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相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量
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作者 张展华 曹鑫 +3 位作者 詹伟浩 董博 谢胜利 白玉磊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1812-1823,共12页
相衬光学相干弹性成像的相位分辨率受限于系统的光源带宽,导致层析应变成像质量低。这严重制约了相衬光学相干弹性成像的实际应用与发展。为此,本文提出一种基于数据驱动的超分辨应变测量方法,以解决相位分辨率受限下的应变重构困难问... 相衬光学相干弹性成像的相位分辨率受限于系统的光源带宽,导致层析应变成像质量低。这严重制约了相衬光学相干弹性成像的实际应用与发展。为此,本文提出一种基于数据驱动的超分辨应变测量方法,以解决相位分辨率受限下的应变重构困难问题。首先,根据相衬光学相干弹性成像原理,搭建了层析应变测量模型,用于获取网络训练所需的数据集,解决实际测量过程中超分辨应变标签难以获取的问题。其次,构建深度卷积神经网络,通过带有层析分辨率受限特点的数据驱动方式,让网络学习低分辨相位与高分辨应变之间的映射关系,从而实现相衬光学相干弹性成像的超分辨应变测量。最后,采用数值验证和压缩变形加载实验对本文方法的性能进行验证。实验结果表明本文方法在窄带宽输出下能重构出宽带宽的应变测量效果,并且其信噪比相比于矢量方法和传统应变计算深度神经网络,分别提高了18.4 dB和1.45 dB。本文方法可以突破系统光源的带宽限制,在低分辨相位输入条件下实现超分辨应变测量,从而加快相衬光学相干弹性成像在力学性能表征、内部早期损伤探测等方面的应用前景。 展开更多
关键词 光学弹性成像 相衬技术 应变测量 深度神经网络 超分辨重构
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原位测量软材料弹性模量的光学相干弹性成像方法研究 被引量:2
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作者 陈金龙 潘航 +3 位作者 林祥龙 胡永政 孙翠茹 邱文豪 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期111-118,共8页
弹性波光学相干弹性成像是利用波速定量获得生物组织弹性模量的方法,在医学研究与疾病诊断的领域具有重要应用价值.目前利用瑞利波理论评估一定厚度软材料的弹性模量存在较大的测量误差.为了提高弹性模量测量的准确度,提出了一种基于瑞... 弹性波光学相干弹性成像是利用波速定量获得生物组织弹性模量的方法,在医学研究与疾病诊断的领域具有重要应用价值.目前利用瑞利波理论评估一定厚度软材料的弹性模量存在较大的测量误差.为了提高弹性模量测量的准确度,提出了一种基于瑞利-兰姆方程反求弹性模量参数的方法.根据瑞利-兰姆方程的数值解,在确定仿体厚度的情况下,匹配合适的激励频率测量并获得弹性模量,将原位测试的弹性模量与拉伸实验结果进行比较,发现相对误差在3%以内.通过双层仿体的频散实验发现,在匹配的激励频率下,原位测量的弹性模量与拉伸实验测量的弹性模量几乎一致,结果表明该方法在测量上层仿体时不受下层仿体的影响.通过真实猪皮组织测量,结果表明该方法可以适用于皮肤组织测量.本研究提出的原位软材料光学相干弹性测量方法可以为生物组织的弹性定量表征提供更准确的测试手段. 展开更多
关键词 弹性 光学相干弹性成像 瑞利-兰姆方程 弹性模量
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光学相干弹性成像在眼科学领域的应用研究进展 被引量:1
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作者 赵雁之(综述) 黄国富(审校) 《中华实验眼科杂志》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1043-1048,共6页
