实时检测痕量分析物的分子天线增强光热光谱技术 学术背景 在环境和安全监测中，实时、高选择性、高灵敏度检测痕量气态化合物是一个重要的挑战。尤其是新兴的环境污染物，如全氟和多氟烷基物质（PFAS），其在大气中的选择性检测需求日益增长。传统的微纳传感器平台虽然在灵敏度上具有潜力，但由于其表面积小、化学选择性差、响应时间长等问题，难以满足实时检测的需求。光热光谱技术结合了中红外光谱的高选择性和微机电系统（MEMS）传感器的高热灵敏度，提供了一种高选择性的检测方法。然而，由于微纳传感器的表面积有限，当环境中的分析物浓度较低时，吸附的分子密度可能低于检测限，导致检测灵敏度不足。 为了解决这些问题，研究者提出了一种新型的实时预浓缩器，结合光热分子天线（Molecular Antenna, MA）技术，能够...
研究助力皮肤癌诊断的新方法：基于光声成像与水平集分割算法的研究 近年来，随着全球人口老龄化和环境变化，皮肤癌的发病率逐年攀升。皮肤癌已成为重要的公共卫生问题，其中主要的非黑色素瘤类型包括鳞状细胞癌（Squamous Cell Carcinoma, SCC）和基底细胞癌（Basal Cell Carcinoma, BCC）。其中，基底细胞癌是最常见的一种。据统计，美国每年约有430万例新的基底细胞癌病例。尽管这种癌症死亡率较低，但对患者的生活质量和医疗资源造成了巨大挑战。 基底细胞癌的临床诊断和治疗仍存在诸多问题。传统的肿瘤边界评估方法主要依赖组织病理学（histopathology），这种方法虽然精准，但需通过活检等侵入性手术获取样本，并且需要耗费大量时间。此外，诸如光学相干断层成像（Opt...
背景介绍 随着白内障手术和晶状体置换手术的广泛开展，人工晶状体（intraocular lens, IOL）的光学性能在术后患者视觉质量中的重要性愈显突出。临床视觉表现(如视力、焦距范围等)的预测正成为眼科领域的重要研究方向，特别是在讨论不同设计的人工晶状体时，其光学性能可能随瞳孔大小的变化而有所不同。然而，目前已有的预测模型通常假设固定的瞳孔大小，而忽略了这一关键变量在实际临床应用中的影响。 近年来，标准化流程（如ANSI Z80.35-2018和ISO 11979-7:2024）已引入单眼离焦曲线（monocular defocus curve），以更准确地分类IOL（如延展深度焦距的IOL，EDOF IOL）。尽管这些标准推荐将瞳孔大小的影响纳入考量，但目前针对瞳孔大小变化如何影响离焦...
一种新型紧凑型双通道眼内散射测量系统的研究进展 学术背景 根据世界卫生组织（World Health Organization, WHO）的报告，白内障是全球范围内导致失明的主要原因，约占失明病例的50%。全球超过2000万人因为白内障而丧失视力或者严重受损。现有的治疗方法主要依赖于手术，通过移除浑浊的眼晶状体并植入人工晶状体来恢复视力。然而，随着对白内障发生机制的深入研究，人们对药物预防和治疗白内障寄予了更大的希望。这种希望的实现极大地依赖于对白内障早期征兆的精准监测。 白内障的早期症状往往不明显或者难以察觉，但随着病情进展，眼内的屈光介质逐渐浑浊，导致眼内散射（intraocular scatter）增加，这是白内障发展的重要病理变化。因此，眼内散射的变化监测被认为在白内障的早期诊断中具...
挑战皮肤色素沉着偏差：时域近红外光谱技术在组织血氧测量中的应用 背景与研究动机 近年来，光学技术在医学诊断和治疗中的应用日益广泛。然而，不同的皮肤色素水平（皮肤中的黑色素含量）可能会显著干扰光学设备的准确性。例如，COVID-19疫情期间，许多临床医生发现，脉搏血氧仪在低血氧状态下对深色皮肤患者的氧饱和度（SpO2）测量结果不够准确。这种问题促使研究界开始重新审视光学设备在多样化人群中的性能表现。然而，目前对皮肤色素沉着对不同光学设备的影响的研究仍然非常有限，尤其是在新兴的时域近红外光谱技术（Time-Domain Near-Infrared Spectroscopy, 简称 TD-NIRS）领域。 TD-NIRS 是一种基于短脉冲激光、快速光电探测器和计时电子技术的光学技术，其显著特点是可...
