生物光学成像技术范文

导语：如何才能写好一篇生物光学成像技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】Monte Carlo方法 光子传输模型 在体生物光学成像

生物分子技术的不断发展，促使光学成像技术逐渐从分子、细胞水平到器官整体实现对层次的无损静态成像，目前运用在体生物光学成像来研究病症出现的表现一起病症的病变都提供了非常好的手段基础，更为一些较为严重的疾病的诊断提供了可靠的治疗参考，而专家学者研究的光子在生物组织中的传输模型和传输规律也是进行在体生物光学成像研究中非常重要的一部分，这一研究不仅可以呈现最真实的光学成像实验，最重要的是可以真实的对实验进行重构，可以说其理论研究价值和实际的应用价值是很高的。

1 Monte Carlo方法

Monte Carlo方法（MC）是在传统的方法基础上，运用较多的随机数据来模拟某一个物理过程，并且将这一物理过程出现的规律统计下来，经过长时间的实践，MC方法已经逐渐成为了模拟生物组织内管子传输中较为常用的方法之一，因其模拟的结果准确性是有目共睹的，而且也得到了多方面的验证，证明其是经得起考验的。

2 算法描述

2.1 MC方法

在体生物光学成像中我们主要研究的是光子在生物组织中的产生问题和传输问题，光子在生物组织中的传输主要描述的是光子与生物组织之间的相互作用，再有就是光子在生物组织中所发生的一系列光学反映，像光的反射、光的散射等等，而本文主要是利用MC方法来实现在体生物光学成像中的光子传输模型，并给出实验的结果，最后对这一实验结果进行相应的验证。本文提到的MC方法就是一种随机的统计方法，还有一种就是确定性方法，这一方法在本文没有涉及到，像有限元法就属于确定性方法的一种，除了有限元法，还有一种就是有限差分法，这一方法是较早应用在传输模型的一种方法，这一方法之所以最早被运用，主要是因为这一方法算法相对比价简单，但是这一方法也是存在一定缺陷的，比如说这一方法在处理那些不是特别规则的几何形状时就会非常困难，在这一方法遇到瓶颈的时候，有限元方法出现了，有限元方法能够有效的处理复杂的几何形状问题，而且其计算的速度也是非常快的，所以有限元方法近几年受到了较为广泛的应用，而本文所提到的MC方法则是在计算机的随机数模拟方法的基础上出现的，MC方法可以通过对大量光子进行统计计算，而且能够求解出任意一个区域的物理信息，MC方法也不是全才，它也有其优缺点，优点就是它可以准确的处理非常复杂的集合形状，但是相应的缺点就是计算量太大，每一次进行计算的时间都要非常长，由于我们需要的是物理量信息和模拟光子光源发射光子的过程，所以运用MC方法是比较好的选择。

2.2 MC方法与TracePro的比较

TracePro是一个以ACIS为基础的光学仿真程序，其模拟光线传输的算法主要是MC方法，与我们的算法有可比性。当生物体内的发光光源为球形体光源，探测器为球形生物组织的外表面时，分别通过MC方法和TracePro软件获得探测器上光子能量之和的数值模拟结果，如图1、2所示，由对比结果可见，二者吻合度极高，这也从另一个角度说明了我们的验证是非常准确的。

3 运行时间

虽然说MC是一种比较随机的统计方法，而且在保证统计可靠性的时候还要进行大量随机样本的采集，这也间接的体现了MC方法的一个难以摆脱的缺点，那就是如果想要用MC方法来进行一次模拟实验的话，所消耗的时间是非常多的，如果在遇到生物组织特别复杂的情况的话，那么用MC方法进行统计可以说不是一个理智的选择，所以说想要让MC方法更好的应用在统计当中，减少其运行统计时间是关键，在光子传输的过程当中，如果说光子到达了一个它还没有到过的位置的时候，我们想要判断这一位置在哪个生物组织中其实是最消耗时间的，因此我们采用了粗细相结合的搜说方法，这样不仅可以有效的保证搜索结果的准确，而且还极大的缩短的运行的时间，一举两得。

参考文献

[1]李慧，田捷，王革.基于Monte Carlo在体生物光学成像的光子传输模型[J].软件报，2004.

[2]金永明，王加俊.光学CT中扩散方程光子传输模型的Monte Carlo验证[J].光电程，2006.

[3]何晨平.内窥式光学分子影像的光传输研究及仿真设计[D].西安电子科技大学，2013.

[4]戴汝为.在体生物光学成像技术的研究进展[J].自动化学报，2008.

篇2

【关键词】量子成像；单像素成像；鬼磁共振血管造影；量子光学相干断层扫描；综述

前言

生命科学的发展离不开各种成像设备和手段，图像分析从手工绘制到静态照片，再到如今的计算机（半）自动测量。今天的成像技术产生了大量的数据，需要可视化、多维度、定量和动态的图像分析。随着理论的发展和技术的进步，量子成像自20世纪90年代登上了历史舞台，伴随着其成像的高分辨率、非局域性和抗干扰性强等天然优势，在生物医学、保密通信、军事和气象等领域有着很高的应用前景。

1量子成像

1.1概念和历史

量子成像，又称鬼成像（GhostImaging）或关联成像（CorrelatedImaging），是利用辐射场的量子涨落来获取物体信息的一种非局域成像方法。典型的量子成像方式为纠缠光源符合成像，基本过程如图1所示。首先用自发参量下转换的方法制备纠缠光源，即当泵浦激光通过非线性晶体时，由于随机的真空涨落，一个泵浦光会以很小的概率劈裂为一对纠缠双光子，此过程满足能量、动量守恒，因此两光子具有时间、偏振、频率、自旋纠缠等特性。下转换光子经分束器PBS后分成两路，分别称为信号光和闲置光。待成像物体置于信号光一路，用一个无空间分辨能力的桶探测器接收；闲置光一路无待测物体，信息由可探测空间光场分布的空间探测器接收。因此，无论是信号光还是闲置光，任何一路的单独测量都无法成像，但两路的符合关联计数却能恢复物体的像。量子成像的实现归功于1956年Brown等［1］利用二阶光强干涉的方法测量双星角半径的实验，而在此之前，光的干涉都是基于相干光源的一阶干涉实验。在Brown等的实验中，干涉不再要求必须是相干光源，因此产生干涉的两束光的光程差几乎不影响测量结果，大大提高了实验的抗干扰性。1994年，Ribeiro等［2］利用纠缠光子对首次观测到非相干光源下的杨氏双缝干涉现象；Shih等［3］和Pittman等［4］观测到满足高斯成像公式的量子几何成像；随后，Strekalov等［5］实现了量子干涉和量子衍射实验；1999年，Fonseca等［6］观测到双缝的亚波长干涉现象，即干涉条纹间距为同波长相干光干涉条纹间距的一半，可见量子成像可以实现超越衍射极限的超分辨成像。以上实验都是基于纠缠光源实现的，那么“纠缠”是量子成像的必要条件吗？答案是否定的。自2002年起，随着赝热光源关联成像［7］、真实光源关联成像［8］、非相干热光场无透镜关联成像［9］和亚波长干涉［10］相继实现，经典热光场的关联成像也得以证实。人们发现关联成像不仅可以用基于纠缠光子的量子理论来解释，同时也可以用基于统计光学的经典理论来解释。

1.2单像素成像

除了基于纠缠光子对的符合计数成像和基于热光场的强度关联成像之外，另一个与量子成像密不可分的概念是单像素成像，又称计算关联成像。2008年，Shapiro［11］从理论上证实了量子成像中闲置光一路的信息可以通过对光场的计算得出，因此并不是量子成像所必须的，该理论的可行性随后得以证实［12］。计算关联成像中光源可由激光照射空间光调制器产生强度涨落光场，这一过程由计算机控制，因此闲置光一路的光强、相位等理论测量值已知，实验中无需包含空间探测器的闲置光一路，只需一个无空间分辨能力的桶探测器即可成像。将桶探测器收集到的光强信号和空间光调制器的理论数据进行符合关联运算，即可得到最终的像。单像素成像方法由于少了一路闲置光，较普通量子关联成像方法而言，实验光路更简单，因此实用性和可操作性更强。

1.3量子成像的优势

与传统成像方式相比，量子关联成像凸显出了明显的优势：（1）成像分辨率高。经典成像受限于瑞利衍射极限，而亚波长干涉现象的发现预示着量子成像可以实现超越衍射极限的超分辨成像。对于N个纠缠光源的系统，Boto等［13］于1999年证实了其在理论上可将成像分辨率提高N倍。（2）非局域成像，抗干扰能力强。首先，量子成像中“物的探测”与“像的重建”是分开进行的，并且可以用非空间探测器（桶探测器或单像素探测器）获取物体的空间信息。其次，量子成像可以实现非相干光源的相干成像，因此成像结果不受光路扰动影响，在一定程度上可以消除大气湍流和散射介质对成像的干扰，提高成像的抗干扰能力。（3）采样少，速度快，成像效率高。量子成像中的光场可以看作是服从高斯分布的随机噪声，利用压缩感知理论［14-16］，可以实现在采样数远低于奈奎斯特采样极限的情况下，以很高的概率进行图像的恢复，从而大大减少测量次数，提高成像速度，而无需像传统的成像方式那样对待测物体进行逐点全像素采样。

