机械通气指导下的呼吸压力优化——对肺局部生物力学的改进研究 机械通气在临床操作中常用于治疗急性呼吸窘迫综合症（ARDS）以及全身麻醉后预防肺部并发症。然而，机械通气会导致肺部受到有害的应力和变形，增加临床治疗的复杂性，甚至可能导致死亡。研究表明，呼吸系统的驾驶压力增加（driving pressure）与机械通气相关的死亡率直接相关。因此，本研究旨在探讨这些关联的微观生物力学因素及其在肺内的空间异质性，从而优化机械通气策略。 论文背景 研究机械通气操作下，如何通过调整机械通气的正压呼气末压力（PEEP）以优化局部肺组织的生物力学状态，从而减少因机械通气导致的肺损伤（Ventilator-Induced Lung Injury, VILI），对提高重症监护病房及手术病人的治疗效果具有重大意义。...
背景介绍 中风是全球死亡和致残的主要原因之一，随着人口老龄化和城镇化的发展，中风患者总数正在全球范围内增加。尽管治疗的进步降低了死亡率，但幸存者中需要康复治疗的人数却大幅增加。特别是在低收入和中低收入国家，这种情况尤其显著。这些国家的卫生资源有限，因此亟需一种适应性强、成本效益高的康复干预措施（Feigin et al. 2022）。 中风康复是一个漫长且负担沉重的过程，不仅耗费体力，还带来巨大的经济压力，因此自动化评估系统能够减轻康复费用和减少对物理治疗师访视需求的重要性愈发显著。这些系统通过传感器数据评估中风幸存者的运动功能，提供互动康复练习的低成本方法，尤其适合家庭康复（Chen et al. 2017）。此外，将游戏融入这些系统中可以增加中风幸存者的动机和参与度，通过使他们能够从事有...
科研报告 背景介绍 随着人口老龄化以及中风等神经系统和肌肉系统疾病的增加，步态障碍导致的绊倒和跌倒风险成为一个严重问题。研究表明，踝关节背屈在步态的摆动阶段对确保足部离地高度至关重要。然而，目前对于摆动阶段踝关节动力学和机械能量交换的研究较少。现有的研究主要关注正常行走时的踝关节背屈，而随着多种提供背屈辅助的设备的开发，有必要了解在这些设备中能量需求的最小要求。 近年来，踝关节背屈辅助技术的发展迅速，特别是运用了先进的致动器和能量回收装置以提高步态安全性和防止跌倒。然而，这些设备需要提供足够的机械功率，以确保踝关节在摆动阶段的背屈辅助。了解踝关节背屈的动力学需求，对设计轻便、低功率的助力设备尤为重要。 论文来源 这篇文章由Victoria University的Soheil Bajelan、...
在中风患者双足任务中，运动相关皮层电位和顶枕-中央前区连通性的时间同步性 背景介绍 在中风后康复研究中，功能连通性（FC）、运动相关皮层电位（MRCP）和步态活动是与康复结果相关的常见衡量指标。尽管这些都已被单独研究，但它们之间的相互关系，特别是与双足辨别性的相互关系，尚未得到深入探讨。中风患者的康复效果差异显著，这些指标之间的关系可能揭示新的康复策略和疗法。 论文来源 这篇文章由 Chun-Ren Phang, Kai-Hsiang Su, Yuan-Yang Cheng, Chia-Hsin Chen 和 Li-Wei Ko 等学者撰写，分别来自 National Yang Ming Chiao Tung University, Kaohsiung Medical University ...
超窄线宽混合集成自注锁定780nm激光器研究报告 研究背景 在现代科技中，窄线宽激光器在多种应用中发挥着至关重要的作用，包括经典与量子传感、离子陷阱系统、定位/导航/定时系统、光钟和微波频率合成器等。在可见光及近可见光谱范围内，低噪声激光器尤为重要，特别对于用于量子计算、传感和原子钟的激光束缚与冷却技术。本研究展示了一种在780 nm操作的混合集成窄线宽激光器，实现了105 Hz的自差异线宽。这项研究不仅展示了Hz级窄线宽激光器的技术可行性，还为未来的探索奠定了基础。 论文来源 这篇论文的主要作者是Artem Prokoshin、Michael Gehl、Scott Madaras、Weng W. Chow和Yating Wan，分别来自沙特阿拉伯的King Abdullah Univers...
