备过程转化成有效的数字生化芯片实现的协议,并给出相应的操作过程中的稀释/混合操作优化算法非常关键,是样品试剂配备过程的一个挑战。为减少操作步骤和节省药品,提出针对数字微流控生物芯片多液滴混合器稀释/混合操作优化算法,该算法允许多个液体参与混合分离操作,可以在误差允许范围内利用片上多液滴混合器用较少的操作步骤获得目标浓度的液滴。相对传统的两液滴混合方法,减少了稀疏/混合的步骤和稀释/混合时间,同时减少中间废弃液滴的数目。实验结果也表明可以在允许的误差范围内高效地进行混合/分离操作,获得目标浓度的液滴。     

一种用于循环肿瘤细胞检测的生物传感器芯片

研究制作了基于过滤方式的循环肿瘤细胞检测生物传感器芯片.该生物传感器芯片为三层结构的微流控芯片,主要包括上层进样腔室、过滤膜及下层废液腔室.肺癌肿瘤细胞株H446悬液和临床肺癌病人血液样本为测试样本,对芯片检测能力进行了测试.实验结果显示:基于过滤方式的检测芯片对于循环肿瘤细胞有着高速高效的检测能力,临床样本检测结果优于传统方法,表明该芯片为循环肿瘤细胞检测提供了一个简便、快速、高效的实用工具.     

基于电渗流的微流控混和芯片系统级建模技术研究

微流控混合芯片是微流控芯片系统中的重要组成部分,其混合效率直接影响后续反应产物的分布和反应体系的容量.文中对基于电渗流驱动的微流控混合芯片的系统级建模技术进行了研究,本研究首先结合基于电渗流驱动的微流控混合芯片的控制方程,对系统各组件的参数化行为模型进行了提取,在此基础上编程实现了系统各组件的多端口组件模型,构建了基于电渗流的微流控混和芯片系统级模型,模型仿真结果与有限元方法相比,相对误差为2.5%,而仿真速度却远远高于有限元方法.表明该方法在不显著损失系统精度的前提下,可以更加有效的对系统性能做出评价.     

用于血样前处理的BioMEMS微流控芯片

基于BioMEMS技术,研制成三种血液样品前处理微流控芯片,分别介绍了血样前处理微流控芯片的原理、结构、制备技术以及样品前处理效果.基于错流过滤原理,设计了用于血细胞分离的错流过滤微结构,采用深刻蚀技术在硅片上刻蚀出直径为20μm,高度为50 μm的圆柱阵列;基于化学法破裂细胞,设计了用于血细胞破裂的夹流式微沟道,采用湿法腐蚀技术在硅片上腐蚀出深度约为80μm的微沟道;基于固相萃取原理,设计了用于DNA提纯的介孔固相载体,采用电化学阳极腐蚀技术在硅微沟道内表面制得表面积为300m2/g的介孔层.分别在芯片上实现了血细胞的分离、血细胞的破裂以及DNA的提纯.     

细胞计数分析传感器芯片的研究

细胞计数分析在医疗和科学研究方面有着广泛的应用,本论文叙述了一种有效结合了微流控分析和细胞传感器技术,并能够进行细胞计数分析的传感器芯片.通过微加工技术制备的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道,并将PDMS芯片键合在光寻址电位传感器(light-addressable potentiometric sensor,LAPS)的芯片表面,使其在硅基底上形成十字形、100 μm宽、30μm深的微流控通道,通过LAPS光生电流的传感测量,对重力驱动的大鼠血细胞进行了计数分析.该研究将微流控技术引入细胞传感器的研究,有利于后续通过细胞芯片实现细胞计数分析仪器的微型化和多功能化.     