2量子成像的医学应用

2.1鬼磁共振血管造影

传统的磁共振血管造影是一种成熟的技术，可以精确地描绘多个区域的血管形态。为了降低背景信号，增加图像对比度和分辨率，我们通常采用加速并行处理技术，然而，若标准相控阵线圈的并行加速因子过大，则会引入严重的图像噪声。鬼磁共振血管造影是一种全新的血管成像方法，它可以用于非对比和对比度增强的血管造影技术。即使在更大的并行加速因子条件下，也可以近乎完美地对背景噪声进行抑制。三维数据集的偶数kz行用强化前的数据填充，奇数行用强化后的数据。沿kz方向的信号调制产生了一个对比度增强的血管的鬼像，这个像可以用最大强度投影来处理，并在三维空间中旋转，就像传统的磁共振血管造影一样。Edelman等［17］对6名健康受试者分两组进行扫描，成像区域从肾动脉穿过大腿上部，一组用传统磁共振血管造影，另一组用鬼磁共振血管造影。磁共振血管造影在血管醒目性和背景抑制性上都优于传统磁共振血管造影，并且可以提高扫描速度，支持更大的并行加速因子。

2.2量子光学相干断层扫描

近年来，许多非传统的量子光源已成为人们关注的焦点，但很少有实际应用出现，其中一个应用是量子光学相干断层扫描［18-19］，这是一个四阶干涉光学切片技术，利用自发参量下转换产生频率纠缠的光子对。量子光学相干断层扫描的一个典型优点是它天生不受群速度色散的影响［18］，而传统的光学相干断层扫描是一种二阶干涉测量方案，会造成群速度色散，从而降低成像的分辨率。在光学相干断层扫描的背景下，量子光学相干断层扫描在处理群速度色散和图像分辨率方面有着绝对优势。Nasr等［20］实现了量子光学相干断层扫描的第一个实验生物样本：一个涂有金纳米颗粒的洋葱表皮组织，将三维图像以不同深度的二维横截面和不同横向位置的二维轴向剖面展示出来。量子光学相干断层扫描在提高源光子通量、增强空间分辨率、缩短图像采集时间方面有着明显的优势，未来有望成为一种可行的生物成像技术。

2.3X射线量子成像

最近，X射线成功实现了量子成像，开启了X射线鬼断层摄影的可能性。单像素相机方案的成功，结合压缩感知方法，可以实现从更少的测量中产生图像，这无疑为X射线量子光学相干断层扫描提供了重要思路。可以肯定的是，X射线鬼成像可以减少辐射剂量。因为一般来说，图像质量与总流量成正比，但高能光子（如X射线）会对生物有机体造成辐射损伤，因此如何降低辐射剂量，同时保持图像质量是一个根本问题。Zhang等［21］利用桌面X射线源，用预录的一系列散斑场作为参考光信号，另一路放置待测物体，由桶探测器接收后进行计算关联成像。通过这种方法，可以成功地在超低X射线照度下，甚至在准单光子水平下，获得高质量的X射线鬼成像图像。与传统的X射线成像相比，同一辐射剂量可以获得较高的对比噪声比，因此这项新技术可以大大减少对生物标本的辐射损伤。在此之前，所有已发表的X射线鬼成像的重建都是一维的，因此探讨二维和三维的X射线鬼成像是非常有医学意义的。Kingston等［22］结合鬼成像和传统断层摄影技术，对X射线鬼断层扫描技术给出了一些建议，提供间接和直接两种方法来进行X射线量子光学相干断层扫描：（1）过滤后投影，通过重建二维鬼投影来获得三维图像；（2）同步迭代重建技术，直接从X射线的鬼断层扫描成像数据到三维重建。目前还不清楚哪种方法会在该领域的未来发展中更有效。不过在未来，基于机器学习和人工智能的改进方法会逐渐成为X射线鬼成像的重要组成部分。

2.4用单像素探测进行生物组织的透射成像

长期以来，科学家们一直关注的一个挑战是，如何清楚地看到被浑浊介质隐藏的物体，如生物组织，这对疾病的早期诊断有着重要的意义。光学方法是一个很好的候选者，具有非侵入性和快速成像的优势，并且不像电离辐射那样会造成健康风险。然而，与超声波或X射线相比，光学测量最大的问题是进入组织的穿透深度较浅。一般的解决方案是模拟漫射光子的随机传播成像技术，如多谱光声断层摄影，或者混合荧光分子断层摄影，此技术可以达到更深的穿透深度（在组织中超过1cm），但缺点是分辨率较低。Duran等［23］利用压缩感知理论对生物组织进行单像素成像，提供了一种能在散射介质中成像的新技术。在此之前，单像素成像实验都是考虑没有散射的照明传输，而在生物医学中，通过散射介质进行图像传输是至关重要的。因此需要展示一个完全嵌入在非齐次介质中的吸收物体的单像素成像。作为初步的实验，Duran等［23］为一个被若干全息扩散器隐藏的物体进行单像素成像，可见单像素成像的效果在全波段都优于传统成像。为了进一步测试在生物组织中的成像，随后扩散器被两个3mm厚的鸡胸肉所取代。对于这样的组织厚度，多重散射是最终成像结果的主要影响因素。击中目标的光线由两个叠加的部分组成：一个强大的漫射晕加上一个带有弱信号的图像。由图可见，虽然单像素成像的分辨率仍然优于传统成像方法，但是对于不同波长的光，单像素相机的效果呈现出了差异性。

篇3

[关键词]乳腺肿瘤；血管生成；超声；综述

[中图分类号]R445.1；R737.9　[文献标识码]A　[文章编号]1671－7562(2008)03－0212－03

血管生成是乳腺癌进展的重要因素，乳腺肿瘤血管在肿瘤发生、发展、浸润及转移的各阶段皆起着重要作用。随着医学影像技术的发展，乳腺内微小病灶的检出率越来越高，形态学方面的特征已不足以作为良、恶性病变的判断标准，因此，如何利用血流这一重要信息提高乳腺良、恶性肿瘤的诊断准确率，从而指导制定合理的治疗方案已成为当今研究的热点之一。目前超声技术以简便易行、对血流状况显示理想以及无损伤的优势成为肿瘤血管的常规检查手段，用于评价乳腺肿瘤的血供状况，作者对此作一综述。

1　肿瘤血管生物学特性

肿瘤血管生成是指新生血管在现有血管基础上形成的过程，它是肿瘤细胞、血管内皮细胞与其微环境通过肿瘤血管生成因子相互作用的结果。1971年，Folkman首次提出肿瘤细胞能分泌一种“肿瘤血管生成因子”学说。随着近年分子生物学与相关学科的研究，不仅证实了Folkman的观点，而且已能分离纯化出多种血管生成因子和血管抑制因子。

血管生成是个复杂的多步骤过程，包括内皮细胞的增殖、迁移、分化为管状结构，这些步骤涉及到很多生长因子、蛋白酶类、内皮细胞间及内皮细胞与其他支持细胞间的黏附分子等，如血管内皮细胞生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、血管生成因子(angiogenin)、表皮生长因子(EGF)等。大量实验室研究结果表明，血管生成在乳腺癌的发生、浸润、转移中起着重要作用。通过对小鼠乳腺的癌前病变及乳腺癌旁组织的研究发现，乳腺癌前病变向乳腺癌转变之前新生血管增多；在动物接种乳腺肿瘤细胞时应用血管生成刺激因子，如FGF或VEGF等，则促进肿瘤的生长、浸润、转移，肿瘤微血管密度(MVD)增高；应用肿瘤血管生成抑制剂，如凝血酶敏感素-1(throm―bospondin-1)或金属蛋白酶组织抑制剂-4(TIMP-4)等，则可降低肿瘤生长和转移的几率。

大量研究认为，乳腺癌细胞能产生或分泌一系列物质，促进肿瘤组织大量血管生成，这是导致肿瘤具有较强的侵袭性及肿瘤复发和转移的重要原因。可见血管生成与乳腺癌具有相互促进的关系。

2　乳腺肿瘤血管的超声检测

2.1　彩色多普勒血流显像(color Doppler flowing ima―ging，CDFI)和彩色多普勒能量图(color Doppler ener-gy，CDE)

CDFI是在超声二维成像的基础上采集并叠加成多普勒频移信号，并以彩色显示的成像模式。它可用于显示乳腺内部及周边的血流信号，判断病灶内血管的丰富程度，并可测量血流动力学参数，如收缩期峰值血流速度(PSV)、舒张末期血流速度(EDV)、阻力指数(RI)等。评价血供程度的一种方法是观察病灶内血管数量，它是指在一个超声图像的断面上所能观察到的最多血管数量。有研究认为，如以血管数目为人乳腺癌的诊断标准，病灶周围出现7根血管可获得最高的诊断准确性(78.3％)，出现8根血管则可达到100.0％的特异性，但敏感性仅52.0％。另一种判断血供丰富程度的方法是按病灶内血流信号的多少进行分级。Adler等将肿物的供血依血流信号丰富程度分为4级：0级――病灶内未见血流信号；I级――少量血流，可见1―2处点状血流，管径

CDE是在CDFI的基础上应用红细胞的能量积分，使血流显示范围扩大到机器杂波水平以下，利用能量信号获得全方位的血流信息，特别是在肿瘤内可以达到动脉血管造影的效果。由于CDFI受检测部位的深浅、声束的夹角和血流速度的影响，故难以显示乳腺癌内部的低速血流，对小血管的分支难以完整清晰显示。而CDE以能量的方式显示彩色血流，不受血流速度、声束夹角等影响，提高了对低速血流显示的敏感性。有学者对826个乳腺肿瘤血供程度用CDE进行分析，结果发现，恶性组中68％的肿瘤血流丰富，而良性组仅36％，所以CDE诊断乳腺癌的价值受到重视。其探测早期乳腺癌的彩色血流敏感性高于CDFI，但CDE不能显示方向，无具体量化指标，容易受到胸壁呼吸运动的干扰。在二维超声的基础上，CDFI和CDE相结合可提高乳腺癌诊断的准确率。