光学相干弹性成像(OCE)是近年发展起来用于获取组织生物力学性能的新兴技术,类似于光学相干断层扫描血管成像,是一种功能性光学相干断层扫描成像技术。OCE技术通过探测眼球各组织在载荷激励下的力学响应,定量分析组织的应力-应变曲线或... 光学相干弹性成像(OCE)是近年发展起来用于获取组织生物力学性能的新兴技术,类似于光学相干断层扫描血管成像,是一种功能性光学相干断层扫描成像技术。OCE技术通过探测眼球各组织在载荷激励下的力学响应,定量分析组织的应力-应变曲线或杨氏模量等生物力学指标,从而绘制出其弹性二维/三维图像。OCE具有多种优势,包括非侵入性、高分辨率、实时快速和三维成像能力;此外,该技术实现了结构图像和弹性图像相融合,能够同时提供眼组织的结构和力学属性信息,为眼科疾病的诊断和发病机制研究提供了新的视角和维度。本文从OCE的成像原理出发,就OCE的技术分类和研究现状,其在眼科领域的研究进展,包括辅助角膜屈光手术设计、圆锥角膜患者筛查、角膜交联手术疗效评估、白内障诊断分级、视网膜生物力学测量和近视发病机制研究等,以及OCE在实现眼科临床转化中面临的挑战和机遇进行综述。 展开更多
关键词 光学相干断层扫描成像 光学相干弹性成像 生物力学性质 诊断技术 眼科
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角膜的弹性模量非均匀分布对其光学相干弹性成像的影响
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作者 金天子 陶兴明 方利华 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期697-702,共6页
目的分析激励源位置、检测区域长度和检测深度对人眼角膜的剪切波光学相干弹性成像(optical coherence elastography,OCE)的影响。方法结合人眼角膜的弹性模量的实际分布情况,构建角膜弹性模量非均匀分布的有限元模型。通过模拟剪切波OC... 目的分析激励源位置、检测区域长度和检测深度对人眼角膜的剪切波光学相干弹性成像(optical coherence elastography,OCE)的影响。方法结合人眼角膜的弹性模量的实际分布情况,构建角膜弹性模量非均匀分布的有限元模型。通过模拟剪切波OCE实验,对比分析有限元模拟结果和理论结果。结果当激励源位置不同时,角膜前后基质的剪切波波速误差不同;当检测区域长度不同时,角膜前后基质的剪切波波速非线性变化;在超弹性材料模型下,当检测深度不同时,剪切波波速明显变化。结论由于角膜弹性模量非均匀分布,在角膜前后基质不同激励源位置、不同检测区域长度和不同检测深度的有限元模拟剪切波波速的结果不同。将具有非均匀性的生物组织视作均质进行OCE实验会影响结果准确性。 展开更多
关键词 弹性模量 光学相干弹性成像 剪切波波速 激励源
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多孔水凝胶支架内部变形测量方法研究
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作者 林祥龙 陈金龙 孙翠茹 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3290-3301,共12页
多孔水凝胶支架作为组织工程中临时的细胞外基质,不仅为种子细胞提供生存的空间支撑,还将外界力学刺激通过自身结构重新分配,构建出可以调控细胞生理活动的力学微环境.然而,如何定量表征和调控组织工程水凝胶支架内的力学微环境是实现... 多孔水凝胶支架作为组织工程中临时的细胞外基质,不仅为种子细胞提供生存的空间支撑,还将外界力学刺激通过自身结构重新分配,构建出可以调控细胞生理活动的力学微环境.然而,如何定量表征和调控组织工程水凝胶支架内的力学微环境是实现组织原位再生的关键.针对多孔水凝胶支架内部变形测量的“半连续”问题,提出了一种半连续光学相干弹性成像(semi-continuous optical coherence elastography,SC-OCE)变形测量方法,该方法包括材料组分识别算法、改进的半连续数字体相关(semi-continuous digital volume correlation,SCDVC)方法和半连续结构应变计算,解决了多孔支架半连续结构测量中的跨界面子块的不连续变形产生的形函数欠匹配误差和应变拟合窗口跨界面不连续问题.基于反向映射法的模拟实验结果表明,SC-OCE方法的位移测量的均值绝对误差均小于0.0025体素,应变测量的均值绝对误差均小于0.0008,证明该方法具有较高的理论精度.在SC-OCE变形测量方法的基础上,定量表征了多孔的丝素蛋白/II型胶原蛋白组织工程支架的变形场,实验发现不连续结构展现出了非线性及非均匀的应变场.多孔水凝胶支架构建的力学微环境对于组织原位再生具有不可替代的作用,SC-OCE方法可以为力学微环境调控提供定量依据,进一步指导组织工程的原位再生. 展开更多
关键词 多孔水凝胶 组织工程支架 光学相干弹性成像 数字体图像相关 应变场测量
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