体全息成像系统研究进展

体全息成像系统（VHIS）是以布拉格体全息光栅（VHG）作为关键成像器件的新型成像系统。它利用布拉格体全息光栅严格的波长选择特性和简并性,能够不借助耗时的扫描装置和复杂的重建算法,实现具有高光谱分辨率的连续超光谱成像和具有良好深度分辨率的实时三维多深度成像。首先对体全息成像系统的结构原理进行简要介绍;然后对体全息光栅的制作和复用方式进行详细讲述,对体全息光谱成像系统、复用体全息多维成像系统的功能特性进行了重点介绍;最后对体全息成像系统的特点和发展方向进行了总结。     

基于扩散磁共振的脑组织微结构成像研究综述

微结构成像是为了改善传统扩散磁共振成像的一些缺点而发展的一种新技术。微结构成像范式旨在建立组织结构特性与体素级磁共振信号相联系的模型,以此来估计并绘制微结构属性。目前该技术正在实现从实验室研究到临床应用研究的转变。首先介绍扩散磁共振成像并分析传统技术存在的主要问题,然后阐述微结构成像原理;随后,对受阻与受限制复合扩散模型、神经突起方向离散度与密度成像等微结构成像中常用的多隔室模型研究现状展开综述,包括模型组成、模型优化和临床应用等方面,重点在于深度学习算法应用于微结构成像参数拟合的研究现状。最后,对微结构成像技术发展趋势进行展望。     

基于深度学习技术的磁共振成像研究进展

磁共振（MR）成像是当前应用于临床医学诊断的重要医学成像手段之一。如何缩短扫描时间进行快速成像一直以来都是MR成像领域中的热门研究问题。近年来，随着深度学习的兴起和快速发展，深度学习被广泛应用于医学图像处理领域中。目前基于深度学习的MR成像方法作为MR成像的新兴方向，相应的研究已取得了一系列进展。本文对几种常见的基于深度学习的MR成像方法进行归纳和简要分析，并对其研究前景进行了展望。     

高光谱成像医学诊断的探讨

目的:高光谱成像是一个新兴的,非破坏性的,先进的光学技术,它具有光谱和成像的双重功能,这种双重功能使得高光谱成像能够同时提供实验对象的化学和物理特征,并具有良好的空间分辨率。文章探讨利用高光谱成像技术进行医学诊断的潜力及前景。方法:首先介绍高光谱成像原理及特点,并综述高光谱成像技术在医学诊断方面的研究进展,具体从体表组织和器官的原位医学高光谱成像诊断、体内组织和器官的离体医学高光谱成像诊断、病理学切片及细胞显微高光谱成像医学诊断和光纤高光谱成像活体医学诊断四个方面进行了详细介绍。结果:高光谱成像作为一种特殊光学诊断技术,具有成像系统多样化、研究对象广泛化、临床诊断实用化和分析方法功能化等特征。结论:高光谱成像技术具有原位实时活体诊断疾病(特别是肿瘤)的潜力,临床应用前景广阔,值得深入研究。     

超低场磁共振成像技术研究现状

超低场磁共振成像技术是磁共振成像研究领域中最新的发展方向.与常规磁共振成像相比,超低场磁共振成像技术所需的成像磁体可降至mT级甚至uT级,不仅大大降低了设备的成本和体积,还能够获得普通高场磁共振成像设备无法得到的特殊图像,具有非常广阔的应用前景.综述了近年来超低场磁共振成像技术的发展概况,重点介绍了其中的预极化磁共振成像、质子-电子双共振成像、激光磁共振成像和超导量子干涉仪(SQUID)磁共振成像.     

动态荧光分子成像技术研究进展

动态荧光分子成像技术能够描述荧光分子探针在生物体内吸收、分布以及排出的完整过程,是一种可以对生物体的生理、病理过程进行连续监测的动态成像技术.这项技术具有无电离辐射、成像速度快、灵敏度及特异度高、费用低廉等优点,在基础医学及临床医学研究中具有广阔的应用前景.从系统、算法和应用3个方面对动态荧光分子成像技术的研究进展进行了综述.     

