丝蛋白水凝胶中飞秒激光诱导折射率变化研究

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)...

机器视觉方向的光学相干断层扫描与机器人技术结合的最新进展及未来展望

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...

触觉反馈在中风后手功能康复中的作用:功能连接性和皮层激活研究

触觉反馈在中风后手功能康复中的作用:功能连接性和皮层激活研究

基于fNIRS的触觉反馈在脑卒中患者手部康复中的神经功能研究 学术背景 脑卒中是一种常见的神经系统疾病,其导致的功能性损害对患者的日常生活和生活质量产生深远影响。在众多受损功能中,手部功能障碍尤其显著,其表现为肌肉力量的下降以及手指动作的控制受到严重限制。这些问题不仅限制了患者执行基本生活技能的能力,还显著减少了社会参与并降低了整体生活质量。传统的运动功能康复训练虽然在一定程度上有助于改善运动功能,但仍有超过一半的脑卒中患者在康复后仍存在残余的手部运动障碍。 近年来,有研究表明结合触觉反馈(Tactile Feedback, TF)的运动康复方法有望成为一种有效的康复干预手段。触觉反馈通过提供实时的触觉或视觉信息,帮助患者感知和调整动作,从而提高运动训练的参与度和效果。然而,触觉反馈在脑卒中...

一种结合光学相干断层扫描和拉曼光谱的新型无标记功能分子和结构成像系统,用于大鼠视网膜的体内测量

一种结合光学相干断层扫描和拉曼光谱的新型无标记功能分子和结构成像系统,用于大鼠视网膜的体内测量

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...

通过前背景时空建模的视频心率与呼吸率估算方法

基于视频的心率与呼吸率估算的新方法 背景与研究动机 心率(Heart Rate,HR)和呼吸率(Respiratory Rate,RR)是反映心肺功能的重要生理指标,被广泛应用于医学、健康监测以及心理与行为研究中。传统上,这些参数常通过接触式传感器测量,例如使用心电图(Electrocardiography,ECG)或光电容积描记法(Photoplethysmography,PPG)测量HR,通过呼吸带或气流测量仪测量RR。然而,接触式方法在日常生活中使用受到诸多局限,包括设备佩戴的舒适性、可能的皮肤刺激以及不适合某些场景的应用需求(如远程监测)。 近年来,基于视频的非接触式生理信号估算逐渐吸引了研究者的关注,这种方法通过视频捕捉皮肤颜色细微变化或身体运动变化,无需接触即能估算HR和RR。但...

光学相干断层扫描引导的自动化机器人开颅手术平台

光学相干断层扫描引导的自动化机器人开颅手术平台

自动化机器人颅骨钻孔手术系统研究报告 背景介绍 大脑作为复杂生命活动的核心器官,掌控了所有心理和意识过程的核心,承担着生命活动的方方面面。进入21世纪以来,神经科学成为了增长最快、研究进展最显著的领域之一。动物模型在研究大脑和神经功能中扮演了至关重要的角色。然而,目前广泛应用的医学成像技术诸如计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)及功能近红外光谱成像(fNIRS),虽然在观察脑组织结构和功能方面很有潜力,但其分辨率尚不足以清晰地捕捉单个神经细胞活动。因此,分辨率达到微米级别的光学显微技术,例如双光子显微镜(two-photon microscopy)、共聚焦显微镜(confocal microscopy)以及光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography, ...

下一代低成本光学相干断层扫描技术的发展及其在视网膜成像中的应用

低成本光学相干断层扫描(OCT)系统的下一代发展:提升视网膜成像的临床应用 学术背景 光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography, OCT)是一种非侵入性、高分辨率的成像技术,广泛应用于眼科领域,尤其是视网膜疾病的诊断。然而,现有的商用OCT系统价格昂贵(4万至15万美元),限制了其在资源匮乏地区的应用。为了扩大OCT技术的可及性,研究人员致力于开发低成本OCT系统,以在临床护理点(point-of-care)提供高质量的视网膜成像。本文介绍了一种下一代低成本OCT系统,通过改进硬件设计和图像处理算法,显著提升了成像性能,使其在临床应用中更具竞争力。 论文来源 本文由Duke大学生物医学工程系的Hillel B. Price、Ge Song、Wan Wang等...

EvoAI实现蛋白质序列空间的极端压缩与重建

蛋白序列空间的极端压缩与重建:EvoAI的突破性研究 背景介绍 蛋白质的设计和优化已经成为生物技术、医学和合成生物学领域中的核心挑战之一。蛋白质的功能由其序列和结构决定,但这一功能性的序列空间(sequence space)非常复杂且高维,包含极大量的可能性。探索这一领域的关键性问题在于如何有效地解析和压缩这片几乎无穷大的序列空间,进而识别与功能密切相关的特征。以往的方法包括直接进化(directed evolution)、深度突变扫描(deep mutational scanning, DMS)、位点饱和突变(site-saturation mutagenesis)等实验策略,虽为揭示基因型与表型的关系提供了重要的见解,但在序列空间覆盖范围、准确性和高维分析能力方面受到显著限制。而计算方法...

ONIX:用于自然行为期间多模态神经记录和扰动的统一开源平台

用于自然行为的多模态神经记录与干扰的开放式平台ONIX 研究背景与意义 近年来,神经科学领域在大规模神经群体记录技术和动物行为研究方面取得了显著进展。然而,这两个需求之间始终存在冲突。为了获得高质量的神经数据,许多研究采用固定头部的实验方法,这限制了动物的自然行为表现。然而,越来越多的研究表明,自然行为中的神经活动与固定实验中的表现显著不同。比如,运动行为会影响某些被认为主要用于感官处理的脑区活动,而学习策略在固定和自由活动状态下也存在明显差异。这些发现表明,要研究复杂的神经功能如社会互动、学习和认知,必须在动物自然行为背景下进行神经记录。 传统记录方法多采用笨重的设备及电缆,不仅对动物的运动造成限制,也难以实现长时间记录或大空间实验。这尤其对小型实验动物(如小鼠)是一个巨大挑战。因此,设计...

全自动微流控芯片在卵内性别鉴定中的应用

基于微流控芯片的自动化胚胎性别鉴定技术 学术背景 在蛋鸡养殖业中,孵化后立即处死雄性雏鸡是一种普遍做法,因为雄性雏鸡既不能产蛋,也无法提供优质的肉类。每年,欧盟约有3.72亿只雄性雏鸡在孵化后被处死。这种做法引发了动物福利和伦理问题,促使多个欧洲国家(如德国、法国和意大利)立法禁止这一行为。为了解决这一问题,胚胎性别鉴定(in ovo sexing)成为了最具前景的替代方案。然而,现有的胚胎性别鉴定技术无法同时满足高精度(>98%)、低成本、对胚胎干扰小、适用于所有蛋壳颜色以及每小时处理超过2万枚蛋的要求。 为了解决这些挑战,研究人员开发了一种基于重组酶聚合酶扩增(Recombinase Polymerase Amplification, RPA)的微流控芯片技术,旨在实现自动化、高灵敏度的...