2.2　超声造影

超声造影是超声领域的新发展。通过经外周静脉注射声学造影剂，造影剂进入血液循环中产生的微气泡及形成的气一液界面可增强血流多普勒信号，有助于充分显示肿瘤血管，提高诊断的敏感性。当乳腺组织界面回声较复杂，对灰阶超声所显示的异常回声难以判断是否为肿瘤时常需结合该区域血流情况，常规彩色多普勒乃至能量多普勒对小于1 cm病灶内的血管检测效果不佳，而运用超声造影可弥补这一缺陷。

Goldberg等还对超声造影剂进行了前哨淋巴结的动物研究，造影剂增强扫描不仅能显示前哨淋巴结，还能显示淋巴结内的血管血流动力学特点，可以判断淋巴结的良、恶性。该方法如能应用到临床，则有望降低淋巴结的活检率。

超声造影存在的一些不足：每次只能重点检查1个病灶；当病灶位置过深或显示困难时，检查效果亦不够满意；另外，超声造影对一些少血管病灶的显像及鉴别存在一定困难。随着更特异性对比剂和实时造影匹配成像技术(cnTI)的研制和发展，超声造影技术将日趋完善，以满足临床应用的需要。

2.3　三维超声

三维超声成像检查在一定程度上弥补了二维超声的不足，提供了肿块直观、立体的形态和肿块血供的三维模式，对乳腺良、恶性肿瘤的鉴别诊断具有一定价值。

近年随着三维重建技术发展以及一体化容积探头的应用，三维图像分辨力明显提高。目前三维超声的主要应用模式有多平面重建成像、表面成像、透明成像以及三维血管树成像。在乳腺肿瘤的诊断中运用的三维超声技术是血管树成像，它能较直观地显示乳腺肿

瘤血管及其空间分布，并可与其他新技术联合运用。Forsberg等将三维血管树成像技术应用于乳腺肿瘤的超声造影中，认为二者联合使用能较清晰、直观地显示肿瘤内部细小血管及空间分布。

3　超声与光学结合评价乳腺肿瘤血管

目前，虽然临床最常用的乳腺检查方法仍以乳腺x线摄影和超声显像为主，但是由于光学成像方法具有无损伤的特性和在提高检测效率上的巨大潜力，已日益受到研究者的关注。近20年来，生物医学中有关光学的研究发展迅速，尤其是近红外光成像技术的发展。近红外成像技术在临床中被广泛应用于乳腺肿瘤的检测。在红光和近红外光谱区，存在一个波长在600～1300 nm的光学窗，对乳腺组织具有较强的穿透力。癌变组织增生速度快，代谢异常旺盛，导致局部供血量和耗氧量增加，使得在780 nm附近的光吸收较周围组织大，可以将近红外光子作为探针，利用正常组织与异物(如肿瘤)间的光学差异，得到组织的二维或三维图像。因此，通过进一步研究软组织的光学特性，探索用光学方法对乳腺肿瘤进行无损检测已成为一个国际性的课题。

近红外线透射扫描是乳腺检查的常用方法，它主要是利用近红外发射器发出特定波长的光照射于乳腺组织，由于血管和不同的组织结构对红外光的选择性吸收，穿透后的光经另一侧的红外摄像机采集和计算机处理，以监视屏上不同灰阶度对比的影像作为评定病变性质的依据。近红外线透照技术具有价廉、安全，对患者无损伤，且图像直观，血管显示清晰，定位效果好等优点，但由于使用的是恒定强度的光源，受乳腺组织解剖特点的影响，透射光因强烈的散射而无法达到足够的分辨率，诊断符合率低。

乳腺光学成像的另一种方法是漫射光层析成像技术(diffuse optical tomography，DOT)。软组织肿瘤部位的含氧血红蛋白(HbO)和去氧血红蛋白(Hb)浓度及其氧饱和度(So)与正常部分不同。DOT就是利用光与上述生理指标密切而灵敏的联系，通过对组织体穿透能力较强的近红外光(波长670～970 tim)照射组织体，由光电探测阵列采集漫射光，并取相关算法反推光学参数空间分布进而反映关联的生理变化。DOT系统具有操作简便、无损伤、低价、功能成像等优势，有望在临床医学诊断中发挥重要作用。该技术的物理基础是生物组织的吸收特性在近红外光波段具有窗口效应，且组织体对近红外光的吸收变化与组织体的血红蛋白氧化水平密切相关，因此，通过检测经过组织体散射的近红外光可实现对人体生理状况的变化、新生儿大脑供氧、早期乳腺肿瘤的血供等情况的监测。

但是DOT技术无法对肿瘤进行准确的定位，而超声成像可检测到几个毫米直径大小的组织变化和损伤，通过对图像的分析来进行定位。把DOT技术和超声波成像集成为一体，可以有机地综合DOT的功能成像信息和超声波成像的定位和空间信息，达到对乳腺肿瘤的准确定位与定性诊断。因此该系统具有传统医学影像设备所不具有的优点，其对良恶性肿瘤具有较强的分辨能力，有望为临床医生提供更为直接的诊断依据。

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关键词：光声成像，光声信号，耦合液

 

1 引言

光声层析成像技术是近年来发展的一种新型的无损伤的医学成像技术，它是用时变的光束照射吸收体膨胀而产生超声压，利用超声换能器在各个方向探测从吸收体中传播出来的光声压，通过相应的图像重建算法，可以重建出吸收体的光吸收分布。该方法结合了纯光学成像和纯声学成像的优点，可以得到高分辨率高对比度的重建图像。

为了进一步提高光声重建图像的质量，或者将光声层析成像推向临床应用研究，很多研究者提出了各种各样的光声信号采集与光声成像系统以及与之相适用的各种图像重建算法，或者报道了一些模拟生物样品或者活体组织功能的光声成像检测。

本文提出了利用与组织声速匹配的耦合液进行光声成像，并配置了几种适合于组织声速的超声耦合液：调节水温、调节盐水浓度、调节甘油溶度等。由研究表明，通过耦合液进行声速匹配后，重建图像的对比度和空间分辨率得到明显提高。。

2 理论分析

光声重建就是对光吸收的空间分布的反演。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为

（1）

其中是等压膨胀系数，c0是声速，cp为比热，I0为光强，r表示光声压的场点位置，表示光声源的位置，表示场点到源点的距离。由于探测器接收后的信号不是实际的光声信号p(r,t)，而是光声压和探测器的脉冲响应h(t)的卷积。。为了滤去探测器的脉冲响应，把光声压和脉冲响应信号都变换到频域处理，然后再逆变换得到：

（2）

其中和分别是探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应的傅立叶变换，为截止频率，是滤波的窗函数。探测器的脉冲响应是通过聚焦透镜把弱激光聚焦到一块黑胶带上产生的光声信号，水听器在黑胶带后面接收到的光声信号作为探测器的脉冲响应信号。

光声信号在不同声速组织中会产生声的反射和折射，当光声信号从组织中以入射角为传播出组织时，其折射角与光声信号在组织中声速和耦合液中的声速有关，具体表达式如下：

（3）

式中λ1、λ2分别为超声波在组织和耦合液中的波长；、分别为超声波在组织和耦合液中的声速。当声速，则，即不存在声的折射。表1为超声在各种组织中传播声速。。

表1 各种组织的声速

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读数识别是让被识别人口述屏幕上的文字，借此判断被识别者的真实情况。

反光识别和读数识别是人脸识别的两种方式。

人脸识别：

人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。

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[关键词] 嗅觉; 嗅觉障碍; 评估方法; 动物实验; 文献综述

[中图分类号] R339.12 [文献标识码] A [文章编号] 1671-7562(2010)04-0434-04

doi:10.3969/j.issn.1671-7562.2010.04.041

嗅觉是人体原始的感觉功能之一,它同视觉、听觉一样,是人体捕获外界信息的特殊装置。嗅觉还可以通过中枢神经系统影响人的情绪、调节生命周期。嗅觉障碍患者对周围的事物不感兴趣,反应平淡,生活质量下降,更可以造成精神上的压抑或忧郁。王鸿等[1]报道用T&T测试法测试了1 035例慢性鼻窦炎鼻息肉患者,86.3%的患者有嗅觉功能障碍,与患者的主诉有极显著的差异,说明嗅觉功能改变没有受到患者的注意。近几年随着人们对生活质量要求的提高,对嗅觉障碍的关注程度有了很大的提高。

嗅觉评估不仅仅是要判断嗅觉功能是否正常,还需要进一步判断嗅觉障碍的程度、性质、部位等因素,如果能提示病因以及预后则更有临床、实验应用的价值。在动物实验中关于嗅觉功能的研究已经有了较长的历史,出现了多种实验方法,但是目前为止还没有一个全面、客观、高特异性的金标准方法出现,本文就目前动物实验中的常见的嗅觉评估方法进行一个概括性的介绍。