基于焦区积分的高分辨率光声变焦显微成像

光声显微成像兼具高光学组织对比度,以及超声的高穿透深度和高空间分辨率的优点。但一方面在光声显微成像中,组织深层目标易被浅表目标屏蔽,另一方面其横向分辨率与焦深的矛盾一直限制了光声显微的成像质量。针对这两个问题,本实验搭建了一套基于超声分辨的光声显微成像系统。其采用一种非共轴的照明-探测方式来减少浅层组织对深层信息的影响,并且采用一种新的焦区积分算法来进行数据的处理,结合多次纵向变焦扫描来实现深层组织的高分辨探测。仿体实验表明,该方法可以在不同纵向深度上保持约0.6 mm的横向分辨率,与理论值相接近。裸鼠肿瘤成像结果表明,本文所提出的方法可以比普通的背向探测声聚焦光声显微成像方法在深度方向上获取更多的信息。随着超快脉冲激光和高速扫描方式的发展,本文所提出的方法有望在脑部血管成像、宫颈癌内窥成像、浅表肿瘤成像等方面得到较好的应用。     

磁共振成像中抑制伪影技术的研究进展

磁共振成像可对人体各部位多角度、多平面成像,具有高组织分辨力、空间分辨力、无硬性伪迹及无放射损伤等优点,在医学上得到了广泛的应用。然而,磁共振成像中所产生的伪影会严重影响MRI的质量及对病灶的精确定位。我们主要介绍了近年来抑制自旋回波平面成像技术中所产生的伪影及自主性运动伪影的研究进展。大量研究表明,怎样快速有效地抑制各种原因产生的伪影,仍然是研究人员所面临的一个非常棘手的问题。因此,还需不断寻求新的方法及思路来解决这一难题。     

生物磁光声联合成像的研究现状

超声(US)成像、光学相干断层(OCT)成像和磁共振成像(MRI)是临床常用的医学成像手段。此外,光声层析(PAT)和磁声(MA)成像是近年来新兴的多物理场耦合功能成像手段。将两种或者两种以上的成像手段结合起来形成多模态联合成像,可以使各成像模态的优点得到充分展现,对目标进行高精度和高分辨率的成像,精确识别病变组织,并对其功能成分进行定性和定量的分析。对US-PAT、US-OCT、PAT-OCT、US-PAT-OCT、磁光以及磁光声(MPA)联合成像,特别是对血管内联合成像的研究进展和临床应用前景进行综述,总结目前存在的问题,并展望未来可能的发展方向。     

开放式电阻抗成像基本原理和仿真实验研究

电阻抗成像技术作为一种新兴的功能性医学成像技术具有广阔的应用前景。除了成像的空间分辨率不高之外,当前研究中普遍针对封闭场域成像的模式也是电阻抗成像技术推广到临床应用的一个不可忽视的障碍。在分析封闭式电阻抗成像临床应用局限性的基础上,提出了开放式电阻抗成像的思想,依据这一思想构建的开放式电阻抗成像系统能对局部浅层的生物组织给出有价值的电阻抗分布信息。给出了开放式电阻抗成像电磁场边值问题的数学模型,提出了边界约束问题的处理方法,并进行了初步的仿真和实验研究。结果表明,当目标位于体表下较浅部位时,成像具有较好的分辨率和定位准确度。     

基于超快超声平面波成像的医学超声探头改进

目的基于平面波发射/接收原理的超快超声成像技术近年来已成为国际医学超声领域的研究热点,有望取代传统的聚焦扫描式超声成像技术。传统方式受其成像模式的限制,无法实现高帧频成像,而通过平面波发射以及相干复合方法,可大大提高超声成像的帧频。本文提出一个新的设想,即采用高程方向无聚焦换能器(non-elevation-focused probe,NEFP),相对于传统的高程方向有聚焦换能器(elevation-focused probe,EFP),可能有助于进一步提高超快超声成像技术的成像效果。方法首先简要介绍平面波相干复合成像的原理和方法,进而通过FieldⅡ软件仿真,验证相干复合成像方法对平面波成像图像质量的提升效果。最后,通过仿真和实验实现探头高程方向的发射声束聚焦模式,并对上述2种模式换能器的平面波成像效果进行了对比分析。结果使用平面波复合成像算法得到很好的成像效果,两种探头经对比,NEFP探头成像图像的对比度相对于EFP探头明显增强。结论对于超快超声成像方法,使用NEFP超声探头可以取得更优的成像效果。     

