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中国激光
中国激光

周炳琨

月刊

0258-7025

cjl@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号 上海800-211邮政信箱

中国激光/Journal Chinese Journal of LasersCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是我国唯一全面反映激光领域最新成就的专业学报类期刊。主要发表我国在激光、光学、材料应用及激光医学方面卓有成就的科学家的研究论文。涉及领域包括激光器件、新型激光器、非成性光学、激光在材料中的应用、激光及光纤技术在医学中的使用，锁模超短脉冲技术、精密光谱学、强光物理、量子光学、全息技术及光信息处理。
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    拉曼光谱技术在角膜组织成分检测中的应用

    郭智君马苗立卢思超郭前进...
    124-134页
    查看更多>>摘要：角膜作为眼球的最外层组织,对于维持眼球结构和视力至关重要.然而,在日常用眼过程中,角膜易遭受创伤和感染,从而损害视力.目前常用的裂隙灯显微镜检查、光学相干层析成像及共聚焦显微镜检查等基于形态结构的角膜检测技术无法给出组织成分信息.拉曼光谱技术由于可以在不破坏组织结构的基础上获取生物分子信息,在角膜组织成分检测中具有重要的应用价值.本文从拉曼光谱原理出发,综述了其在角膜组织成分检测中的应用,最后总结并展望了其发展趋势.

    角膜组织成分拉曼光谱生物分子

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    基于显微多光谱成像的临床皮肤鳞癌病理分析

    王成杨常兴仰伽仪葛倩倩...
    135-142页
    查看更多>>摘要：皮肤鳞状细胞癌(cSCC)是我国三大皮肤恶性肿瘤之一,病理学诊断目前仍是其临床诊断的金标准.为了提升诊断效率以及降低人工劳动强度,本课题组自主研发了一套自动多光谱显微成像系统.利用该系统获取人体正常皮肤组织与鳞癌组织全切片的多光谱病理图像,运用随机森林算法与自适应阈值分割法对不同波段的图像进行精确分割并作伪彩色处理,有效地提取出细胞核、大脂滴和角化珠等重要的诊断信息.此外,利用滑动窗口技术设置200×200像素的窗口,计算窗口内的核质比.结果表明,多光谱病理图像经伪彩色处理后显著增强了病理结构的可视化.经量化分析得到正常皮肤组织与cSCC组织的核质比存在显著的统计学差异(P＜0.001).核质比量化的ROC曲线分析也证明了该系统的敏感性与特异性.实验结果表明,该自动多光谱显微成像系统结合图像处理技术,增强了临床病理信息的可视化和量化能力,为提升病理分析的效率和准确率、降低病理诊断的复杂性提供了坚实的技术基础.

    生物医学光学多光谱成像图像分割细胞核质比

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    乳腺癌的多模态显微谱像分析及智能融合诊断研究

    吴青霞李柏楠惠紫阳王子函...
    143-151页
    查看更多>>摘要：显微成像以及荧光光谱技术是研究乳腺癌组织特性的重要手段,可有效反映组织形态结构和生化成分的变化.本课题组采用自行设计和加工的倒置荧光显微镜,对患者乳腺组织的显微图像和荧光光谱进行同步收集,然后进行明场图像和多波长荧光显微图像以及荧光光谱数据的综合分析和融合.在光谱分析方面,采用高斯拟合模型对荧光光谱进行分峰处理,以探究乳腺癌发展过程中荧光成分的变化规律.研究结果显示,乳腺癌组织在520 nm和635 nm中心波长处的荧光谱带峰面积与470 nm处的峰面积之比(A520/A470和A635/A470)约为正常乳腺组织的1.65倍和2.07倍.因此,本课题组提出将峰面积比A520/A470和A635/A470作为乳腺癌检测的潜在指标.此外,构建了基于显微图像和荧光光谱的谱像融合神经网络,并采用该网络实现了对乳腺癌的智能诊断,最终AUC(受试者工作特征曲线下面积)得分和测试集准确率分别达到了0.95和86.38％,明显优于各单模态模型.本研究结果表明,双模态显微成像和荧光光谱技术在乳腺癌分析、诊断中具有独特优势,结合深度学习构建的谱像融合网络可为乳腺癌智能诊断提供有效途径.