基于微流控芯片的尿酸和抗坏血酸并行电化学检测研究

尿样和血样中的尿酸水平是诊断痛风等疾病的重要指标,传统检测方法存在时间长、需要其他辅助试剂等不足,开展了在微流控芯片上对尿酸进行电化学检测的研究：以碳纳米管修饰的丝网印刷电极片为检测单元,构建了PDMS微流控芯片。以微流控芯片为平台,采用微分脉冲伏安法（DPV）对尿酸和抗坏血酸分别进行检测,确定其原始峰值电位。最后,实验测试和分析比较了不同浓度尿酸和抗坏血酸对电化学检测信号的影响。研究结果表明：用DPV法分别检测尿酸和抗坏血酸,测得峰电流与样品浓度均有较好的线性度;从并行检测信号中能够分辨出尿酸和抗坏血酸的氧化峰位;尿酸和抗坏血酸对彼此的DPV峰位无明显影响,但对DPV电流峰值有一定抑制作用。     

并行处理技术在高分辨率成像声纳中的应用

针对堤坝安全探测及海洋开发等水下探测任务,设计并实现了一种具有较高分辨率的水下成像声纳系统。由于成像声纳具有数据吞吐量和运算量庞大的特性,系统采用9片高性能信号处理芯片TMS320C6416并行完成实时数字信号处理任务。配合适当的并行处理算法,系统具有高速稳定的特点,不仅可以探测江、河、湖泊及水库的堤坝表面裂痕,还可以探测水雷、沉船等水下可疑物体。经过多次水池试验及外场试验的验证,系统具有较好的成像效果及较高的可靠性。     

基于多通道并行采集的部分可分离函数高分辨动态磁共振成像

部分可分离函数(Partial Separability,PS)是一种高分辨动态磁共振稀疏成像模型,可以对心脏等运动目标实现高 分辨动态成像,然而该模型需要充足的扫描数据才能进行图像重建,因此存在扫描时间较长的缺点。文章在 PS 模型基础 上,利用并行成像原理对磁共振数据进行降采样,从而缩短 PS 模型的扫描时间。数学仿真和载体实验结果表明,该方法 可以准确重建出高时空分辨率磁共振图像并且将扫描速度提高 2～3 倍。     

开放式的高分辨率超声成像系统

在医学和生物学研究当中,对活体组织进行无创性成像具有重要意义。高分辨率超声成像技术,可以对细微组 织实现高空间分辨率的成像,已被广泛应用于皮肤、眼睛、心血管和小动物成像等生物医学领域。目前领域内的相关研 究需要不同的成像系统参数,例如要求不同的探头性能、数据采集策略、信号处理以及图像重建、显示和保存方法。因 此需要一种灵活和开放的超声成像系统,能让用户根据各种研究需求实现个性化设置并能全面获取原始实验数据。文章 提出了一种实时的、便携式设计的开放式超声成像系统,可支持定制的高分辨率超声成像研究。系统基于高速现场可 编程逻辑门阵列(FPGA)实现灵活多样的超声成像。用户可以轻松地根据个性化应用需求来调整系统结构。测试结果表 明,本系统能实现 B 超成像、编码激励成像、多普勒成像、血管内成像、多模态组合成像等,为高分辨率生物医学应用 研究提供了非常灵活的成像工具。     

Modelling a Fused Deep Network Model for Pneumonia Prediction

Deep Learning (DL) is known for its golden standard computing paradigm in the learning community. However, it turns out to be an extensively utilized computing approach in the ML field. Therefore, attaining superior outcomes over cognitive tasks based on human performance. The primary benefit of DL is its competency in learning massive data. The DL-based technologies have grown faster and are widely adopted to handle the conventional approaches resourcefully. Specifically, various DL approaches outperform the conventional ML approaches in real-time applications. Indeed, various research works are reviewed to understand the significance of the individual DL models and some computational complexity is observed. This may be due to the broader expertise and knowledge required for handling these models during the prediction process. This research proposes a holistic approach for pneumonia prediction and offers a more appropriate DL model for classification purposes. This work incorporates a novel fused Squeeze and Excitation (SE) block with the ResNet model for pneumonia prediction and better accuracy. The expected model reduces the human effort during the prediction process and makes it easier to diagnose it intelligently as the feature learning is adaptive. The experimentation is carried out in Keras, and the model’s superiority is compared with various advanced approaches. The proposed model gives 90% prediction accuracy, 93% precision, 90% recall and 89% F1-measure. The proposed model shows a better trade-off compared to other approaches. The evaluation is done with the existing standard ResNet model, GoogleNet+ResNet+DenseNet, and different variants of ResNet models.     