高光谱成像结合化学计量学诊断胃癌组织

目的:高光谱成像具有光谱和成像的双重功能,这种特性使得高光谱成像能够同时提供实验对象的光谱(即化学信息)和图像(即物理信息)特征。文章探讨了利用高光谱成像技术结合化学计量学方法诊断胃癌组织的可行性及科学性。方法:利用近红外高光谱成像系统获取胃癌组织及正常组织的高光谱图像,利用化学计量学从中提取肿瘤及正常组织的特征光谱并进行光谱归属,然后结合多种目标识别算法自动提取胃癌肿瘤目标,最后利用图像融合技术对识别结果进行形象直观展示,形成高光谱图像诊断胃癌组织的方法体系。结果:正常组织和癌变组织的光谱差异主要体现在950 nm~1050 nm,1150 nm~1250nm和1400 nm~1500 nm三个光谱区域。利用主成分分析降低高光谱数据维度,同时提取了6个最佳波长,即975 nm、1075 nm、1215 nm、1275 nm、1390 nm和1450 nm,利用这些波长作为端元输入可以鉴别肿瘤与正常组织,肿瘤目标检测结果与组织病理学检测结果一致。结论:在化学计量学方法的辅助下,近红外高光谱成像能够诊断胃癌组织。该方法具有客观、快速、准确、无损无创、原位等特点,具有临床应用前景。     

计算机断层扫描与核磁共振成像引导的新型脑出血连续监测方法

为实现对患者脑出血量的持续监测,本研究提出一种由计算机断层扫描(computed tomography, CT)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)引导的新型脑出血连续监测方法。该方法应用栈式自编码算法解决磁感应断层成像技术(magnetic induction tomography, MIT)逆问题,对不同出血量大小的不规则脑出血进行预测,并采用面积估算法估算脑出血量面积。将脑出血面积变化趋势与CT进行对比,结果显示,其趋势与同等状态下CT图像所示的脑出血量变化趋势相同,表明MIT对临床脑出血量的连续监测具有可行性。     

基于脑电的多模态神经功能成像新技术研究进展

神经功能成像能够实现活体脑结构与功能变化的无创(微创)检测。鉴于头皮脑电具有高时间分辨、便于操作、能直接反映大脑神经生理活动等优点,近年已逐步整合形成脑电-功能磁共振成像(EEG-fMRI)、脑电-近红外光谱(EEG-NIRS)、脑电-经颅聚焦超声(EEG-tFUS)等兼具高时空分辨优势的多模态神经功能成像新技术。从技术原理、技术特征及其在神经功能研究中的最新进展等方面,综述3种新模式的研究现状,论述存在问题与发展趋势,突出多模态神经功能成像新技术在促进脑科学发展中的意义。     

生物感应式磁声成像的研究现状

生物感应式磁声(MAT-MI)成像是一种新型功能成像技术,融合电磁技术、超声技术和多物理场探测与成像技术,具有电阻抗成像的高对比度以及超声扫描成像的高空间分辨率的特点,能够反映生物组织的电导率变化信息,达到对病变组织进行早期诊断的目的。将MAT-MI与内窥检测技术相结合,则可直接检测生物腔体组织(如鼻腔、消化道以及血管等)病变的情况,为腔体组织疾病的诊断和治疗提供更及时可靠的依据。在分析MAT-MI的成像原理的基础上,对其正/逆问题的研究现状进行综述,并探讨内窥感应式磁声成像的可行性以及所面临的技术难点。     