1 行为学方法

动物实验和临床试验的最大区别在于动物无法准确地和实验者交流,所以行为学方法在动物实验中就显得极为重要。嗅敏动物的学习记忆能力、寻食能力等与嗅觉有很高的相关性,可以观察、记录其行为学的改变,从而判断其嗅觉功能的变化。目前报道较多的可以评估嗅觉功能的行为学方法有以下几种。

1.1 埋藏食物小球实验(buried food pellet test,BFPT)

BFPT是目前最常用于检测动物嗅觉功能的行为学检测方法[2]。目前比较通用的方法由Nathan等[3]于2004年报道,他的实验中使用找寻食物小球等待时间作为数据进行统计分析,即从小鼠被随机放置于盒子中开始,到小鼠揭开食物小球并用它的前爪或牙齿抓住食物小球的时间,如果5 min(300 s)内小鼠未找到食物小球,即被移走。林静等[4]以300 s(5次测试的平均值)内未找到食物小球作为判定小鼠存在嗅觉功能障碍的标准,并认为以300 s作为分组标准是合理的。

1.2 嗅觉测量仪

Slotnick等[5]利用行为学原理设计出一种用于动物实验的嗅觉测量仪,可以通过改变气味的浓度后观察动物的行为学变化来评价其嗅觉。该系统经众多实验验证其对动物嗅觉的检测是有效的[6],因操作方便且可进行多种设计,此方法被广泛应用于动物嗅觉功能的评估。

1.3 双瓶实验

有研究证实小鼠、大鼠在分辨某些物质的时候主要是依赖于嗅觉而非味觉,例如盐酸、盐酸奎宁(quinine HCl, QHCl)等有一定挥发性的物质 [7]。因嗅觉障碍时动物分辨饮用水和实验溶液的能力下降,通过两种溶液被动物饮用的程度可以评估动物嗅觉障碍的程度。

1.4 幼鼠超声发声实验

新生小鼠嗅觉的产生比其他的感觉要早。新生小鼠嗅到成年鼠窝的气味时可发出一种超声作为回应,检测这种超声的出现与否可以判断其嗅觉功能是否正常[8]。Lemasson等[8]用3-甲基吲哚来破坏新生小鼠的嗅上皮,结果成功地证实了该检测方法的可行性。而且在该实验中发现由于被破坏嗅觉的小鼠无法正确识别,其生存率大大降低,证明了嗅觉对新生小鼠有极其重要的作用。

行为学方法在动物实验的嗅觉评估中有很重要的作用,历史悠久、技术成熟,实验方法较为简单,实验装置花费较少,对嗅觉功能的初步评估价值较为肯定(尤其是埋藏食物小球实验和Slotnick的嗅觉测量仪),可行性及可重复性较高。需要注意的是本类实验受个体差异影响较大,实验前应经预评估剔除先天差异比较大的个体,而且样本量不宜过小,有时候还需对动物进行预先的训练。为保证实验的客观性,需要很好地进行实验设计与控制,有时连昼夜节律等变化的影响都需要考虑在内。行为学测试结果对嗅觉功能评估只是一个综合的结果,对嗅觉障碍程度、部位等的判断较差,如果能结合嗅觉诱发电位等客观检查可以做到更加客观、可信。在过去的实验中行为学测试往往与组织学检查相结合,既增加了实验的客观性,又为进一步研究嗅觉产生机制或嗅觉障碍的原因提供了基础。

2 客观评估方法

嗅觉的感受、传导是个比较复杂的过程,气味分子通过鼻腔到达嗅黏膜后被其表面的黏液所吸附,进而在黏膜层中扩散,到达嗅细胞。达到阈浓度的气味分子可刺激嗅细胞产生嗅觉电位,这是其感受过程。产生的嗅觉电位通过嗅神经穿过筛骨筛板,到达嗅球,其内有第2级神经元,再通过嗅束传导至初级嗅皮质及皮质内侧核,而后至海马回的内嗅皮层即次级嗅皮层,神经冲动引起大脑皮层的激活才能最后引发嗅觉。嗅觉功能的客观评估方法包括了对嗅觉感受、传导通路上各种指标,例如影像学、电生理学、组织学等的测量。目前动物实验中使用较多的及可能有较大发展前景的客观评估方法包括以下几类。

2.1 组织学方法

这里的组织学是泛指解剖取组织后进行的所有检查,包括大体解剖学、病理学、免疫学、分子生物学等诸多学科的检查方法。嗅觉系统的改变既可以由病变本身引起也可以是因为嗅觉障碍后的退行性变引起。组织检查比结构影像检查更有评估价值,因其可以更好地提示病因,也利于更好地研究嗅觉通路和嗅觉障碍产生的机制。目前组织学方法在动物实验中有很广泛的应用,从部位选择上看整个嗅觉传导通路包括从嗅黏膜直到海马回的内嗅皮层都有报道,从实验方法上看更是复杂多样,最常用的几种方法有如下几种。

2.1.1 病理学检查

这是早期免疫学技术及分子生物学技术还不是很发达时常用的检查手段,在早期嗅觉研究中有较多的应用,在嗅觉障碍的动物标本上可以看到细胞凋亡、空泡等变化,虽然特异性较差,但是也能提供宏观的信息,现在常常和其他检查方法一起使用,例如在陈志宏等的实验中在进行其他检查之前使用了HE染色方法检查了模型小鼠的嗅上皮,发现其嗅上皮变薄,其中的感觉神经元的细胞核层数变少[9]。

2.1.2 蛋白及核酸表达的检查

对相应组织中某些标志性蛋白及核酸的检查可以间接地反映嗅觉功能及提示嗅觉障碍的原因。例如用免疫组化方法检查嗅觉通路中嗅标记蛋白(olfactory marker protein, OMP)、酪氨酸羟(tyrosine hybroxylas, TH)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)、c-Fos蛋白等标记物在许多文献中都有记载。Buron等[10]在丙酮吸入诱导的嗅觉障碍实验中使用了嗅上皮组织的OMP及增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)作为观察指标,发现丙酮对于嗅上皮的损伤是有选择性的。有学者使用多巴胺及细小白蛋白作为标记物进行免疫组化检查,发现失嗅动物模型的嗅球中含多巴胺及细小白蛋白的神经元细胞数量明显减少,认为通过该失嗅动物模型可以对嗅球萎缩进行定量描述,提示多巴胺及细小白蛋白在嗅球中的表达对于失嗅的作用[11]。c-Fos蛋白可反映大脑组织活动程度,对c-Fos蛋白的观察可以一定程度上起到功能磁共振的作用[12]。

2.2 电生理学方法

2.2.1 嗅电图

将电极直接置于嗅区黏膜,当其接受嗅素刺激时记录到的一种慢相负性电位变化称为嗅电图,目前普遍认为它是单个嗅细胞电位变化的总和,嗅电图已经在动物实验中得到证实[13]。嗅电图最大的缺陷在于虽然其对嗅黏膜损伤引起的嗅觉障碍有较大的意义,但是对于黏膜后传导通路以及嗅球、海马回等中枢病变导致的嗅觉障碍没有什么评估价值。

2.2.2 嗅觉脑电图

嗅觉诱发脑电图是指在给予嗅刺激时,实验对象的脑电图可发生变化,Hirano等[14]用狗做实验时成功地获得了该变化,在他的实验中发现脑电图的快波对嗅觉功能的意义较大。嗅觉诱发脑电图又相继在大鼠等其他动物身上得到了验证[15]。嗅觉脑电图产生的机制还不是很明确,而且其特异性不是很高,故目前在动物实验中研究、应用的较少。

2.2.3 嗅觉诱发电位

又称为嗅觉事件相关电位(olfactory event-related potentials,OERP),最早是用电刺激动物嗅黏膜时在头皮特定部位记录到稳定的脑电位的变化,该方法经过一段时间的发展后认为其和自然嗅觉之间有一定的差距,故逐渐被化学气味诱导的嗅觉诱发电位所取代,目前使用的已经比较少。早期化学气味刺激除了有嗅觉刺激外还常常伴有物理刺激及对三叉神经的化学刺激,这些非嗅刺激干扰了正常嗅觉诱发电位的获得。随着仅能兴奋嗅觉系统而不兴奋三叉神经系统的化学物质如香草醛等,以及Kobal式嗅觉刺激器的出现,嗅觉诱发电位研究成为嗅觉研究领域的热点。嗅觉诱发电位仪至少包括嗅觉刺激器及脑电采集系统,测量时需要在电声屏蔽室进行,且需要给予一定的白噪声掩蔽刺激探头释放刺激时产生的干扰噪声。目前动物嗅觉诱发电位各波的具体来源以及与疾病间的相互关系还不清楚,嗅觉诱发电位的出现是否意味着动物确实产生了嗅觉还不能肯定,所以用来证明嗅觉传导通路是否畅通比较可行[16],而暂不能用于嗅性疾病的定位、定性诊断。嗅觉诱发电位应该是最可能成为动物嗅觉评估客观标准的检查方法。

3 影像学方法

3.1 嗅觉系统结构影像检查

有研究证明嗅球及嗅束等神经结构的生长与周围神经冲动的输入有关[17],所以嗅觉障碍后嗅觉系统各部位可有一定的不依赖于年龄的结构改变,通过磁共振影像检查可以发现这些改变,例如嗅球体积变小、嗅沟缺失或变浅、嗅束缺失等现象,从而间接评价嗅觉功能。

