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一種雙模態顯微成像系統和方法
熒光顯微成像是分子生物學研究的主要手段，然而由于激發光的高光子通量和光毒性，成像總次數受限，因而目前還未能全面揭露細胞內部細胞器的相互作用及動態過程。活細胞的高分辨長時程成像目前仍然是生物學研究中的巨大挑戰，由于軸向掃描速度的限制，三維熒光成像需要更大的激發光子通量，而光漂白效應則極大限制了三維成像的總時長。同時，由于熒光光譜較寬，成像過程中通道數目受限，熒光成像一般僅能同時標記有限種類的分子。而電鏡等輔助成像手段雖可觀察多種細胞器，但僅能提供靜態快照作為輔助。光學衍射層析顯微成像具有光通量低，光毒性小的特點，可有效解決熒光成像遇到的問題。光學衍射層析成像系統中，先前的工作缺少熒光成像作為輔助，衍射層析圖像中的多數結構缺乏標定，僅能進行形態學分析。傳統光學衍射層析成像中，也僅對脂滴、染色體和線粒體進行了結合寬場熒光成像的鑒別標定。 北大研究團隊提出一種結合光學衍射層析顯微成像和結構光照明超分辨熒光成像的雙模態顯微成像方法，用超分辨熒光成像輔助光學衍射層析進行共定位成像。在雙模態成像系統中，光學衍射層析成像具有優異的分辨能力，且無光毒性的限制，因而可以長時間、全面地記錄細胞內各種細胞器間的三維相互作用動態；熒光成像模態可提供分子層面的化學特異性分辨能力，因此成為鑒別無標記成像模態成像結果的重要依據。利用光學衍射層析-結構光照明熒光雙模態成像系統，可開展一系列的活細胞成像研究，并應用于病理診斷、藥理分析、耐藥性研究等。
北京大學
2021-02-01
量子相干控制超分辨熒光寬場顯微成像
傳統的光學顯微系統受到阿貝衍射極限原理的限制，無法分辨尺度小于~200nm的事物，為了突破衍射極限，超分辨熒光顯微技術應運而生，在生物成像等領域得到廣泛應用。根據成像采集過程，超分辨方法主要可分為兩類。一種是單分子定位顯微方法（SMLM），通過熒光分子的光開關特性，孤立每個發光分子進行單獨定位。此類方法具有不受衍射極限限制的特點，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循環步驟使得采集速度和成像時間較慢。另一種是如結構光照明等寬場成像的超分辨顯微技術，可以通過獲得相鄰區域/熒光分子間一定程度的響應差異來實現分辨率的提升。寬場成像的方法具有較高的時間采集效率，但由于同時激發視野內的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前還缺乏一種方法在理論上可以有效的兼顧寬場成像的時間采集效率和單分子定位方法的空間分辨率，因此亟需提出一種基于寬場成像對熒光分子高效調制的技術方案。 超分辨方法其本質都是通過識別單個熒光分子的獨立的發射特性獲得該分子的空間定位。如果可以對寬場成像中衍射極限以內各個發光分子熒光發射差異實現主動控制，則有可能獲得更好的超分辨顯微結果。近期，物理學院介觀物理國家重點實驗室極端光學研究團隊提出了基于量子相干控制原理主動調制分子熒光發射而獲得超分辨熒光顯微的方法（SNAC），在寬場成像下實現了分辨率的提升。課題組在ZnCdS量子點體系下獲得衍射極限范圍內各個量子點的差異化激發。通過設計多個整形脈沖，單個ZnCdS量子點的熒光差異性會得到增強。課題組通過周期性改變整形脈沖和傅立葉增強提取熒光響應的差異。同時，主動控制的圖像采集方案可以有效的抑制系統中不隨調制周期變化的泊松隨機噪聲和CMOS工藝導致的固定噪聲，極大的提升了信噪比。接著，利用獨立開發的混合周期（Combination-FFT）和多高斯擬合定位算法獲得最終的超分辨重建結果。研究模擬了鄰近雙點熒光發射的超分辨定位，其結果可以很好的分辨出低至50nm的相鄰熒光分子。對于密集標記的線性結構，SNAC的分辨能力同樣有顯著性的提高，獲得了30nm左右的徑向定位精度。在量子點標記的COS7細胞樣品的維管結構區域清晰的觀測到了維管的平行取向和姿態排布以及纖維交叉區域的95.3nm的鄰近雙峰，顯示出了比已有多種寬場超分辨方法更好的重建結果。這個研究將脈沖整形作為新的控制維度引入熒光超分辨，并將寬場超分辨成像技術的分辨率提升到了與單分子定位方法接近的50nm的水平。