衍射增强成像的生物医学应用研究进展

【摘要】X射线相衬成像技术是近年来研究开发的高衬度和高空间分辨率的新型成像技术,和传统X射线成像技术相比,它可满足生物软组织微观成像条件,获得软组织的丰富内部微观结构细节。衍射增强成像（DEI）是相衬成像技术的研究热点。利用基于DEI的信息提取和CT重建等图像处理技术,能够获得生物样品高质量图像及三维精细微观结构,更好地显示样品内部的结构和细节。结合DEI的理论和图像处理方法介绍了DEI技术的生物医学应用进展。     

基于深度学习单投影的CT断层成像三维重建

【摘要】目的:提出一种基于深度学习的计算机断层扫描（CT）单视图断层成像三维（3D）重建方法,在减少数据采集量和降低成像剂量的情况下对不同患者进行CT图像的3D重建。方法:对不同患者的CT图像进行数据增强和模拟生成对应的数字重建放射影像（DRR）,并进行数据归一化操作。利用预处理后的数据通过卷积神经网络训练出一个普适于不同患者的神经网络模型。将训练好的神经网络模型部署在测试数据集上,使用平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、结构相似性（SSIM）和峰值信噪比（PSNR）对重建结果进行评估。结果:定性和定量分析的结果表明,该方法可以使用不同患者的单张2D图像分别重建出质量较高的3D CT图像,MAE、RMSE、SSIM和PSNR分别为0.006、0.079、0.982、38.424 dB。此外,相比特定于单个患者的情况,该方法可以大幅度提高重建速度并节省70%的模型训练时间。结论:构建的神经网络模型可通过不同患者的2D单视图重建出相应患者的3D CT图像。因此,本研究对简化临床成像设备和放射治疗当中的图像引导具有重要作用。     

光学相干成像技术对神经及脑的成像

神经与脑的成像作为最具挑战性的课题之一,得到越来越多的关注.对神经与脑部的成像,能够对神经系统及脑部形态、结构以及功能量化,不仅有助于更加深入地了解脑及神经系统.并且可以提高临床诊疗的效率.光学相干成像技术(OCT)是一种新型的成像技术,已被广泛用于生物与医学领域.光学相干成像技术在对神经及脑的成像研究中,最为人们所关注,其该技术的发展也最为迅速.该技术为解决神经及脑的成像问题提供了新的思路和方法,其发展潜力还有待发掘.概述了光学相干成像技术在神经和脑成像领域的最新技术以及成果,讨论了其在神经和脑成像领域的优缺点以及其未来的发展趋势.     

量子点探针辅助的近红外荧光成像技术在肿瘤显影中的应用

肿瘤早期检测是精准并高效诊疗癌症的关键因素。荧光成像技术凭借其高灵敏度、高时空分辨率、无电离辐射和无创实时成像等优点,在生物医学领域,尤其在肿瘤检测方面展现出了广泛的应用前景。近红外光穿过生物组织时,受到的吸收和散射较少,因此在生物成像方面体现了高信噪比和强组织穿透能力。在众多荧光探针中,近红外发光的量子点探针因其量子产率高、抗光漂白性强、发射光可调和稳定性良好等特点在荧光成像方面显示出突出的优势。本文基于量子点探针的近红外荧光成像技术在肿瘤显影中的应用,介绍了量子点优异的光学性能,并重点讨论了硫化铅（PbS）和硫化银（Ag2S）近红外发光量子点探针在肿瘤成像方面的研究进展,并对近红外发光量子点探针的应用前景进行了展望。     

快速磁共振波谱成像的研究进展

传统磁共振波谱成像时间太长 ,不能应用到临床。发展快速波谱成像方法是必然的。目前有 7类快速波谱成像方法 ,它们都来自快速 MRI成像方法。本文对传统波谱成像和 7类快速方法分别作了介绍 ,并且展望如果把 MRI中任意轨迹图像重建方法用于波谱成像 ,将能够设计出速度更快的波谱成像数据采集脉冲序列。