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...
基于深度神经网络的微导航显微手术系统——助力白内障手术精确性迈上新台阶 学术背景与研究问题 白内障是全球范围内导致失明的主要原因之一。如今，采用超声乳化术（phacoemulsification）结合人工晶状体植入（IOL）的手术方法已经成为治疗白内障的主要手段。这一方案不仅能够显著提高患者的视觉质量，还能有效降低手术并发症的发生率。然而，手术的效果高度依赖于其精细操作和眼球的空间定位与定向。手术过程中诸如角膜切口的位置、囊膜撕裂（capsulorhexis）的大小和位置、以及人工晶状体的角度对术后视觉恢复至关重要。 目前的眼科手术显微镜大多依赖于手术医生的经验和人工标记。这种方式面临众多挑战，尤其是在遇到复杂临床场景时，例如眼球旋转、视觉场景不完全、角膜畸变或外部遮挡等。此外，已有的商用显...
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...