丝素蛋白水凝胶中的飞秒激光诱导折射率变化研究：未来眼科生物植入物开发的新希望 在高度智能化和生物医学迅速发展的今天，屈光矫正技术已成为全球眼科领域的一个研究热点。然而，目前的矫正技术，如角膜机械成形和商用眼内镜片材料的使用，仍面临精确度不足、应用材料生物相容性较差等问题。因此，科学界越来越关注一种新型的非损伤性矫正技术——飞秒激光诱导折射率变化（Laser Induced Refractive Index Change，简称LIRIC）。基于这一背景，来自University of Rochester的研究团队与Instituto de Óptica “Daza de Valdés”合作，开展了一项具有革命潜力的研究，探索如何在丝素蛋白（水凝胶，Silk-Fibroin Hydrogels）...
数值分析助力多焦晶状体植入物术后视觉评估与优化 引言与研究背景 白内障手术的主要目标之一是实现患者无需眼镜即可获得清晰视觉。然而，这一目标受到两个主要挑战的限制：晶状体调节功能的丧失和术后角膜散光（corneal astigmatism）。为了应对这些问题，临床上引入了屈光性散光矫正晶状体（toric intraocular lenses, toric IOLs）来校正角膜散光，同时通过多焦晶状体（multifocal intraocular lenses, multifocal IOLs）的研发，试图改善多焦视觉需求。然而，根据临床观察，与单焦点晶状体（monofocal IOLs）相比，植入多焦晶状体的眼睛在相同程度散光下常表现出更明显的视觉性能下降，尤其是在三焦晶状体（trifocal...
光学相干断层扫描与机器人学相结合：当前研究与未来展望 学术背景 光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种非侵入性、高分辨率的光学成像技术，自其诞生以来就广泛应用于生物医学成像领域。它在微米级别对组织的结构进行可视化，尤其在眼科领域取得了巨大成功，例如用于角膜、视网膜等组织的成像和疾病诊断。然而，传统的OCT设备通常用于静态环境中的成像，受到体积、视场（Field of View, FOV）和操作灵活性的限制。当应用于动态、复杂的医疗场景或外科手术中时，传统OCT设备的局限性变得更加明显，例如无法适应手术目标物的移动，或难以提供实时的高分辨率成像以指导手术操作。 与此同时，医学机器人的快速发展为OCT的进一步集成提供了可能性。医学机器人以其高精...
高分辨率动态面部微表情捕捉：多聚焦相机阵列的革新 背景与研究问题 在生物医学、情感识别、疾病诊断、外科手术评估、面部修复，以及基因特征研究等多个领域，高质量的动态面部影像捕捉具有至关重要的意义。人类面部表情，尤其是微表情，可以提供丰富的生物医学信息。例如，研究表明捕捉高分辨率动态面部表情有助于提升情感计算精度、诊断某些疾病、评估手术效果以及生成高精度面部假体。在这些应用背景下，面部曲面细节的高清捕捉成为科学界亟需解决的核心问题。 传统的单摄像机成像系统由于景深（Depth of Field, DOF）、视野（Field of View, FOV）和分辨率之间的固有限制，难以同时实现高分辨率和大景深全面覆盖。例如，目前流行的数据集中，诸如2014年发布的BP4D-SPONTANEOUS和SAM...
跨光学革命：融合光学相干断层成像与拉曼光谱技术的多模态视网膜成像系统开发 研究背景与意义 视网膜组织中分子信息的获取是实现眼科及神经退行性疾病早期诊断的关键之一。然而，目前视网膜成像的金标准——光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography, OCT)及其功能扩展技术光学相干断层血管成像(OCTA)，仅能提供视网膜的结构和血流灌注信息。尽管这些技术在诊断糖尿病性视网膜病变和与中枢神经系统疾病（如阿尔茨海默病和多发性硬化症）相关的视网膜和血管变化方面有显著价值，但它们对疾病来源的特异性不足。这是因为这些结构和血管生物标志物之间存在显著重叠，很难区分不同疾病。 为了弥补这一不足，拉曼光谱(Raman Spectroscopy, RS)作为一种基于光的分子传感技术被提出...