IOP出版社北京办公室

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JPhys Photonics编辑优选:光声显微成像中有限视角伪影校正的机制与进展

本篇研究来自哈尔滨工业大学(深圳)刘伟课题组。本文综述了光声显微成像(PAM)中有限视角伪影校正的最新策略。长期以来,PAM被认为凭借其空间共焦设计能够天然抵抗有限视角伪影,但最近的活体实验研究证实了此类伪影具有显著影响。本综述综合了当前最先进的校正策略,将其主要分为工程驱动方案和基于计算的算法两大类。通过全面剖析各策略的机制、实施方法及其优缺点,本文为释放PAM作为高保真精准生物医学诊断工具的全部潜力提供了重要参考。 文章介绍 Breaking the view barrier: mechanisms and advances in correcting limited-view artifacts for photoacoustic microscopy Lifu Jiang(江礼福), Yiming Huang(黄易铭), Xiangru Liu(刘香茹), Anna Orlova, Pavel Subochev and Wei Liu(刘伟)通讯作者: 刘伟,哈尔滨工业大学(深圳)   研究背景: 随着光声成像向临床应用转化,有限视角问题成为严重影响诊断准确性的关键挑战之一。该问题最初在光声计算断层扫描中被发现,主要源于有限的接收角,而光声波的相干特性更是加剧了这一问题。过去普遍认为PAM由于采用逐点探测机制而对该伪影免疫,然而当生成的声学波长与光学焦深相近甚至更小时,这种假设便不再成立。特别是在对呈均匀分布且间距极小的微血管等结构进行成像时,微小吸收体发射的双极声波会发生相干叠加。在传播过程中出现的相消干涉会导致这些均匀结构的信号被严重抑制甚至完全丢失,这是PAM产生有限视角伪影的最主要原因。鉴于目前仍缺乏对PAM有限视角校正策略的系统性理论分析,本研究旨在填补这一空白,建立统一的物理机制解释,并系统评估现有校正方法的原理与临床适用性。   研究内容: 本文通过模型仿真确立了PAM中有限视角伪影形成的统一物理学解释,明确指出相干波的相消干涉是导致均匀或周期性微观结构信号丢失的核心原因。此外,本文系统分析了通过重塑初始声压分布或扩大检测孔径的四类工程范式,包括: 1)光学照明工程:利用动态散斑、高数值孔径(NA)聚焦或结构光照明来打破空间或吸收的均匀性。 2)声热工程:通过超声聚焦加热引入局部温度梯度,扰乱光声源的相干性。 3)探测器孔径工程:采用鱼眼形超声探测器或透明换能器来扩大有效接收角度。 4)生物标志物工程:利用特定分子的光谱吸收特征引入空间或功能的先验约束。 5)算法解决方案:总结了在不大幅改变硬件的情况下规避物理限制的算法,涵盖结合离轴激发的重建算法、利用生物组织固有时间变化的统计光声涨落成像,以及从纯数据驱动向融合物理原理演进的深度学习模型。 本文对PAM领域的有限视角校正方法进行了系统梳理与理论连接。研究指出,虽然工程方法丰富了物理信号的多样性,但面临系统复杂性、深度限制和组织损伤等折中问题;而算法方案依赖于物理模型且多帧采集限制了成像速度。因此,将工程硬件提供的数据多样性与算法模型相结合,是克服当前技术妥协、推动PAM走向临床高保真诊断的最具前景的路径。 作者介绍 刘伟  副教授 哈尔滨工业大学(深圳) 刘伟,哈尔滨工业大学(深圳)副教授、博士生导师、光学成像实验室PI。长期致力于免标记多模态光-声信息感知技术的前沿交叉研究,迄今在国际权威期刊累计发表SCIE检索论文82篇,Google学术总引用逾2600次,H指数30。先后主持国家自然科学基金项目、广东省/深圳市自然科学面上与人才项目及央企技术委托开发项目等,累计获批经费逾1150万元。入选广东省普通高校青年创新人才、深圳市海外高层次人才,曾获杜克大学2017-2018年度“最杰出博士后演讲者”奖励。 期刊介绍 JPhys Photonics 2025年影响因子:4.7  Citescore: 7.3 JPhys Photonics(JPPHOTON)是一本新出版的开放获取期刊,面向物理学中应用于光子学各个领域的高质量研究。期刊包含光子学研究中最重要和最激动人心的进展,着重关注跨学科和多学科的研究。涵盖领域包括:生物光子学和生物医学光学;能源和绿色技术应用,包括光伏;成像、检测和传感;光物质相互作用;光源,包括激光器和LED;纳米光子学;非线性和超快光学;光通信和光纤;光数据存储;光电子学、集成光学和半导体光子学;光子材料、超材料和工程结构;等离子体技术;传播,相互作用和行为;量子光子学和光学等。