高分辨频率估计的数字信号处理系统设计

介绍了以高速数字信号处理芯片ＴＭＳ３２０Ｃ３０为核心的数字信号处理系统。该系统具有１２位高速Ａ／Ｄ转换,转换时间８００ｎｓ。ＡＤ工作方式采用连续时间采样,不需ＣＰＵ干预,可进行全速转换,同时还具有８＋４位高速双通道Ｄ／Ａ输出,８位输入输出数据接口,６４ＫＲＡＭ,其中８ＫＲＡＭ与ＰＣ机共用构成主从工作方式,系统采用子空间旋转不变法（ＥＳＰＲＩＴ）估计频率。文中给出了系统原理及硬件设计框图、高分辨频率估计算法及Ｃ３０机器语言设计思想,最后给出了系统实验结果。     

全球民用陆地成像卫星概览

陆地成像卫星发展迅速, 目前已有17 个国家的中/ 高分辨率的卫星在轨道上运行, 2010 年将达到20 个国家。美国摄影测量与遥感协会( The American Society for Photog rammet ry and RemoteSensing , ASPRS) 以网上公开资源为信息源, 收集整理了全球运行中和计划发射的中/ 高分辨率民用陆地成像卫星资料, 制成一目了然的图表, 为ASPRS 成员和广大遥感使用者提供言简意赅的《陆地成像卫星指南》。主要对该指南做了编译, 并选取有代表性的5 幅图表, 为国内相关领域的研究者提供参考。     

基于本体的医学影像信息整合

计算机可理解的统一信息模型是基于语义的医学影像检索研究的数据基础. 讨论了医学影像及其相关信息使用中存在的数据异构、图像标注术语及语法不一致及数据格式不支持现有数据挖掘和图像语义检索的问题, 提出了一种基于本体的医学影像信息集成方案. 在分析医学影像信息来源及其关系基础上, 结合领域专家知识, 使用斯坦福大学提出的本体构建“七步法”设计了医学影像信息本体模型, 实现了本体模型的持久化、原始数据提取和数据整合, 解决了医学影像信息使用中存在的问题, 该信息模型已用于医学影像检索系统中.     

合成孔径与实孔径雷达谱域成像算法对比分析

讨论了合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)和实孔径雷达(Real aperture radar,RAR)一维扫描方式下的谱域成像实现问题.文中从SAR和RAR扫描下的波数域波散关系入手,分析了这两种扫描方式下的谱域填充区域和成像分辨率,指出了二者的异同,导出了相应的成像算法.单目标和组合目标的雷达成像仿真实验验证了两种扫描方式下成像算法的有效性和理论分析结果.     

带通采样在高分辨率图像声纳中的应用

介绍了带通采样技术在高分辨率图像声纳中的应用;首先阐述了带通采样定理以及采样率的选取原则,然后从多波束图像声纳的原理出发,给出了基于带通采样的数字波束形成方法;仿真和湖上试验表明了这种方法的可行性以及工程实现的有效性。     

机器视觉检测系统中相机景深问题的研究与建模

机器视觉应用于工业检测时,传送带的振动会引起被测物采集图像的离焦模糊,导致特征信息丢失,引起检测的漏判误判。而根据光学系统的景深理论,检测系统满足一定参数条件时,物点在一定物空间范围内依然可以在理想像面成清晰像。本文对这一问题进行了研究,结合理想光学系统的成像模型、景深模型、以及视觉检测系统的相机参数等,对视觉检测系统中相机的景深问题进行了数学模型的建立,并通过实验验证了模型的有效性。模型的建立可为实际应用中调整振动现象对成像的影响提供依据。