活体光学成像技术

阐述活体内的成像技术,利用这些成像技术,可以直接实时观察标记物体在活体动物体内的活动及反应,探讨基于酶分子的光学成像技术。     

二次成像光学被动无热化设计

介绍光学被动无热化设计的原理,对二次成像系统进行热离焦分析,提出一种使物镜组和中继镜组无热化,从而实现二次成像系统无热化设计的方法。研究由三种材料4片透镜构成的镜组无热化的图解法并给出详细设计步骤。采用Ge、ZnS和CdTe三种常用的红外材料,设计一个长波二次成像光学系统。设计结果表明该系统在-60～70℃的温度范围内,具有良好的消热差、消色差性能。     

用于交通监控系统的光学成像镜头的设计

设计一种用于交通监控系统的宽波段大孔径光学成像镜头,利用红外光的大气窗口,可在黑暗中或能见度不佳的环境中得到清晰的图像。为了对近红外光与可见光成像,采用CCD作为图像传感器,选用的CCD像元尺寸为4.65μm,其分辨率极限为110lp/mm。镜头的F数为1.6,视场角为16.8°,中心波长为880nm的近红外光,工作波段为400～1000nm。通过计算光学镜头的参数,选用松纳型作为镜头初始结构,通过软件优化,在110lp/mm空间频率处所有视场的调制传递函数(MTF)值超过0.3,最大畸变小于0.1%。     

折反式周视红外成像系统光学设计

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度,采用折反式光学结构,通过反射镜及透镜光焦度的合理分配,引入衍射面。分别设计了视场为360°×（-40°～50°）的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×（-30°～50°）的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 μm,光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明,该系统的结构简单紧凑,后截距大,成像良好,在空间频率20 1p/mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4,能满足应用需求。     

紧凑型红外成像光谱仪光学设计

为降低成像光谱仪对工作平台体积质量的需求,优化光路布局,提高系统的热适应性,阐述了一种紧凑型红外成像光谱仪的光学系统设计。考虑结构尺寸和像差平衡,光学设计中引入了扩展多项式面型。系统光谱范围为1~3.4 m,F/数为2.86,光谱采样间隔为7.5 nm。光学系统由一个自由曲面三反射镜望远镜和一个基于平面光栅的自由曲面光谱仪组成。望远镜准远心设计,与后方远心光谱仪光瞳匹配,无畸变且像方空间便于其他结构模块布局。光谱仪像质优良,光谱畸变校正良好,像面倾斜得到改善便于探测器布局。从光栅衍射效率设计、杂散光抑制和光机一体化集成镜件设计三方面对该系统作了分析,结果表明系统具有工程可行性。     

光学成像无源定位及误差分析

分析了一种基于光学成像的目标无源定位方法，成像相机获取目标的图像与计算机相联，进行数字图像处理并计算出目标的方位角与俯仰角，达到对目标定位的目的。利用此方法可进行太阳的精确定位，并对此方法的误差进行了分析。     

荧光法成像系统信噪比的实验研究

在药物荧光成像系统中较好的荧光像的信噪比和分辨本领,可最大限度地克服肿瘤诊断中出现的假阳性,降低误诊率。理论分析并近似计算了用蓝光作为诊断早期鼻咽癌的激发光源时,信号和背景光的亮度分别为4.5×10-2lm·m-2·sr-1和877lm·m-2·sr-1。结果表明,为了能从背景中分辨出信号,窄带栅滤光片的荧光透过率应尽可能大,而背景光要截止到原来的4.3×10-5的量级。根据有色玻璃的吸收特性,实验时适当增加光在玻璃中的行程和带宽,使信号和背景光的透过率之比增大,从而得到较好的荧光像的信噪比和分辨本领,提高了图像目视探测的灵敏度。     

机载红外推扫成像光谱仪光学设计

红外成像光谱仪适用于火山活动探测、森林火灾监测、城市化影响分析、地球表面研究及军事伪装识别等方面。文中基于Dyson 中继系统,设计使用波长范围为7.5~10 m 的长波红外成像光谱仪,采用凹面衍射光栅分光,系统F 数达到1.2,视场角18,空间分辨率为1 mrad,光谱分辨率为50 nm,NETD 小于0.3 K,调制传递函数接近衍射极限,光学系统体积为72 mm39 mm39 mm。该系统具有集光本领强、固有像差小、结构紧凑等优点。对其杂散热辐射分析表明,采用实入瞳作为冷光栏和整体制冷的方法,能有效地抑制光机系统自身的热辐射。     

米级车载高分辨率光电成像系统光学设计

研究了一套能实现机动式布站的米级车载可见光和红外高分辨率光学成像系统新方案.主系统口径1.2 m,采用无焦卡塞格林形式,遮拦比1∶10;机上中、长波红外成像通道采用共口径光谱分光、二次成像的形式,冷阑匹配效率100％,F数为4;机下成像光学系统焦距47 m,F数为39,光学设计满足高分辨率与白天成像的要求,且成像质量达...     