3.2 嗅觉系统功能影像检查

这是目前嗅觉研究的热点方向之一,主要技术有功能性磁共振成像(fMRI)、PET成像和脑信号的光学成像等。

3.2.1 功能磁共振检查

功能磁共振检查技术有很多,用于嗅觉系统功能的fMRI技术主要是(blood level dependent fMRI, BOLD fMRI),当氧合血红蛋白的比例增加时或去氧血红蛋白含量减少时,T2信号缩短效应减弱,表现为MR信号增强。嗅觉功能成像既能反映血流的变化,也能反映神经元活动的代谢变化,近些年在研究神经功能方面发挥着巨大的作用,特别是fMRI无放射暴露,可反复测试,且时间、空间分辨率要优于PET成像,故是目前嗅觉功能成像的主要方法。在大鼠实验中已经证实,7 T的fMRI能够显示气味刺激后大鼠嗅球的活化[11]。其空间分辨率很高,对于研究嗅觉相关皮层的定位、嗅觉功能障碍情况下嗅觉相关皮层反应的变化等有极大的应用价值。有学者拟通过信息技术将啮齿类动物嗅球的激活图像编成二维的气味图(OdorMap,OM)及气味图数据库(OdorMap Database,OMDB)以利于嗅觉工作者对嗅觉系统的研究[18]。功能磁共振应用在动物实验的嗅觉评估中需要注意的是:首先动物是不能配合磁共振检查的,故需要在麻醉下进行;其次磁共振是强磁场环境,故嗅觉刺激装置不能由金属制成。

3.2.2 脑功能光学成像

脑功能光学成像是近年来神经外科的热点研究方向,目前主要的实验技术有激光散斑衬比成像和内源信号光学成像。而应用于嗅觉功能检查的主要是内源信号光学成像,这里所指的内源信号,并不是神经元所表现出来的电信号,而是指由神经元活动所引起的有关物质组分、运动状态的改变而导致其光学特性的变化,在与某些特定波长的光量子相互作用后,得到的包含了这些特性的光信号,包括:血红蛋白信号、氧合血红蛋白信号、光散射特征信号等[19-20]。许多生理性过程如血红蛋白氧合度、细胞色素的氧合状态、神经胶质和神经元肿胀、功能性血流量改变等变化,都会影响到组织光反射特性的改变。通过探测反射光的变化量,就可以获得这种特异性的内源光学信号。内源光学信号成像在动物实验中已用于多种脑功能皮层功能的检查,比如视觉(猫、小鼠等)、躯体感觉皮层(大鼠、猫、松鼠猴等)、听觉皮层(南美栗鼠、猫、雪貂等)。Bathellier等[21]在实验中使用了内源光学信号原理和突触素荧光标记两种方法分别获得了香芹酮、苯甲酸甲酯刺激后大鼠嗅球的激活情况,在内源光学信号成像下,激活的嗅小球反光率下降,呈相对的冷色调,而在荧光标记实验中激活区域荧光反应较强。虽然内源光学信号成像的时空分辨率都较高,但是其穿透脑皮层的能力受限(大约数百微米),所以对于深层脑组织的观察就没有什么效果了。由于内源光学信号的确切生理来源至今没有定论,所以为了阐述内源光信号对应的生理意义及其与神经元电活动的关系,还需要与其他方法进行对比研究。

从其他感觉的评估方法来看,功能磁共振和诱发电位是研究的发展方向,但目前嗅觉产生、传导机制尚未完全明了,相关检查技术尚处于起步阶段,还需要进行大量的研究。目前的嗅觉研究可以根据不同的实验要求及实验条件选择不同的实验方法及实验方法的组合。嗅觉诱发电位及功能磁共振检查由于其初期投入较大,对硬件及技术条件要求较高,开展难度较大,在国内只有少数医院在从事这方面的实验。行为学方法操作简单,技术成熟,效果肯定,有很强的实用价值。组织学方法对于机理的研究十分重要,并且随着对嗅觉认知的加深,越来越多的标记物被发现,评估方法也越来越丰富。如果可以出现一种简单易行的嗅觉评估方法,那么可以极大地促进嗅觉的研究。

[参考文献]

[1] 王鸿,张伟,韩德民,等.1035例慢性鼻窦炎鼻息肉患者嗅觉功能测试结果的分析[J].耳鼻咽喉-头颈外科,2002,9(5):272-274.

[2] EDWARDS D A, THOMPSON M L, BURGE K G. Olfactory bulb removal vs peripherally induced anosmia: differential effects on the aggressive behavior of male mice[J]. Behav Biot, 1972, 7(6): 823-828.

[3] NATHAN B P, YOST J, LITHERLAND M T, et al. Olfactory function in apoE knockout mice[J]. Behav Brain Res, 2004, 150(1-2): 1-7.

[4] 林静,魏永祥,王向东,等.变应性鼻炎伴嗅觉障碍小鼠嗅黏膜的观察[J].中国耳鼻咽喉头颈外科,2008,15(8):465-468.

[5] SLOTNICK B M. Animal cognition and the rat olfactory system. TRENDS in cognitive[J]. Science, 2001, 5:5.

[6] XU W, SLOTNICK B. Olfaction and peripheral olfactory connections in methimazole-treated rats[J]. Behav Brain Res, 1999, 102: 41-50.

[7] UEBAYASHI H, HATANAKA T, KANEMURA F, et al. Acute anosmia in the mouse: behavioral discrimination among the four basic taste substances[J]. Physiol Behav, 2001, 72: 291-296.

[8] LEMASSON M, DELBé C, GHEUSI G, et al. Use of ultrasonic vocalizations to assess olfactory detection in mouse pups treated with 3-methylindole[J]. Behav Processes, 2005, 68(1): 13-23.

[9] 陈志宏,倪道凤,高扬,等.流感病毒感染后小鼠嗅感觉神经元的凋亡与再生[J].中国耳鼻咽喉颅底外科杂志,2004,10(6):324-326.

[10] BURON G, HACQUEMAND R, POURI G, et al. Inhalation exposure to acetone induces selective damage on olfactory neuroepithelium in micep[J]. Neurotoxicology, 2009, 30(1): 114-120.

[11] KIDA I, XU F, SHULMAN R G, et al. Mapping at glomerular resolution: fMRI of rat olfactory bulb[J]. Magn Reson Med, 2002, 48(3): 570-576.

[12] ZOU Z, LI F, BUCK L B. Odor maps in the olfactory cortex[J]. Proc Nat Acad Sci U S A, 2005, 102(21): 7724-7729.

[13] WAGGENER C T, COPPOLA D M. Naris occlusion alters the electro-olfactogram: evidence for compensatory plasticity in the olfactory system[J]. Neurosci Letters, 2007, 427(2): 112-116.

[14] HIRANO Y, OOSAWA T, TONOSAKI K. Electroencephalographic olfactometry (EEGO) analysis of odour responses in dogs[J]. Res Vet Sci, 2000, 69(3): 263-265.

[15] HERNANDEZ-GONZALEZ M. Prefrontal and tegmental electrical activity during olfactory stimulation in virgin and lactating rats[J] Physiol Behav, 2004, 83(5): 749-758.

[16] WEI Y, MIAO X, XIAN M, et al. Effects of transplanting olfactory ensheathing cells on recovery of olfactory epithelium after olfactory nerve transection in rats[J]. Med Sci Monit, 2008, 14(10): 198-204.

[17] BUSCHHUTER D, SMITKA M, PUSCHMANN S, et al. Correlation between olfactory bulb volume and olfactory function[J]. Neuro Image, 2008, 42: 498-502.

[18] LIU N, XU F, MARENCO L, et al. Informatics approaches to functional MRI odor mapping of the rodent olfactory bulb: OdorMapBuilder and OdorMapDB[J]. Neuroinformatics, 2004, 2(1): 3-18.

[19] SEM′YANOV K A, TARASOV P A, SOINI J T, et al. Calibration-free method to determine the size and hemoglobin concentration of individual red blood cells from light scattering[J]. Appl Opt, 2000, 39(31): 5884-5889.

篇7

随着信息技术的迅猛发展，微波信号面临的问题越来越突出，由于微波传输在长距离传输过程中存在大量损耗，宽带近乎无穷，结合微波射频工程和光电子传输与处理技术，促进射频微波信号的广泛应用。本文基于微波射频信号的光学发生、传输处理技术以及应用而展开，探讨射频微波信号在光纤中传输及处理技术。

【关键词】射频微波信号 光纤 传输 处理技术

随着微波射频信号与光电子传输处理工程紧密结合，微波光子学得以迅速发展。微波光子学不仅解决了传统电子在光学上的损耗，而且在性能上具有更大的优势。该学科通过结合射频微波信号和光纤接入技术，引入射频信号光纤传输技术，结合实际应用直接推动通信技术逐渐向高速、低成本的方向发展。

1 微波信号光学的发展促进微波射频信号的光学发生

微波信号光学是指光子学器件在微波信号频段的研究、应用，简言之，就是研究微波和光波相关信息的学科。最早的研究主要在调节关源、传输介质以及光学可控、可探测等核心技术。近年来伴随着微波信号光学在电子工程领域、光通信领域、军事领域等领域的广泛应用，使得微波光子学逐步出现高频化、集成化、低成本的趋势。由于光纤传输射频微波信号具有宽带大、损耗小的特点，在处理信号的过程中可以为射频信号提供更长得时间，使得射频微波信号在光纤中更好的提供处理信号的采样率，增强抗电磁干扰性能。尤其是在射频微波信号的变频处理、数据转换、滤波处理等方面产生的ROF传输微波信号使得信号的传输和处理技术日益成熟、系统更加完善。