ROPP研究亮点:考虑行星密度变化有助于模拟引力场

地球的分层结构。(来源:Shutterstock/iStock/AlexLMX) 对引力场进行超高精度模拟,为建立新的引力建模数学基础提供了方向。 地球并不是一个完美的球体,因此,要对地球的引力场进行非常精确的建模并非易事。为了简化数学计算,科学家可以引入所谓的布里渊球(Brillouin sphere):一个以行星中心为球心、能够完全包围构成行星的全部质量的最小球体。对于地球而言,布里渊球仅在一个点与地球表面接触,即厄瓜多尔钦博拉索山(Mount Chimborazo)的山顶。在球体外部,可以通过结合一系列称为球谐展开(spherical harmonic expansion)的简单方程,对引力场进行精确模拟。 但对于布里渊球内部的引力场——按照定义,该区域包含行星表面——这一方法是否依然成立?来自俄亥俄州立大学和康涅狄格大学的科学家给出的答案是“否”。研究团队开展了分析和数值研究,清楚地展示了球谐展开为何以及如何导致预测误差。 不过,这并不意味着研究陷入了困境。他们对引力场进行的超高精度模拟,为建立新的引力建模数学基础提供了方向。通过升级模拟器,将行星内部的密度变化纳入考虑,研究人员将能够严格检验各种拟议中的替代方法,以表示布里渊球内部的引力场。 >>点击查看文章原文。 文章介绍 Divergence beneath the Brillouin sphere and the phenomenology of prediction error in spherical harmonic series approximations of the gravitational field M Bevis, C Ogle, O Costin, C Jekeli, R D Costin, J Guo, J Fowler, G V Dunne, C K Shum and K Snow…

美国天文学会发布AI使用指南

近日,美国天文学会(AAS)出版委员会向大家分享一项来自科研社群的意见反馈成果:关于在AAS旗下期刊投稿和审稿时,如何使用人工智能(AI)工具(包括大语言模型)的相关指南。 天文学家和行星科学家已经在以多种方式使用AI,从润色文字、加速代码开发,到辅助数据分析。通过我们此前面向会员开展的AI使用情况调查,以及与编辑的直接交流,许多同事都表示,希望进一步明确如何以符合科研伦理规范且透明的方式在科研工作中使用这些工具。AAS出版委员会在编委会的意见基础上制定了相关指南,旨在回应大家的这些关切。>>您可以在AAS官网查看相关政策指南。 AAS出版委员会由天文学家和行星科学家组成,他们都是来自全球科研社群的志愿者。大家愿意参与制定这份指南,是因为我们都非常重视共同学术文献的完整性。我们参考了当前学术出版行业的相关标准,并结合作者以及天文学和行星科学领域科研人员所关注的问题,对这些指导原则进行了调整;同时,这些指南也直接参考了大家在AI使用情况调查中的反馈,以及我们与各位同事交流时了解到的意见。 这份指南由两份相互配套的文件组成,分别面向作者和审稿人,因为两者面临的相关问题有所不同。例如,审稿人指南特别涉及同行评审过程中未发表研究成果的保密问题,这是一个需要单独认真对待的重要问题;对于作者而言,指南涵盖在准备稿件并投稿过程中任何环节使用AI的情况,包括文本、代码以及生成的图表或图像,但不涉及更广义的科研活动中对AI的使用。指南明确说明了哪些使用情况需要进行披露,并提供了示例表述,您可以根据具体情况直接进行调整和使用。 这些AI指南将于今年秋季晚些时候对新的投稿文章正式生效,其中包括所有投稿均须提供AI使用情况披露声明。我们希望这份指南能够成为一份持续更新的文件:随着相关工具和应用环境不断变化,我们也会持续审视并更新相关指导内容。 如果您有任何问题或反馈,欢迎通过此表单提交。正是因为会员们第一次提出了这些问题,我们才制定了这份文件;未来,我们也希望继续听到大家的意见和建议。 感谢大家对期刊的信任,也感谢许多同事一直以来为维护期刊的价值与科研诚信所付出的努力。 Angela M. Stickle 约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室 AAS出版委员会主席 期刊介绍 The Astrophysical Journal 2025年影响因子:5.7  Citescore:9.0 The Astrophysical Journal(APJ)是享有盛誉的天文和天体物理学研究期刊,由美国天文学学会(AAS)和IOP合作出版,发表天文学和天体物理学领域的原创性研究、最新进展、新发现和理论等。APJ是20世纪许多经典发现的首发者,同时也是近年来关于类星体、脉冲星、中子星、黑洞、太阳和恒星磁场、X射线和星际物质等重大发现的发表平台。