    双模态显微成像多波长荧光光谱谱像融合深度学习智能诊断

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    基于周期性加热模式的激光消融组织效果快速预测及优化设计方法

    肖玉张泽龙简梦华董威...
    152-161页
    查看更多>>摘要：激光消融技术以其高精度、强可控性和微创性等优势,在癌症治疗领域中展现出广阔的应用前景.为确保在肿瘤组织被完全消融的同时,激光消融技术对正常组织的热损伤最小,提出了一种基于周期性加热模式的辐照参数优化设计方法.首先,建立激光消融过程中生物传热和热损伤的数值模拟模型,通过实验验证该模型的准确性.随后,利用径向基函数神经网络建立激光消融效果预测模型,以快速、精准地评估正常组织的不可逆热损伤体积、不可逆热损伤总体积,以及肿瘤组织表面的平均温度.最后,采用遗传算法开展激光消融技术的单目标优化设计,在肿瘤组织完全消融和肿瘤组织表面的平均温度不超过70℃的前提下,正常组织的不可逆热损伤体积仅占不可逆热损伤总体积的0.053％,实现了激光消融技术对正常组织的不可逆热损伤的最小化目标.

    激光消融辐照参数热损伤神经网络遗传算法

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    基于多尺度路径聚合的儿童龋齿检测算法

    李彦甫兰海月薛婧帆郭锦林...
    162-172页
    查看更多>>摘要：龋齿是一种常见的口腔疾病,在儿童入群中的发病率较高.为了解决这个问题,本课题组制作了手机等移动设备拍摄的口腔图像数据集,其中包含多角度拍摄的口腔图像,同时采用翻转、拼接、色域转换等数据增强策略对数据进行处理,以提升数据的丰富性和多样性.本课题组提出了 CR-PANet龋齿检测模型,该模型采用PANet的多尺度路径聚合架构,并对特征提取模块、检测头等结构进行了改进.实验结果表明:CR-PANet模型在测试数据集上的mAP@50指标达到了 88.2％,每秒处理帧数达到了 169,可以满足实时检测口腔图像中牙病区域的要求,有望实现患者自检或辅助医生检测.

    口腔图像龋齿检测深度学习多尺度特征融合早期儿童龋齿

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    基于动态特征图卷积网络的视网膜血管分割方法

    缪林一李峰
    173-183页
    查看更多>>摘要：利用深度学习技术进行视网膜血管分割是临床医生诊断眼底疾病的重要辅助方法.然而,现有方法忽略了感受野在高分辨率图像特征提取阶段的重要性以及深度特征图通道之间的动态拓扑相关性,导致通道间信息表征不足.为此,设计一种新颖的动态特征图卷积网络模型(DF-Net).该模型采用结构化Dropout卷积块替代U-Net中的原始卷积块,构建一个双扩张卷积块(DDCB),旨在不增加模型参数量的同时扩大感受野,提升模型捕捉视网膜血管全局结构信息的能力.进一步,构建动态特征图卷积模块(DFGCM),将特征通道映射到拓扑空间并在拓扑空间上挖掘通道之间的动态拓扑关系,提高通道信息的利用率,丰富视网膜血管的特征信息.实验结果表明:所提DF-Net能够有效提高对视网膜血管的分割精度,在两个公共合理的高分辨率Fives和HRF数据集上,准确率分别达0.9876和0.9733,灵敏度分别达0.9088和0.8322,均优于现有的先进血管分割模型;在三个广泛使用的低分辨率DRIVE、ST ARE和CHASE_DB1数据集上,也表现出较为出色的分割效果.这些出色的分割结果表明所提DF-Net 具有辅助临床医生提高眼底疾病诊断能力的潜力.

    图像处理视网膜血管分割图卷积神经网络动态特征融合

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    面向运动决策识别的fNIRS-BCI应用研究

    秦转萍刘欣霖路光达张伟...
    184-193页
    查看更多>>摘要：便捷可靠地获得日常情境下的脑激活模式是实现脑机接口实用化的重要前提.额叶作为参与人认知、决策和执行过程的重要脑区,其结构平整且无毛发遮挡,特别适合使用基于功能性近红外光谱技术(fNIRS)的便携式设备进行日常情境脑激活信息的可靠测量.以实用化fNIRS脑机接口应用为目标,发展一种基于统计参数特征的优选策略,实现单周期下不同运动任务的实时分类.首先,使用三次样条插值和Savitzky-Golay等融合滤波算法对测量信息进行平滑滤波,以检测和校正运动伪影.然后将统计优选后的脑激活特征输入到分类模型中,实现左、右手抓握运动和左、右手指敲击,以及静息状态三种动作模式的准确分类.进一步地,根据分类模型开发在线运动执行交互式分类界面,利用训练好的分类模型可实时显示受试者的动作执行意图,为面向运动决策识别的实用化脑机接口应用提供重要工具和方法参考.