2 射频微波信号的光学处理

2.1 光纤传输系统―ROF系统

光纤无限ROF系统为未来移动互联与无限介入网络提供优质的交互式宽带多媒体服务，该系统由三部分组成，包括复杂射频微波信号处理中心站、实现光电转换及接受发射无线基点和传输射频微波信号的光纤网络。该系统工作原理类似现在软件工程的“云”，在ROF系统中，射频微波信号从中心站传输到各个基点，在各个基点借助光纤网络进行无线的发射与接受。基点发射与接受的过程中无需任何频率转换，信号的处理集中在中心站且被多个基点共享这种中心站和基点之间的相互联系，相互共享，实现了不同速率数据之间的传输，优化网络资源使用频率，实现资源的动态管理，降低网络的维护、安装成本，促进网络的升级。因此，这种技术在未来有望在宽带接入、移动通信、车载通信等方面广泛应用。

2.2 射频信号光纤传输技术的优势

射频信号光纤传输技术是光纤无限系统最直接的系统链路结，其中IF-over-Fibre系统结构的信号传输不易受光纤色散效应，双边带调制技术也符合系统应用要双边带调制技术也符合系统应用要求。射频微波信号光纤传输技术是将射频微波与光纤通信的优势结合起来的技术。射频微波信号可以进行远距离传输，实现天线与中心数据分离，降低损耗，增强通信、侦查系统抗毁性、隐蔽性；宽带能够保证各类通信和电子信号的不失真地进行远程传输；在90dB的信号范围内，该技术能够同时兼顾系统的灵敏度，不会因为光纤的远程传输过程中损失任何信息；最重要的是保证光纤传输的安全，保证信号不泄露，不容易受到周围电磁环境的干扰，稳定可靠。除此之外，在l达国家可以利用MMF网络和目前已经成熟的微波器件技术实施射频信号光纤传输技术。

3 射频微波信号在光纤传输过程中的应用

在信号传输方面，利用射频信号在光纤中传输处理技术克服传统相控阵天线只能向特定方向辐射波数的弊端，将相控阵天线雷达尺寸缩到更小，重量更轻，损失更小。采取不同长度光纤分布的方式引起不同通道的转移，将地面数据控制中心建设在远离天线建设的区域，天线场地可以安装在城市郊区增强信号，将数据处理设备、解调器等设备安装在城市内方便生活。与此同时，鉴于射频信号光纤传输技术具有解决电磁干扰、大宽带、安全数据连接、对微波信号频率快速、远大范围测量等问题的优势，在国防、军事领域得到普遍的推广。在3G/4G覆盖的区域，灵活应用地铁、商场、车站、展览中心、机场等室内建筑建立中心数据控制点和分布式光纤系统，提高覆盖率，增强信号质量。在生物医学领域，射频微波信号广泛应用于光学活性组织的检查、光学分子成像等医学中。例如，在医学成像中可以利用水听器对100MNz的超声波扫描进行校准。在无线网接入方面，简化天线单元达到WLAN的整个覆盖是关键，而在欧美等发达国家已经利用商业化射频微波信号在光纤中传输处理技术应用于整个WLAN系统，使得室内无线接入网的覆盖面积大大增加。

4 总结

作为一种新兴的通信技术，射频微波信号在光纤中的传输处理技术得到越来越多领域的关注。鉴于射频微波光纤技术的低损耗、大宽带、安全保密等特性，在各频段信息传输、移动通信、军事电子战、电子对抗以及3G/4G覆盖的众多领域，将有广阔的应用前景。

参考文献

[1]李勇军，缪新萍，李轩等.星上微波信号光学调制偏置点优化理论及仿真研究[J].红外与激光工程，2015（08）：2511-2516.

[2]张慧，洪伟，陈鹏等.基于直接数字频率合成器的新型微波成像系统[J].电波科学学报，2015，30（04）：704-709.

[3]孙科林，周维超，吴钦章等.光纤实时传输的多核DSP图像处理系统[J].光电工程，2012，39（04）：136-144.

[4]薛峰.关于光纤通信系统中光传输技术分析及维护的探讨[J].电子世界，2014（18）：261-261.

篇8

关键词：图像传感器；显微图像；几何参数测量

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0182-03

Abstract： In order to observe the detailed features of an observed object， a microscope lens is adopted to obtain an amplified image of the observed object， a cmos sensor is applied to acquire the image， and then operations such as linearization， denoising， white balance， color interpolation， color correction and color enhancement and the like are conducted on the acquired image， so that an image with real and stable color is obtained. A standard micrometer is applied to calibrate an image acquisition system， and then a coefficient K for reflecting the relationship between the real distance and the pixel distance of the image position is obtained， so that convenience is provided for measuring the geometric parameters of the image.

Key words： image sensor； microscopic image； geometrical parameter measurement

1绪论

显微镜主要是利用光学系统使被观察对象得到放大，可以帮助研究者从微观的角度去观察和了解研究对象的特征。显微镜自从发明问世以来，在人们生活和工作的各个方面都得到了非常广泛的应用，特别是在在医学、生物学等专业领域尤为明显。

随着科学技术的不断发展，信息社会的不断进步，人们对显微镜所能提供的信息标准要求也日益增高。显微镜的传统作用之一是作为检测工具，而这种传统检测手段的不足之处日趋凸显。具体主要表现在：传统显微镜由人眼观测，观测结果采用文字描述的方式进行记录，由此会产生人为的误差，也不利于工作者对研究对象的显微图像进行深入分析与研究。同时长时间分析大量图像时，很可能会产生自适应现象。近几年来，随着计算机、信息技术以及成像传感器技术专业的快速发展，图像获取和处理的相关技术也呈现蓬勃的发展趋势。一方面，研究人员可以更加方便地观察到显微图像；另一方面，图像处理分析软件可以提供多种多样的参数进行测量。与传统测量方法相比较，数字化显微测量技术彰显着其无可比拟的优越性。首先，新技术的应用在很大程度上提高了测量结果的精准度：通过计算机与不同功能的软件对图像进行综合处理，不仅极大地缩小了人眼直接读数等主观因素产生的误差，同时也降低了多次重复测量以及仪器设备本身所形成的误差；其次，数字化显微测量技术极大的扩展了测量范围：对众多不同尺寸的零件进行测量时，可以根据自己的需要，选择合适的放大镜头或缩小镜头。另外，由于测量系统本身的特性，显微测量技术极大地提高了测量过程的自动化程度，并且相应的实现了测量手段的非接触、高精准度、高效率和自动化。所以，近几年来数字化的显微测量技术已广泛地应用到众多的领域[1-3]。

2显微图像采集系统

本文所设计的显微图像采集系统结构如图1所示：

系统光源利用led环形灯。而led环形灯具有散发热量少、闪频小、光照均匀、亮度可调节，以及寿命周期长的优势与特点；采用的显微镜头和图像传感器均来自深圳宜兴科技有限公司，前者为该公司的YX15系列大变倍比镜头，其主要参数：变倍比：15：1，光学倍数：0.13X-2X，物方视野：2.4mm-36mm，工作距离：55mm-285mm；后者为该公司的 U-500C型USB图像传感器。所采用的光电传感器为Aptina公司生产MT9P031型cmos传感器。主要技术参数如表1所示：

3图像质量增强和处理

从CMOS传感器获取的图像不可以直接用于显微图像分析。尤其是在颜色方面进行分析时，其原因主要是在图像成像和感光的过程中，引入了较多的偏差。这些偏差因素包括有光学系统的瑕疵，感光芯片对照度的不同感光特性等。此外，光源对于图像成像质量也有较高的影响，即使获取图像内的各项参数合格，但是实际工作中要考虑到不同设备的不同空间需求时，仍然需要进行设备而无关空间的转换，该处理过程称为图像处理流程。具体处理流程如图3所示：

线性化：用数学方式处理暗电流与模数转换器等造成的误差，使感光器照射强度的输入和输出在一定范围内呈线性关系。去噪声：由电磁波或经电源引入的外部噪声，图像采集生成过程中的暗电流噪声，因器件制造工艺引起的光响应非均匀性，图像传输过程中涉及的各种器件引起的杂波噪声等，通过合适的算法，降低工作温度等方式来消除这些噪声。白平衡：利用AWB算法矫正外部光源色温引起的图像颜色失真。颜色插值：利用逐次逼近、双线性等插值算法计算得到像素点缺少的另外两个颜色分量。颜色校正：因图像采集系统、光源和显示器件的不同会引起颜色失真，利用矩阵法、人工神经网络法、多项式回归法等对图像进行颜色校正。GAMMA校正：用于去除人眼对亮度信号的非线性反应，保证显示设备显示的图像与原始图像相同，抵消CRT显示器使图像亮化的影响，利用颜色查找表来实现GAMMA校正。图像增强：利用灰度变换、空间滤波等增强图像的细节，使图像的灰度分布相对均匀，并增加图像对比度 [5-7]。

4图像标定

显微图像分析与处理应用在生物学、医学等一些专业领域方面时，经常需要通过利用数字图像来了解观察目标的实际几何参数。这就要求明确在一定放大倍数下， 图像中像素间距与实际空间尺度数据之间的关系是如何相对应，即显微图像系统的尺度定标值。

显微图像系统中重要的技术指标之一就是尺度定标值。尺度定标值的多少将会直接影响到图像分析的结果。从理论上来说，在系统采样密度和放大倍数不变的情况下，尺度定标值是可以通过计算得到结果。但是在实际工作中图像采集系统都或多或少地存在几何畸变的可能性。因此，通过实验方法对系统进行精确定标是很有必要的。本文利用图像处理技术， 对图2所示的显微镜图像采集系统进行了尺度定标。应用图4采集的间距0.5mm的显微标尺如图4所示：

5结论

本文主要通过描述利用CMOS作为图像传感器，对图像进行获取、校正和并分析的过程。根据显微镜成像原理和CMOS作为感光芯片的具体特点，制定出独特的图像处理流程，具体包括线性化、颜色矫正和白平衡等过程，从而获得更加真实准确的图像来作为进一步图像分析的素材，这为其他方面的研究和工作提供了更大的准确性保证。最后本文通过0.5mm的标准显微标尺的图像求解系统，求得反映显微图像真实距离和像素距离之间关系的定标系数K，为显微图像的几何参数测量奠定了基础。

参考文献：

[1] 窦江龙. 基于CMOS传感器的显微图像处理分析系统设计[D].杭州：浙江大学， 2012.