北京大學
2021-04-11
一種磁納米溫度成像方法及系統
本發明公開一種磁納米溫度成像方法，首先，對磁納米粒子樣品所在區域同時施加恒定直流磁場和交流磁場，采集磁納米粒子的交流磁化強度信號，檢測出各奇次諧波幅值；然后，將恒定直流梯度場替換為含梯度磁場的組合直流磁場，采集磁納米粒子的交流磁化強度信號，檢測出各奇次諧波幅值；計算兩次諧波幅值差值；利用朗之萬函數的泰勒級數展開建立奇次諧波差值與溫度的關系式，求解關系式獲得在體溫度；最后，改變直流梯度場至下一位置，直到完成整個一
華中科技大學
2021-04-14
一種顯微層析成像方法與裝置
1. 痛點問題
在常規顯微系統中，寬視場與高分辨率不可兼得。此外，基于單光子照明的成像方式一般均不具有層析能力，極大地限制了其應用范圍。
2. 解決方案
圖1 完整寬視場、高分辨率成像示意圖
本發明公開了一種顯微層析成像方法與裝置。包括：在投影器件上依次加載所需的各照明圖案，利用光學中繼透鏡組以預設的縮放比例中繼到樣本面對相應子視場進行激發，子視場中被不同照明圖案激發的熒光信號依次通過光學中繼透鏡組，并以預設的縮放比例中繼到相機靶面，實現高分辨的子視場圖像的獲取；通過二維橫向掃描器件使得光束在樣本面上產生橫向偏移，實現超大視場的不同子視場的結構光圖像及其均勻光圖像的獲取（圖1）；通過軸向掃描器件使光束在樣本軸向產生偏移，實現對樣本的軸向掃描；對獲取的圖像依次利用結構光層析算法、圖像拼接算法、三維重建算法，最終得到三維光學層析圖像。本發明具有寬視場、高分辨率及三維層析成像的性能。
合作需求
尋求在顯微儀器領域有相關技術開發、市場推廣經驗，能推進本發明落地的高技術光電企業。
清華大學
2021-11-24
電力設備紅外與紫外成像協同檢測系統
本成果運用圖像識別、智能診斷等技術，對電力設備運行狀況進行實時分析并及時預警設備故障。該技術填補了電力設備檢測與故障診斷領域的技術空缺，能夠準確、全面地對電力設備的故障狀態進行檢測與定量分析。 目前的電力設備故障檢測技術主要有基于紅外成像的電力設備異常發熱檢測技術與基于紫外成像的電力設備異常放電檢測技術，兩種方法均獨立應用。由于電力設備分布面廣、數量眾多且運行時具有高溫、高電壓等特殊性，常規檢測方式難以準確判定電力設備的發熱和放電情況。本
河海大學
2021-04-14
一種對海目標紅外成像識別裝置
本發明公開了一種對海目標紅外成像識別裝置，包括：主處理板和顯示板，所述主處理板包括圖像收發模塊（101）、總線控制模塊、數字信號處理器模塊、圖像數據存儲模塊、通信接口模塊、非均勻性校正片上系統（SoC）、多級濾波專用集成電路（ASIC）、標記專用集成電路（ASIC），完成圖像的預處理和目標的識別與跟蹤，所述顯示板包括圖像收發模塊（102）、圖像實時顯示控制模塊、顯示數據存儲模塊。本發明有效地保證了動平臺上對海目標自動
華中科技大學
2021-04-14
一種光片顯微成像轉換裝置
本發明公開了一種光片顯微成像轉換裝置，包括：光片激光光 源、樣品夾持器、以及運動器；所述光片激光光源，產生光片激光， 水平照射在被固定于樣品夾持器樣品上；所述運動器，與樣品夾持器 連接，用于帶動樣品夾持器在與豎直方向夾角小于 15 度方向上運動。 本發明提供的光片顯微成像轉換裝置，是一種小型化、低成本的轉換 裝置，能通過加裝在普通的倒置熒光顯微鏡上，使其具備光片顯微成 像的能力，通過少量改裝實現三維成像上的質的突破，
華中科技大學
2021-04-14
新型三維乳腺超聲層析成像設備
目前醫學影像設備行業正處于快速增長時期，尤其是乳腺癌篩查影像設備，預期市場規模數百億。本項目屬于生物醫學超聲學中的超聲層析成像技術領域。
乳腺癌已經是全球發病率最高的癌癥，其早期篩查成像至關重要。現有的主要篩查成像方法有：乳腺X線攝影（乳腺鉬靶）、乳腺超聲和乳腺核磁，但現有方法均存在不足。首先，乳腺鉬靶可獲得高分辨率的乳腺二維投影圖像，但是其圖像中可疑組織會與乳腺組織相互重疊，尤其對于乳腺含量較高的致密乳房，很難有效篩查；第二，乳腺超聲可以獲得乳腺的斷層圖像序列，從而避免可疑組織與乳腺組織的相互重疊，但是其圖像質量欠佳，且嚴重依賴醫生技術；第三，乳腺核磁可提供乳房的三維圖像，但其不僅比較笨重，而且價格非常昂貴，不適用于大規模早期篩查。