    功能性近红外光谱技术脑机接口额叶运动决策识别

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    单光束小型SERF原子磁力计光频移抑制研究

    缪柯萱胡涛郭清乾冯晓宇...
    194-202页
    查看更多>>摘要：随着量子操控与光电检测技术的进步,原子磁力计作为新型量子极弱磁传感器得到了快速发展.工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下的原子磁力计相较于传统极弱磁探测传感器,具有无需制冷、结构紧凑、运维成本低及灵敏度高等优势,被广泛应用于诸多领域.而圆偏振抽运光频率失谐产生的光频移现象会对SERF原子磁力计的测量正交性及输出响应产生重要影响.基于自研小型单光束SERF 87Rb原子磁力计,提出了一种基于非敏感轴响应分析的光频移抑制方法,精准绘制了光频移曲线,并结合光吸收曲线,分析和确定了 SERF原子磁力计的中心共振频率.此外,分析发现,利用该方法对光频移进行抑制可显著降低磁力计测量轴间的耦合串扰,提升测量正交性和敏感轴输出响应,实验结果证明了该抑制方法的有效性.基于上述研究结果,进一步对比发现,抑制光频移可提升自研小型SERF原子磁力计的性能,最终灵敏度在140 Hz的带宽范围内可达13fT·Hz-1/2,动态范围约为±3 nT.

    医用光学原子磁力计无自旋交换弛豫光频移虚拟磁场正交性

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    杂交链式反应太赫兹超表面传感器检测miRNA-92a浓度

    杨墨林上君陈洁胡放荣...
    203-210页
    查看更多>>摘要：由于结直肠癌潜伏期长、发展缓慢,早期很难得到准确诊断.外泌体中的microRNA(简称miRNA)是包含18到22个核苷酸的非编码RNA,参与转录抑制和转录后调控,与肿瘤细胞的增殖与迁移过程息息相关.因此,可以通过检测外泌体中的miRNA浓度实现对结直肠癌的早期诊断.以太赫兹超表面传感器为检测元件,结合杂交链式反应(HCR)信号放大策略,提出一种高灵敏度检测miRNA-92a浓度的方法.实验结果表明,超表面传感器谐振频率的频移量与miRNA-92a的浓度之间具有良好的线性关系,检测灵敏度达6.26 GHz/lgCmiRNA-92a.所提方法具有快速、检出限低和灵敏度高等优点,适用于对癌症相关外泌体浓度的快速检测和疾病早期诊断.

    太赫兹光谱技术超表面传感器杂交链式反应结直肠癌诊断外泌体microRNA

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    固体界面上微纳物体的高精度激光捕获及智能运动控制

    张尹峥刘鸿江朱润琳刘逸飞...
    211-221页
    查看更多>>摘要：基于光热冲击效应的激光捕获技术是用于干燥固体界面上微纳物体的捕获及操控的重要工具.为进一步满足复杂场景中的条件需求,提出了一种基于深度学习图像反馈的闭环控制系统,引入了目标检测与定位算法,实现了微纳物体的稳定、高精度捕获和智能运动控制.该系统能够将输入的控制参数处理为光热冲镊平台的控制信号,并在控制过程中使用YOLOv8和OpenCV算法处理系统采集的显微图像,对物体位置进行动态反馈,实现系统智能化闭环控制.实验表明,所设计的控制模块的控制分辨率为38.2 nm,图像反馈模块的检测分辨率为85.3 nm,整体系统对物体的检测误差为116.1 nm,闭环控制误差为108.9 nm.此外,采用路径控制与手势触摸等多种控制方法,验证了该控制系统的灵活性和稳定性.研究结果为在干固体界面上的复杂场景中微纳物体的智能化操控提供了参考.

    激光捕获光操控深度学习光热冲镊智能控制

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