背景介绍 光子集成电路（PICs）对于实现高速数据传输具有重要意义。然而，由于传统光子集成电路只采用单平面或少数堆叠平面，光学信号路由受限。此外，在实际应用中，耦合损耗需要尽可能低。当前的光子集成电路主要通过平面制备技术构建，包括硅基绝缘体（SOI）、硅氮化物（SiN）和铌酸锂绝缘体（LNOI）等材料。然而，这些方法常常面临光路耦合损耗较高和光路复杂难以实现3D自由路径等问题。 为了克服上述限制，科研团队提出了一种新的制备方法——通过光束曝光调控的折射率（SCRIBE）技术，能够在介孔二氧化硅结构内写入准确的3D梯度折射率（GRIN）分布。本文作者旨在应用SCRIBE技术制备低损耗、宽带、偏振不敏感的光纤耦合单模3D光体互连器件，并实现任意3D路径中的波导。 论文来源 2014年7月，作者A...
高速大功率自由空间光通信：瓦特级光子晶体表面发射激光器的直接调制 背景介绍 半导体激光器作为光通信的重要光源，因其体积小、成本低、寿命长、效率高等特点而被广泛应用。例如，垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于其低功耗和宽带直接调制能力，适用于数据中心的短距离光互连；而分布反馈（DFB）激光器则因其单模操作特性，在长距离光纤通信中得到了广泛应用。近年来，利用半导体激光器的自由空间光通信（FSO）因其能够在长距离内实现高速传输，且无需光纤，因此备受关注。FSO 技术在超越5G和未来6G 通信中的回程和前传网络，卫星之间的通信以及深空通信中都具有潜在应用。在这些应用中，高功率和窄束宽的激光特性尤为重要。然而，传统的半导体激光器如VCSELs和DFB 激光器无法在单晶片上同时满足高功率和高速操作的要...
超光谱存储内计算与光频梳和可编程光存储器的应用 导言 近年来，机器学习的突破促进了包括医疗、金融、零售、汽车和制造业在内的多个行业的革命性发展。这些转变导致对广泛的矩阵-向量乘法运算(mvm)需求激增，这对于大规模优化和深度学习算法是至关重要的。然而，这种日益增长的计算需求挑战了传统的冯·诺依曼数字电子计算机架构，该架构将存储器和处理单元分开，从而导致“冯·诺依曼瓶颈”，即数据在存储器和处理器之间的传输速度限制了整体系统性能。为了解决这一性能瓶颈，存储内计算作为一种变革性的解决方案浮现出来，它通过将非易失性存储元素直接集成到处理器中，推动更高效的数据移动、降低能耗和实现高度并行计算。 与此同时，光学计算系统因其天生适合并行数学运算而重新引起了关注。这些系统自几十年前首次出现以来，已经取得了显...
数字激光器的轨道角动量梳状模式需求 研究背景与意义 随着信息技术的日新月异，对高容量数据传输提出了愈加严苛的要求。光的轨道角动量(OAM)因其内在的无限维度，被认为是具备巨大潜力的信息载体，至关重要的是要实现可按需生成任意OAM光谱，尤其是像频率梳那样的OAM梳状模式。然而，当前技术下，实现在源头即能够自由切换的数字式OAM梳状激光器还面临挑战，尤其是实现在实时调控的可切换多OAM模式至关重要，且需求逐步升温。本研究正致力于开发能够在源头便捷而动态切换的数字式OAM梳状激光器，同时期望进一步推动高维技术的发展，特别是在高维OAM模式的基础研究与应用中寻找更多机会。 论文来源 本次研究由南京大学的国家固态微结构实验室和物理学院的任志成、樊丽、郑子默、刘志峰、楼艳超、黄双银、陈超、李永男、涂诚厚...
《IEEE生物医学工程汇刊》2022年8月，第69卷，第8期，首次临床研究：近红外窗口IIA/IIB荧光成像在胶质瘤精准手术切除中的应用 曹彩光、金泽萍、史晓菁、张哲、肖安琪、杨君英、计楠、田捷（IEEE会员）、胡振华（IEEE高级会员） 导言 在生物医学研究领域，荧光成像的高敏感性、高空间分辨率、实时成像能力和操作方便性使其受到广泛关注。本研究针对近红外窗口II（NIR-II，1000-1700纳米）成像技术在临床应用中的价值进行探索，以指导胶质瘤手术中切除瘤体的作用。作者结合了新开发的成像设备和术中图像融合方法，致力于提高手术的准确性，减少术中出血量，并最大限度地切除肿瘤。 文章来源 本研究由曹彩光、金泽萍、史晓菁、张哲、肖安琪、杨君英、计楠、田捷、胡振华进行。他们分别隶属于中科院自动化...