大鼠早期急性心肌缺血的双光子荧光成像及分析

双光子荧光显微成像技术具有较低的光漂白与光损伤、较佳的成像对比度、较深的穿透深度等优点。采用结扎大鼠冠状动脉左前降支的方法建立急性心肌缺血模型,通过双光子荧光显微成像技术获得不同结扎时间下大鼠左心室前壁心肌组织的双光子荧光图像。从中分析了不同结扎时间下心肌组织的形态学变化,实现对心肌组织损伤范围的确定;并对双光子荧光图像进行快速傅里叶变换(FFT),使用方向指数这一参数对心肌缺血的程度进行初步的量化评估。结果表明,双光子荧光显微成像技术结合FFT分析技术,有望在心肌缺血性疾病的诊断和治疗中实时、快速、准确地判断心肌缺血的范围和评估其损伤程度。     

荧光寿命成像显微技术

介绍荧光寿命成像显微（FLIM）技术及其在生物物理、生物化学及临床医学诊断等领域的最新研究成果和发展现状，并就其未来的发展及应用研究进行了讨论。     

荧光寿命成像显微的频域零差法测量及数据处理

介绍了一种实现荧光寿命成像显微技术（FLIM）的频域零差法，并改进了测量数据的逐点分析法，设计了相应的数据处理软件．通过对模拟数据的处理表明，完全满足FLIM数据处理的要求。     

Hyperspectral Fluorescence Imaging for Mouse Skin Tumor Detection

This paper presents a hyperspectral imaging technique based on laser‐induced fluorescence for non‐invasive detection of tumorous tissue on mouse skin. Hyperspectral imaging sensors collect image data in a number of narrow, adjacent spectral bands. Such high‐resolution measurement of spectral information reveals contiguous emission spectra at each image pixel useful for the characterization of constituent materials. The hyperspectral image data used in this study are fluorescence images of mouse skin consisting of 21 spectral bands in the visible spectrum of the wavelengths ranging from 440 nm to 640 nm. Fluorescence signal is measured with the use of laser excitation at 337 nm. An acousto‐optic tunable filter (AOTF) is used to capture images at 10 nm intervals. All spectral band images are spatially registered with the reference band image at 490 nm to obtain exact pixel correspondences by compensating the spatial offsets caused by the refraction differences in AOTF at different wavelengths during the image capture procedure. The unique fluorescence spectral signatures demonstrate a good separation to differentiate malignant tumors from normal tissues for rapid detection of skin cancers without biopsy.     

Organic Nanoprobe Cocktails for Multilocal and Multicolor Fluorescence Imaging of Reactive Oxygen Species

Hypochlorite (ClO^?) as a highly reactive oxygen species not only acts as a powerful “guarder” in innate host defense but also regulates inflammation‐related pathological conditions. Despite the availability of fluorescence probes for detection of ClO^? in cells, most of them can only detect ClO^? in single cellular organelle, limiting the capability to fully elucidate the synergistic effect of different organelles on the generation of ClO^?. This study proposes a nanoprobe cocktail approach for multicolor and multiorganelle imaging of ClO^? in cells. Two semiconducting oligomers with different π‐conjugation length are synthesized, both of which contain phenothiazine to specifically react with ClO^? but show different fluorescent color responses. These sensing components are self‐assembled into the nanoprobes with the ability to target cellular lysosome and mitochondria, respectively. The mixture of these nanoprobes forms a nano‐cocktail that allows for simultaneous imaging of elevated level of ClO^? in lysosome and mitochondria according to fluorescence color variations under selective excitation of each nanoprobe. Thus, this study provides a general concept to design probe cocktails for multilocal and multicolor imaging.     

De Novo Design of Aggregation-Induced Emission Luminogen for Three-Photon Fluorescence Imaging of Subcortical Structures Excited at Both NIR-III and NIR-IV Windows

Three-photon fluorescence (3PF) imaging excited at 1700 nm window is an enabling technology for visualizing deep brain structures and dynamics. Recently, the 2200 nm window has emerged as the longest excitation window suitable for deep-brain 3PF imaging. Bright fluorescent probes lay the material basis for deep-brain 3PF imaging. Among various fluorescent probes, aggregation-induced emission luminogens (AIEgens) have great potential in 3PF imaging excited at the 1700 nm window in vivo. However, to the best of knowledge, there is no AIEgens applicable to 3PF imaging excited at both the 1700 and 2200 nm windows. To readily fill this gap, here this study designs and synthesizes a novel AIEgen, namely TPE-DPTT-ICP, which generates bright 3PF signals excited at both 1700 and 2200 nm. The accordingly fabricated TPE-DPTT-ICP nanoparticles (NPs) possess excellent water dispersibility, colloidal stability, biocompatibility, photostability and large 3P action cross section, key to in vivo imaging. In mouse brain in vivo, TPE-DPTT-ICP NPs enable deep-brain 3PF imaging of subcortical structures excited at both the two windows, reaching depths of 1640 and 880 µm below the brain surface, respectively. TPE-DPTT-ICP NPs are thus a versatile material simultaneously catering to the need at two infrared optical windows with deep tissue penetration.     

荧光寿命成像显微的频域外差法测量及数据处理方法研究

介绍了一种实现荧光寿命成像显微的方法──频域外差法，研究并改进了相位调制度数据的逐点分析法，设计了相应的数据处理软件。通过对模拟数据的处理表明，该分析法具有很高的处理精度。     

军用热像观瞄具结构

给出了规范要求的军用热像观瞄具的功能和特性项目,归纳了从事观瞄具结构设计开发工作的一般程序和技术要领,给出一个建议的观瞄具结构设计案例.     

荧光图像定位肿瘤方法的图像配准和评价

量化不同时刻代表肿瘤病灶信息的荧光图像灰度及肿瘤边缘像素点灰度等重要参数,配准肿瘤组织和荧光像素点,客观反映肿瘤荧光图像的质量.在不同时刻采集受激荧光标记的肿瘤荧光图像,对所采集到的肿瘤荧光图像做归一化处理,计算图像灰度的均值和方差,通过灰度变化趋势确定肿瘤荧光图像边缘提取的灰度域值,结果表明,光敏剂注射后14 h采集的昆明种小鼠腹部S180肿瘤图像荧光强度最强,但是图像配准度最高却出现在18h.