層成像技術(shù)背景：自 1990 年問世以來，血氧水平依賴(blood-oxygen-level-dependent, BOLD)成像(功能性磁共振成像 (fMRI) 的主要形式)一直是非侵入性腦功能成像的支柱。7T MRI系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)亞毫米/亞秒的時(shí)空分辨率，但重量超過 20噸，成本超過6百萬美元。此外，MRI不適用于具有鐵磁植入物或幽閉恐懼癥的患者，并且由于操作噪音大而難以忍受。核醫(yī)學(xué)神經(jīng)成像方法(PET和SPECT)可以對(duì)神經(jīng)代謝進(jìn)行成像，但它們通常具有較差的時(shí)間分辨率，并且受到使用放射性同位素的限制。腦電圖、腦磁圖和功能性近紅外光譜可以提供較高的時(shí)間分辨率，但空間分辨率較差且缺乏解剖(an ...

率成像技術(shù)背景：鑒于生命系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜特性，幾乎不可能憑借極小的局部區(qū)域的特征來預(yù)測(cè)系統(tǒng)性行為。要研究系統(tǒng)的生物學(xué)特性，例如跨皮質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)、白細(xì)胞運(yùn)輸動(dòng)態(tài)或腫瘤轉(zhuǎn)移，需要一臺(tái)至少具有毫米級(jí)視場(chǎng)和亞細(xì)胞分辨率的顯微鏡以視頻幀率來記錄動(dòng)態(tài)的生物活動(dòng)。這需要具有高空間帶寬積(分辨率X視場(chǎng)）的光學(xué)系統(tǒng)和具有高數(shù)據(jù)吞吐量(像素?cái)?shù)X幀率)的采集系統(tǒng)。最近發(fā)明的Mesolens顯微鏡，已經(jīng)展示出大視場(chǎng)下高分辨率成像能力。在共聚焦掃描模式下，Mesolens 可以從毫米級(jí)樣本中收集大量信息，并已用于對(duì)整個(gè)固定的 12.5 天大的完整小鼠胚胎進(jìn)行成像。光學(xué)系統(tǒng)與尺度相關(guān)(scale-dependen ...

學(xué)成像技術(shù)背景：因?yàn)楦鞣N化學(xué)鍵有其特征頻率，使得基于紅外吸收和拉曼散射的振動(dòng)顯微術(shù)可被用作為無標(biāo)記對(duì)比度機(jī)制。然而使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外顯微鏡的分辨率不夠，使用短激發(fā)波長(zhǎng)的自發(fā)拉曼散射顯微鏡盡管有高分辨率，但是其靈敏度不夠，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)顯微鏡的靈敏度要高于自發(fā)拉曼散射顯微鏡，但是因?yàn)榉枪舱癖?span style="color:red;">景的存在，限制了其探測(cè)靈敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次觀測(cè)到，隨后在許多光譜研究中得到廣泛的應(yīng)用。在自發(fā)拉曼散射中，由于非彈性散射的 ...

頻顯示技術(shù)背景：全息圖自出現(xiàn)后一直被認(rèn)為可以再現(xiàn)最逼真的三維圖像，而不會(huì)產(chǎn)生視覺副作用。自1990年，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了第一個(gè)全息視頻系統(tǒng)以來，全息視頻已被廣泛研究用于商業(yè)化。但是，由于存在窄視角、龐大的光學(xué)器件和大算力要求的限制，尚未推出商用全息視頻顯示器(這里的時(shí)間點(diǎn)指的是2020年)。靜態(tài)全息技術(shù)通過使用氯化銀和光敏聚合物等全息記錄材料得以迅速發(fā)展。納米光子學(xué)和超表面也被用于重建靜態(tài)全息圖。然而，這些全息介質(zhì)是不可更新或具有有限的刷新頻率，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)全息圖的生成受限。通過使用直接調(diào)制光波前的空間光調(diào)制器可以以視頻速率更新全息圖，但是還不適合應(yīng)用于移動(dòng)全息視頻。要構(gòu)建移動(dòng)全息視頻顯 ...

和分類技術(shù)背景：COVID-19(新型冠狀病毒感染的肺炎)是由嚴(yán)重急性呼吸綜合癥冠狀病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2) 引起的傳染病，該疾病在 2020 年達(dá)到大流行的程度。該疾病對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響產(chǎn)生了嚴(yán)重的全球性影響，并且很可能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在。事實(shí)證明，迅速反應(yīng)和公共衛(wèi)生措施在限制病毒傳播、減少活躍病例數(shù)以及最終降低死亡率方面是有效的?？焖佟?zhǔn)確和可擴(kuò)展的測(cè)試已被一致認(rèn)為對(duì)于減輕 COVID-19的影像和未來大流行至關(guān)重要。診斷測(cè)試準(zhǔn)確性由靈敏度和特異性表征。靈敏度定義為患病患者陽性結(jié) ...

