偏振反射光谱在生物医学光子学中的应用

偏振反射光谱是近年来生物医学光子学中发展迅速的一种新型诊断组织信息技术,能对生物组织微观结构组成进行快捷准确的探测,具有强偏振敏感、非侵入、低成本和快速等特性,在肿瘤的早期诊断和在体生物组织的上皮黏膜检测研究等方面具有重要的应用价值.综述了偏振反射光谱技术的基本原理和测量装置及其在肿瘤的早期诊断和在体生物组织上皮黏膜的光检测等生物医学方面的研究.     

偏振空间频域成像系统及仿体验证

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术,对亚波长微观结构的变化比较敏感,可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而,在可见波段范围内,生物组织是强散射介质,光在组织中传播时会经历多次散射,失去原本携带的相位和偏振信息,从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法,搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度,利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数,进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关(R²=0.99988);退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系,二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大;该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟,表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现,偏振空间频域成像可以有效控制成像深度,精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测,测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏,相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性,促进肿瘤的早...     

光谱编码型穆勒矩阵测量中的相位延迟量误差分析

光谱编码型穆勒矩阵测量技术具有测量速度快、结构紧凑、低损耗、无移动部件等优点,单次测量可获取穆勒矩阵全部元素.其主要原理是采用一组特定厚度比例的相位延迟片,将样品的穆勒矩阵元素调制到光谱的频率通道上,再通过光谱的傅里叶变换解调出穆勒矩阵.其中相位延迟片的厚度或延迟量误差将导致解调的穆勒矩阵元素产生较大误差.本文通过理论推导得到具有延迟量误差的光强一般表达式,并详细地推导了利用单一样品求解得到延迟量误差的过程;利用单一样品求解延迟量误差可以避免不同样品对初始相位的影响,提高延迟量误差求解精度;还对穆勒矩阵测量中延迟量误差的影响进行了仿真,并实验验证了误差标定以及补偿方法的可行性.     

辛几何在矩阵光学中的应用

本文根据光场辛结构的特性,把描述非对称光学系统的4×4阶矩阵定义为辛的,直接给出了分块矩阵元之间的6个关系式。     

基于偏振成像的面部皮肤结构和特征非接触在体测量方法

数字成像技术能对皮肤的微观结构、生理特征、新陈代谢情况等进行描述，有助于对皮肤形态和动态平衡机制进行定量评估，对皮肤病筛查等具有重要意义。偏振成像方法以其非接触、信息量丰富、无需染色标记等特点，被广泛应用于包括皮肤检测在内的生物医学研究领域。本文提出了一种基于偏振成像的面部皮肤结构和特征的非接触在体测量方法，并利用这一方法分析了不同偏振成像模式对面部皮肤不同参数测量结果的影响。具体而言，首先构建了一套可调偏振成像模态的人体面部皮肤测量系统，然后分别在无偏振、平行偏振和正交偏振三种成像模式下对5个基于CIE Lab色彩空间和Frangi滤波器的面部皮肤参数进行了测量分析。通过对不同参数在面部不同区域的异质分布进行细化探究，得到了不同偏振模态成像获取特定面部皮肤参数的效果差异，并给出了不同参数的偏振测量建议，为提高临床应用中偏振成像非接触、定量测量皮肤参数的有效性奠定了基础。     

红外偏振成像在伪装目标识别中的应用研究

红外偏振成像技术可以提高探测伪装或隐身目标的能力。作为对抗红外隐身的侦察手段,它已成为国内外研究的重要内容。通过分析红外偏振成像的进展,提出将红外偏振成像技术应用于目标检测。为了研究伪装目标的偏振散射特征,利用红外偏振成像系统对覆盖和未覆盖军用三色迷彩伪装网的目标场景进行了探测研究。研究发现,红外偏振成像可以作为探测伪装或隐身目标的新途径,其成像效果较好。此外还证明偏振探测技术对复杂背景中低反射率伪装目标的独特识别优势在中红外波段同样成立,而且偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感。     

偏振器件在通信和传感中的应用

偏振器件是光纤通信和光纤传感系统中的重要器件.随着光纤光学的发展,偏振器件的应用越来越广泛,并且开发出了许多新的类型.为此总结了偏振器件在光纤通信及光纤传感领域中的应用,并对偏振器件的研究方向作了展望.     

图像融合在偏振关联成像中的应用

近年来,偏振关联成像受到了研究学者的广泛关注,其在目标探测、特征提取等领域有着一定的应用价值。全Stokes偏振关联成像系统可以获得目标的多个偏振态图像,利用这些图像可分别从不同的角度分析目标的本征偏振信息,但是这些图像之间具有很强的互补性和冗余性。为此将HSL-RGB图像融合技术应用于偏振关联成像系统中,将系统获取的多个偏振图像进行有效地融合,来全面描述目标结构,提高目标探测识别效能。实验结果表明该融合技术在提高偏振关联成像系统识别和探测性能上效果显著。     

偏振米散射激光雷达在大气监测中的应用

简要介绍了激光雷达分类、偏振米散射激光雷达系统及其应用领域.通过偏振米散射激光雷达在重庆大气监测中的应用,对云层和PBL高度进行了探测,同时结合能见度、气象五参数、PM10、PM2.5和后向轨迹数据,对污染过程进行了分析.结果表明:2012年2月18日晚上高空的云层造成降雨;2012年4月5日至2012年4月9日的PBL高度主要集中在400m至600m;2011年12月1日至2011年12月5日这段时间段内的两次污染过程:一次是由于二次污染造成;一次是由于区域污染物传输造成.     