[2] 蒋勇，刘飞雷，包红光.显微图像的数字图像处理及其在血细胞形态分析中的应用[J].中国图像图形学报，2001，6（11）： 1079-1083.

[3] 余厚云，邓善熙，杨永跃，等. 用Visual Basic 6.0编程实现显微图像测量[J].微计算机信息，2003（2）.

[4] 王耀南，李树涛，毛建旭.计算机图像处理与识别技术[M].北京：高等教育出版社，2001： 138-144.

[5] 邹翠霞.显微数字图像系统的尺度定标方法[J].大连： 大连工业大学学报，2008.

[6] CASTIMANK R.数字图像处理[M].，译.北京：电子工业出版社，2002：3-6.

篇9

单位代码

80009

单位地址

北京市玉泉路19号(乙)

邮政编码

100049

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研招办

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网址

ihep.cas.cn

学科、专业名称（代码）研究方向

指导教师

预计招生人数

考试科目

备注

070201 理论物理

80

01 粒子物理理论

王建雄

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3402量子场论（乙）

张新民

①1001英语一②2246广义相对论（甲）或2295群论（甲）③3402量子场论（乙）

吕才典

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3402量子场论（乙）

黄梅

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3232广义相对论（乙）或3402量子场论（乙）

陈莹

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3402量子场论（乙）

贾宇

同上

邢志忠

同上

凌意

①1001英语一②2246广义相对论（甲）③3402量子场论（乙）或3456群论（乙）

02 原子核物理理论

董宇兵

①1001英语一②2207高等量子力学（甲）③3402量子场论（乙）或3904原子核理论（乙）

邹冰松

同上

赵强

同上

王平

同上

03 数学物理理论

常哲

①1001英语一②2261微分几何（甲）或2295群论（甲）③3402量子场论（乙）

黄超光

①1001英语一②2246广义相对论（甲）③3456群论（乙）或3710微分几何（乙）

凌意

同上

04 粒子宇宙学理论

张新民

①1001英语一②2246广义相对论（甲）或2295群论（甲）③3402量子场论（乙）

05 强子物理理论

邹冰松

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3402量子场论（乙）

黄梅

同上

赵强

同上

贾宇

同上

王平

同上

070202 粒子物理与原子核物理

01 粒子物理实验

陈国明

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）

陈江川

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3406量子力学（乙）或3471软件基础（乙）

李海波

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

沈肖雁

同上

衡月昆

同上

张家文

同上

杨长根

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力学（乙）

陈和生

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

胡涛

同上

王贻芳

同上

曹俊

同上

金山

同上

刘怀民

同上

何康林

同上

陈元柏

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力学（乙）

娄辛丑

①1001英语一②2229量子力学（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

胡海明

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3406量子力学（乙）

吕军光

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

荣刚

同上

季晓斌

同上

欧阳群

同上

苑

同上

张景芝

①1001英语一②2274粒子物理（甲）③3402量子场论（乙）

董燎原

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

房双世

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）或2274粒子物理（甲）③3406量子力学（乙）

02 探测器物理

胡涛

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

陈元柏

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力学（乙）

吕军光

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

欧阳群

同上

娄辛丑

①1001英语一②2229量子力学（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

03 高能物理计算

陈江川

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3406量子力学（乙）或3471软件基础（乙）

李卫东

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

刘怀民

同上

何康林

同上

季晓斌

同上

董燎原

同上

04 宇宙线物理

曹臻

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）

陈国明

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）

姚志国

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

何会海

①1001英语一②2106天体辐射过程（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3156高等电动力学（乙）或3315计算机技术基础（乙）或3790现代核电子学（乙）

卢红

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2274粒子物理（甲）③3406量子力学（乙）

胡红波

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力学（乙）

黄晶

同上

05 高能天体物理

李惕碚

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3406量子力学（乙）

王焕玉

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3406量子力学（乙）或3790现代核电子学（乙）

王建民

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2106天体辐射过程（甲）③3406量子力学（乙）

陈勇

①1001英语一②2306现代核电子学（甲）或2336软件基础（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3661天体辐射过程（乙）或3918真空技术（乙）

屈进禄

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2106天体辐射过程（甲）③3397粒子物理（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3406量子力学（乙）

张澍

①1001英语一②2106天体辐射过程（甲）或2229量子力学（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3790现代核电子学（乙）

卢方军

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2106天体辐射过程（甲）③3406量子力学（乙）

宋黎明

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2106天体辐射过程（甲）③3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3406量子力学（乙）

吴伯冰

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3661天体辐射过程（乙）或3790现代核电子学（乙）

张双南

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2106天体辐射过程（甲）③3406量子力学（乙）

黄晶

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3406量子力学（乙）

06 核方法及其应用

衡月昆

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

张家文

同上

魏龙

①1001英语一②2229量子力学（甲）③3205固体物理（乙）或3245核技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

叶铭汉

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3406量子力学（乙）

吕军光

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3397粒子物理（乙）或3402量子场论（乙）

吴伯冰

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3661天体辐射过程（乙）或3790现代核电子学（乙）

07 粒子加速器物理

高杰

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）

唐靖宇

同上

王九庆

同上

王生

同上

秦庆

同上

徐刚

同上

08 同步辐射技术方法

冼鼎昌

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3205固体物理（乙）或3406量子力学（乙）

09 材料物性研究

冼鼎昌

同上

10 核医学成像技术及应用

单保慈

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）或2322脑功能成像（甲）③3245核技术基础（乙）或3471软件基础（乙）或3600数字图像处理（乙）

魏龙

①1001英语一②2229量子力学（甲）③3205固体物理（乙）或3315计算机技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

唐孝威

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）或2322脑功能成像（甲）③3245核技术基础（乙）或3471软件基础（乙）或3600数字图像处理（乙）

070205 凝聚态物理

01 同步辐射应用及实验方法研究

吴自玉

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3173高等物理光学（乙）或3205固体物理（乙）

刘鹏

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2330高等物理光学（甲）③3205固体物理（乙）

胡天斗

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2295群论（甲）③3173高等物理光学（乙）或3406量子力学（乙）

姜晓明

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2330高等物理光学（甲）③3205固体物理（乙）

董宇辉

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3205固体物理（乙）

伊福廷

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2338核技术基础（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3471软件基础（乙）或3918真空技术（乙）

陶冶

①1001英语一②2229量子力学（甲）或2330高等物理光学（甲）③3205固体物理（乙）或3949材料化学（乙）

奎热西

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2229量子力学（甲）③3156高等电动力学（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3456群论（乙）

吴忠华

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2229量子力学（甲）③3156高等电动力学（乙）或3173高等物理光学（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

02 核技术方法物质结构研究

王宝义

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2207高等量子力学（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3406量子力学（乙）或3790现代核电子学（乙）

陶举洲

①1001英语一②2229量子力学（甲）或2342分析化学（甲）③3205固体物理（乙）或3315计算机技术基础（乙）或3949材料化学（乙）

03 蛋白质结构及功能研究

刘鹏

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2330高等物理光学（甲）③3205固体物理（乙）

董宇辉

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3205固体物理（乙）

李敬源

同上

刘全胜

①1001英语一②2340生物化学（甲）③3136分析化学（乙）或3949材料化学（乙）

04 新材料的同步辐射研究

吴自玉

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3173高等物理光学（乙）或3205固体物理（乙）

陶冶

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2229量子力学（甲）③3173高等物理光学（乙）或3949材料化学（乙）

奎热西

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2229量子力学（甲）③3173高等物理光学（乙）或3205固体物理（乙）或3456群论（乙）