IM)技術(shù)背景：相襯顯微鏡可以無需染色觀察相位物體。大多數(shù)的活細(xì)胞是透明的(即相位物體)，光的吸收和散射都很弱，由細(xì)胞厚度或折射率變化來改變?nèi)肷涔獠ǖ奈幌喾植?。而人眼只能感受光?qiáng)的變化，不能辨別位相變化。 解決這一困難需要將位相變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度的變化。生物學(xué)家采用對(duì)透明細(xì)胞的染色技術(shù)達(dá)到這一目的。但是，染色會(huì)對(duì)細(xì)胞的健康、結(jié)構(gòu)等帶來一系列影響，使得我們不能在顯微鏡下如實(shí)的觀察細(xì)胞的生命過程。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過改變直接透射光和相位物體微弱的散射光之間的位相關(guān)系，將空間的位相變化轉(zhuǎn)換成人眼可觀測(cè)的強(qiáng)度變化，使得透明相位物體無需染色即可清晰的觀察其內(nèi)部細(xì)節(jié)。然而，相襯顯微鏡只能定性觀察 ...

位復(fù)原技術(shù)背景：獲取更多的信息一直是成像領(lǐng)域研究人員的追求目標(biāo)。更多的信息意味著更大視場(chǎng)，更高的空間分辨率、時(shí)間分辨率，更多的空間維度，需要相位信息等。如RUSＨ(傳送門1)、傅里葉疊層成像等都是基于此目的而設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的光學(xué)成像是所拍即所需。而計(jì)算成像往往是所拍只是所需的輸入，還需要經(jīng)過復(fù)雜的后端計(jì)算處理才能獲得符合人們需要的圖像。計(jì)算相位成像能夠從強(qiáng)度測(cè)量重建出復(fù)數(shù)值，即包含振幅和相位信息，能揭示包含在介質(zhì)固有的光學(xué)屬性中的信息(傳送門2)。當(dāng)計(jì)算相位成像與獲取更多信息的理念相碰撞，則激發(fā)出各種各樣用于解決大規(guī)模(即大數(shù)據(jù)量)相位重建問題的方法。本文的作者提出的大規(guī)模相位復(fù)原方法得到業(yè)界巨佬 ...

縮成像技術(shù)背景：高分辨率圖像易得，但是高分辨高速的視頻采集難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)器視覺在機(jī)器人、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車和手機(jī)應(yīng)用中的最新進(jìn)展已將高分辨率圖像帶入我們的日常生活。高速高分辨率視頻雖然在物理現(xiàn)象觀察、生物熒光成像、體育直播等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)有相機(jī)工作在高分辨率模式下時(shí)，由于受到幀率有限、內(nèi)存、帶寬和功率的限制，往往通量低。關(guān)于高通量成像，快照壓縮成像（snapshot compressive imaging,SCI)被提出并成為廣泛使用的框架。千萬像素(10-mega pixel )鏡頭和傳感器技術(shù)已經(jīng)成熟，但高速和高分辨率成像的主要挑戰(zhàn)在于當(dāng)前成像系統(tǒng)的處理能力不足。高速高分辨率 ...

積顯示技術(shù)背景：全息和小透鏡顯示(光場(chǎng)顯示)依賴于二維顯示調(diào)制器，將三維內(nèi)容的可見性限制在觀察者眼睛和顯示表面之間的體積(即直接視線)。體積方法基于光散射、發(fā)射或吸收表面。它們?cè)陲@示器周圍的任何地方提供不受限制的可見性，并且可以使用旋轉(zhuǎn)表面(主動(dòng)或被動(dòng))、等離子體、空氣顯示器和光泳阱來創(chuàng)建。然而，這些方法不能重建聲音和觸覺。迄今為止報(bào)道的聲學(xué)懸浮顯示器僅展示了以降低的速度控制減少的點(diǎn)數(shù)，并且不涉及觸感或可聽見的聲音。技術(shù)要點(diǎn)：基于此，英國(guó)薩塞克斯大學(xué)的Ryuji Hirayama等人提出了一種多模聲阱顯示(multimodal acoustic trap display, MATD)，觀察人員 ...

樣品穿透和背景信號(hào)減弱方面具有優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)測(cè)鹽水中葡萄糖、乳酸和肌酐的濃度。方案中使用了一束光纖，以便于在不犧牲光譜分辨率的情況下，將更多的光子從樣本上的大面積傳送到光譜儀的入口狹縫。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置如上圖2所示：本實(shí)驗(yàn)使用的激發(fā)源為200 mW的830氬離子激光泵浦染料激光器。后向散射的光子通過二色分束器被光纖束采集。實(shí)驗(yàn)中記錄光譜的曝光時(shí)間為100秒。圖3根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與結(jié)果，新的方案提出在收集路徑中替換使用拋物面鏡，進(jìn)一步增加可以記錄的拉曼散射光子的數(shù)量，如上圖3所示。這種類型的拉曼系統(tǒng)已經(jīng)被許多不同的研究小組證明可以有效地測(cè)量血液分析物的濃度。圖4另一種強(qiáng)大的拉曼多分量分析方法是使用液芯光 ...