針對現有乳腺超聲技術的局限性，新型乳腺超聲層析成像可自動獲取高分辨率的三維乳腺圖像。該技術采用超大孔徑環陣探頭，實現360度全向聚焦合成孔徑成像，從而獲得超高分辨率反射圖像；同時，乳腺超聲層析成像設備通過自動機械移動環陣探頭，實現自動化的乳腺三維成像，降低了對操作醫生技術水平的依賴性。此外，該技術還能利用透射波的傳播時間及強度，重建定量的聲波傳播速度分布圖像和聲波衰減分布圖像。
本項目的成果是一款創新型三維乳腺超聲層析成像設備，該設備作為新型乳腺癌篩查工具，能夠自動獲取三維高分辨率乳腺圖像。核心技術成像流程如下：首先，受檢者需平臥在床上，使乳房通過床上的一個開口自然下垂，浸入開口下方的水箱中，并由環形超聲換能器陣列包圍乳房，通過多通道收發前端和多路復用器，依次控制各超聲換能器發出聲波，同時其他換能器接收回波和透過波信號。核心技術借助超大孔徑環陣探頭顯著提升傳統超聲圖像質量，利用透過波聲速信息解決相位誤差問題，結合機械移動自動獲取三維圖像，并輸出最終篩查結果。該設備的主要客戶群體包括各級醫院、醫療體檢機構和第三方醫學影像中心。
目前該項目在持續研發完善中，截至2022年，該技術已經完成了關鍵核心技術包括環陣超聲換能器、128通道多路收發前端、2048通道多路復用器和成像算法（如圖）。
北京航空航天大學
2023-03-24
一種三色熒光顯微成像系統
本發明公開了一種三色熒光顯微成像系統，其包括三色激光合 束模塊、第一二向色鏡、物鏡以及三色熒光成像模塊；所述三色激光 合束模塊用于將三種單色光合并成一束三色激光，投射在第一二向色 鏡上；第一二向色鏡反射激光同時透射熒光，其用于反射三色激光， 投射在物鏡上；所述物鏡用于透過三色激光并收集激發的混合熒光， 并將收集到的混合熒光投射在第一二向色鏡上，第一二向色鏡用于透 射混合熒光，投射在三色熒光成像模塊上；所述三色熒光成像
華中科技大學
2021-04-14
熒光與核素雙模載體小動物成像系統
1 成果簡介熒光與核素在體小動物成像系統是在國家 863 計劃的支持下研制的世界首臺小動物在體（活體）分子成像系統。該系統具有同時實現熒光斷層成像與正電子發射斷層成像(PET)的雙模式信息融合分子影像檢測功能，可以以 3D 方式顯示活動物體內任何位置的特定細胞和分子事件。在該系統中，發展了旋轉掃描式動物在體全景成像檢測技術和斷層掃描三維重建技術，有效解決了伽瑪光子信息采集與熒光圖像獲取相互干擾的難題，同時提高了熒光的檢測深度；通過研發的光子漫射理論逆向算法，提高在體檢測的空間分辨率和空間定位精度，結合 PET 深層透視的優點，可以 3D 方式顯示活動物體內任何位置的特定細胞和分子事件。目前擁有 12 項專利。 該平臺采用熒光和核素雙模標記的檢測方法和技術，研究者可以在一次實驗活動中同時獲取熒光、 PET 及雙模融合的多種數據，并進行分析，從而可以更好更為全面地理解疾病產生的機理，研究藥物的作用機制，也可以分析疾病耐藥的發生過程，以及藥效的持續時間等。研究人員能夠使用該系統實時監測活體動物內部器官、組織與細胞、基因蛋白分子等不同層面的動態變化信息，開展在體水平的生命科學與醫學科研和應用研究工作。例如，研究腫瘤和癌細胞在體生長、分化、凋亡、轉移、擴善，藥物在細胞、組織、器官層面的輸送、擴散、代謝與定點釋放，藥物作用下體內腫瘤或癌細胞的生長、凋亡變化，以及與各種疾病相關的分子、細胞、組織的動態變化情況。 （ 1） 腫瘤小鼠熒光圖像 （ 2）熒光與 PET 斷層圖像 上圖 熒光與 PET 雙模成像 系統特點：熒光與 PET 同時雙模成像；動物在體 360゜全景無遮擋掃描成像；支持常規熒光或 PET 成像，也可以采集雙模數據；熒光活體成像超越常規的淺表成像，支持 FMT 及小動物深度組織的成像。2 應用說明應用領域：藥物研發和篩選；病理機理與病毒研究；新一代分子影像藥物研發；藥物代謝過程， 基因治療效果及藥效評價。
清華大學
2021-04-13