吴忠华

①1001英语一②2056固体物理（甲）或2229量子力学（甲）③3156高等电动力学（乙）或3173高等物理光学（乙）或3949材料化学（乙）

张静1

①1001英语一②2344材料化学（甲）③3205固体物理（乙）

070207 光学

01 X射线成像理论及方法

朱佩平

①1001英语一②2325数字图像处理（甲）或2330高等物理光学（甲）③3156高等电动力学（乙）或3205固体物理（乙）或3406量子力学（乙）

02 同步辐射光学技术及应用

朱佩平

同上

070301 无机化学

01 元素化学与金属组学

柴之芳

①1001英语一②2340生物化学（甲）或2342分析化学（甲）③3245核技术基础（乙）或3949材料化学（乙）

丰伟悦

同上

刘宇

同上

王东琪

同上

02 环境与健康

张智勇

同上

03 纳米化学与纳米材料

赵宇亮

同上

孙宝云

同上

吴海臣

同上

高兴发

同上

魏钟晴

同上

0703Z2 生物无机化学

01 纳米生物效应

高兴发

①1001英语一②2340生物化学（甲）或2342分析化学（甲）③3245核技术基础（乙）或3949材料化学（乙）

赵宇亮

同上

孙宝云

同上

高学云

同上

邢更妹

同上

秘晓林

同上

02 纳米生物检测与成像

高学云

同上

魏钟晴

同上

03 环境健康与化学生物学

吴海臣

同上

王东琪

同上

张智勇

同上

丰伟悦

同上

081203 计算机应用技术

01 大规模数据共享

陈刚

①1001英语一②2333计算机技术基础（甲）③3471软件基础（乙）

02 数据处理环境及软件

孙功星

同上

03 网格技术

孙功星

同上

陈刚

同上

04 网络安全技术

孙功星

同上

陈刚

同上

刘宝旭

同上

082703 核技术及应用

01 加速器磁铁与电源技术

张旌

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3341加速器物理（乙）

康文

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）③3341加速器物理（乙）

程健

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3341加速器物理（乙）

02 加速器高频与微波技术

潘卫民

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2180加速器物理（甲）③3703微波技术（乙）或3968自动控制理论（乙）

裴国玺

①1001英语一②2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）

戴建枰

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2180加速器物理（甲）③3703微波技术（乙）或3968自动控制理论（乙）

侯汨

①1001英语一②2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）

孙虹

①1001英语一②2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）或3968自动控制理论（乙）

赵风利

①1001英语一②2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）

史戎坚

同上

池云龙

同上

沈莉

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3341加速器物理（乙）

03 加速器真空技术

董海义

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2180加速器物理（甲）③3918真空技术（乙）

04 加速器控制与束测技术

曹建社

①1001英语一②2001高等电动力学（甲）或2313微波技术（甲）③3341加速器物理（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

孔祥成

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3471软件基础（乙）或3790现代核电子学（乙）

王春红

①1001英语一②2333计算机技术基础（甲）③3471软件基础（乙）或3968自动控制理论（乙）

雷革

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）或2333计算机技术基础（甲）③3341加速器物理（乙）或3471软件基础（乙）或3790现代核电子学（乙）

05 加速器低温超导技术

戴建枰

①1001英语一②2319低温物理与超导（甲）③3341加速器物理（乙）或3703微波技术（乙）

李少鹏

①1001英语一②2319低温物理与超导（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3918真空技术（乙）

朱自安

同上

06 辐射防护技术

王庆斌

①1001英语一②2301原子核理论（甲）或2338核技术基础（甲）③3399粒子物理与核物理实验方法（乙）或3790现代核电子学（乙）

07 核电子学与核探测技术

刘振安

①1001英语一②2306现代核电子学（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

朱科军

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）或2333计算机技术基础（甲）③3471软件基础（乙）或3790现代核电子学（乙）

王铮

①1001英语一②2306现代核电子学（甲）③3205固体物理（乙）或3315计算机技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

赵京伟

①1001英语一②2146粒子物理与核物理实验方法（甲）③3790现代核电子学（乙）

江晓山

①1001英语一②2306现代核电子学（甲）③3205固体物理（乙）或3315计算机技术基础（乙）或3399粒子物理与核物理实验方法（乙）

08 同步辐射实验技术及应用

盛伟繁

①1001英语一②2330高等物理光学（甲）③3968自动控制理论（乙）

09 精密机械工程

屈化民

①1001英语一②2180加速器物理（甲）或2316真空技术（甲）③3315计算机技术基础（乙）或3968自动控制理论（乙）

朱自安

①1001英语一②2310自动控制理论（甲）或2316真空技术（甲）③3061低温物理与超导（乙）或3315计算机技术基础（乙）

篇10

近年来，我国癌症发病率和死亡率呈明显上升趋势。然而传统治疗手段不仅针对性低，而且毒副作用明显，导致药品无效耗费率高。

中国科学院深圳先进技术研究院医药所所长蔡林涛及其团队最新的研究成果―“以癌治癌”的同源靶向仿生纳米载药体系将为癌症的诊断和治疗带来新的技术和思路，该论文在线发表在《美国化学会纳米》上；几乎与此同时，团队另一成果“纳米人工红细胞载氧治癌”也喜获进展，相关成果发表在《科学报告》上。

找不到癌细胞？试试光敏GPS

蔡林涛团队给药物装上GPS系统，一下子就能找到癌细胞，再用纳米材料将“GPS”和药物打包……

目前，治疗恶性肿瘤，绝大多数仍采用手术、化疗、放疗等传统方法。而具有毒副作用的化疗药物进入人体后，在杀死癌细胞前，大部分已被肝、肾代谢吸收；同时还可能导致人体正常细胞与器官受损，甚至破坏免疫系统，对病人造成不可逆的伤害。最后，“救命”变成了“要命”，损害癌症化疗患者的生活质量。即便是目前较有针对性的分子靶向治疗，也存在疗效不稳定、药价高昂的问题。

“与这些治疗方案不同，我们换了一种思路。”蔡林涛说。

先找到病灶，再精准用药。如何找呢？平时我们走在路上，如果不认路，就打开手机的GPS系统，抵达目的地。蔡林涛团队则给药物装上GPS系统，一下子就能找到癌细胞，再用纳米材料将“GPS”和药物打包。近红外激光激发后，使肿瘤局部温度升高，载体发生破坏，药物得以释放，从而精准作用于癌细胞，将对其他正常细胞和器官的伤害降至最低。

蔡林涛团队采用无毒的磷脂或蛋白作为纳米材料，制成“纳米智能载药”体系。这一智能体系非常“聪明”，可以“看到”病灶，之后实现“定点、定时、定量”给药，全程达到可视化精确控制和光学触发，从而大幅度提高癌症的治疗效果。

“不仅如此，纳米光敏剂本身也可以通过光动力治疗和光热治疗直接产生作用，杀灭癌细胞。也就是说，对于一些特定的肿瘤，不需要搭载化疗药物，仅使用无毒的敏化剂就可以治病。这就大大降低了治疗成本。”蔡林涛介绍。

从科幻大片中获取灵感

蔡林涛聊起科幻大片中很多通过激光恢复断肢的情节，受此启发，团队开始用纳米与光学做尝试……

多年来蔡林涛团队主要攻关两大任务。“一是精确地找到并看到肿瘤，我们一直在做分子探针；另一个是治疗肿瘤，也就是用纳米的方式包裹药物投递进去。”蔡林涛说。

可是，科学研究并不是一帆风顺的。

难点在于要保证纳米材料既可以靶向和识别肿瘤，同时又对人体无毒副作用。

最初，团队找到的材料有微量的毒性，不得不放弃。

功夫不负有心人，经过无数次筛选和实验后，他们终于发现了一种肝脏血管的造影剂，该造影剂不仅有光学成像的特性，可以用于“跟踪”，而且作为敏化剂一旦用激光引发后还可以产生热效应和释放大量自由基，直接杀灭癌细胞，从而实现肿瘤的可视化治疗。

用激光当“炮捻子”，引发智能载药系统，听上去“脑洞”略大。这样的奇思妙想是如何迸发出来的呢？

面对这个问题，蔡林涛会心一笑。“做科学研究，要有点科幻精神。之前我们走老路发现并不通畅，化疗药物进入体内往往不能有效控制，但是我们需要有个技术在可视监控下短时间内杀死癌症细胞而且避免复发，我们就换了换思维方式，尝试纳米光敏剂。”蔡林涛聊起科幻大片中很多通过激光恢复断肢的情节，受此启发，团队开始用纳米与光学做尝试。这一举动看起来是“脑洞”大开，实际上要归功于其多学科的学术背景。

瞄准产品化，做多学科“杂家”

至少还需要5年的时间，才能把技术用于临床。一旦应用，可把现在只能治疗食管癌与腔道肿瘤的光动力与光热治疗延伸到更多部位肿瘤的治疗……

细数蔡林涛的履历，不得不说，他是个“杂家”。

蔡林涛涉猎的学科包括化学、材料学、生物学、光学、电子信息学，这般多学科背景源于他丰富的求学及科研经历。

1995年，蔡林涛从厦门大学化学系博士毕业后，来到南京大学化学系做博士后研究，同时在东南大学生物电子学国家重点实验室工作。而后，在日本大阪大学产业科学研究所任特别研究员，又在美国莱斯大学化学系与宾夕法尼亚大学电子工程系做访问学者，最后到波士顿附近的生物技术公司当研究人员。

2008年回国后，蔡林涛加入中国科学院深圳先进技术研究，瞄准国家急需的“纳米医疗”技术，这一干就是9年。在这里，依托自身的多学科背景，蔡林涛在纳米医疗领域，成为光学精准治疗癌症的开拓者。

在蔡林涛看来，科研工作不仅是发论文，更是要把技术转化成实实在在服务大众的产品。

但是蔡林涛坦言，至少还需要5年的时间，才能把“纳米智能载药”技术应用于临床。“一旦用于医院，可以把现在只能治疗食管癌与腔道肿瘤的光动力与光热治疗延伸到更多部位肿瘤的治疗，比如脑瘤与头颈肿瘤治疗。”蔡林涛说。

而5年的时间并不是技术问题，而是需要做纳米光敏剂成药性、规模化工艺生产、药物临床报批以及激光光纤技术整合到临床内镜的产业化工作。