激光三角法在生物医学领域中的若干应用

对激光三角法在生物医学工程中的应用进行了讨论、分类和总结,对激光三角法在生物医学领域中的更进一步应用具有实际指导意义.     

二次谐波在生物医学成像中的应用

二次谐波成像是近年来发展的一种新的光学成像技术,作为生物结构检测和耐久追踪标记的新工具已经受到广泛的关注。二次谐波成像技术避免了经典荧光探针会遇到的许多固有缺点,是一种理想的活体成像方法,具有很好的生物医学应用前景。本文系统介绍了二次谐波原理及其成像装置,二次谐波介质分类及特点,二次谐波在生物医学成像中的应用,最后对二次谐波成像未来的机遇和将要面对的挑战进行了展望。     

T矩阵在光扭矩分析中的应用

在一定条件下经过高数值孔径聚焦后的激光可以捕获微米量级的微粒,这种技术称为光镊。光阱与捕陷粒子间存在角动量传递会产生光扭矩,采用T矩阵方法实现了显微量级光扭矩的测量。仿真结果验证了T矩阵方法的计算高效性,同时分析了光阱参数对光扭矩效率的影响,为光扭矩的实际应用提供了理论依据。微光扭矩的测量具有广阔的应用前景。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

偏振荧光光谱在肝病诊断中的应用研究

利用488.0nm激发光诱导肝病变患者及健康人血清的自体荧光,在495nm~640nm范围内进行荧光光谱、水平和垂直偏振荧光光谱采集.实验结果表明,肝病变患者血清的荧光光谱带宽与正常人的相比差异不明显.但是,肝病患者血清的水平和垂直偏振荧光光谱的半峰全宽和0.707带宽(强度为1/2时的带宽)都比健康人血清的带宽宽.这一结果对于肝病的诊断研究有一定的参考价值.     

智能手机成像系统在临床辅助诊断中的应用

智能手机构成的生物医学成像系统的应用范围不断拓展，通过设计光学附件适配器，可以扩展系统的成像功能，从而进行医疗临床辅助诊断。智能手机成像系统已在皮肤科、眼科、口腔科及耳鼻喉科、妇科等有广泛应用，并取得良好效果。综述当前基于智能手机的医疗设备成像系统在临床辅助诊断领域的应用情况，分析其成像技术原理和特点，依据在不同科室的应用分析并总结了成像系统的特点，并对其未来发展趋势进行展望，旨在为后续研究和开发基于智能手机的医疗成像系统提供参考。     

T矩阵在光阱分析中的应用

光镊技术被广泛应用于许多生物领域。光镊本身结构简单,用单光束就可以捕获单个粒子,但对光阱力的精确计算却存在一定的难度。可以用一些近似的方法如几何光学或瑞利假设分析光阱力,但这些方法仅能在特定限制条件下适用。文中把电磁散射理论作为一种通用的方法来解决光阱力的计算问题。论述了如何使用T矩阵方法进行光阱力计算。计算结果为实验系统参量的选择提供了理论依据。     

T矩阵法在光镊中的应用及进展

T矩阵法适合用来研究微粒尺寸与入射光波长相近时系统中光镊的捕获力。T矩阵法只取决于散射微粒的形状、尺寸大小、折射率及微粒在坐标系中的位置,而不受入射场约束。主要简述了T矩阵法基本原理和计算,综述了光镊中单个微粒、两个微粒及两个以上微粒捕获力和力矩的计算方法,并对T矩阵法在光镊中的应用前景做了分析。     

波片组合在调整偏振态势中的应用与分析

为了获得椭圆率角不变、椭圆方位角可连续变化和椭圆率角可连续变化、椭圆方位角不变的椭圆偏振光,采用矩阵光学方法对按一定方位角摆放的λ/4波片和λ/2波片,在线偏振光通过后的偏振态变化,进行了理论分析和实验验证,取得了可靠的数据。结果表明,理论分析是正确的,这一结果对光路调整和偏振态的转换是有帮助的。     

组织光透明技术在骨透明化中的生物医学成像应用与展望

近年来组织光透明技术的飞速发展,为现代骨科临床基础研究带来了新的契机.组织光透明技术主要通过多种物理、化学手段,降低组织的光散射和光吸收,使光能在组织中更好地传播,从而增加光学成像的深度和对比度.结合多种荧光标记策略,实现更深层、更高分辨的骨组织及三维空间微结构信息,为突破骨这种高散射组织及骨疾病的分子影像学研究带来新的视角与方法.对组织光透明技术的原理及机制进行介绍,并重点从骨组织光透明成像技术的应用现状、新方法及透明机制三个方面加以详述,最后对该技术应用于骨及骨疾病的分子影像学研究前景进行展望.