神秘的透明生物（共4篇）
神秘的透明生物 篇1
1引言
近年来, 随着激光生命科学技术的发展, 光学方法在医学诊断及应用上也越来越广泛, 测定光在生物组织传播的光学特性也变得越来越重要, 研究光子与生物组织相互作用后的光学特性能够极大推动激光在生物医学上的应用和发展, 对探索生物组织的新陈代谢、肿瘤病变状态等也具有重要的研究意义[1]。然而, 由于生物组织在生物医学上被看作为是浑浊介质, 其对可见光和近红外波长具有很强的散射效应, 这种强的散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度, 这样使得光子技术只能用于活体浅表组织, 从而降低了光在医学领域中的检测、成像的运用以及治疗效果。
为了解决这一问题, Tuchin等[2]在1997年首次提出了用光透明技术来减少生物组织中光的散射。即采用高渗透试剂——具有高渗透压的溶液, 例如葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等对组织进行光学渗透, 提高组织内部的折射率匹配, 从而有效地减少组织的光散射, 增加光穿透深度, 提高成像质量。这种技术即为组织透明 (tissue clearing) [3], 在组织透明过程中所使用的高折射率的生物相容性的化学试剂被称为光透明剂 (optical clearing agent) 。组织光透明适用于很多不同的生物样品, 如人的脑膜、角膜、皮肤、血液、大脑皮层和胃等[3]。本文综述了当今光透明剂控制生物组织光学特性的最新研究概况及其应用前景。
2生物组织光透明的应用研究
2.1光谱法
通过对离体组织的漫反射光谱检测结果发现位于波长为500和630 nm附近的吸收峰在组织癌变前后存在着明显的差别, 这是由于癌变组织中含有比正常组织更多的血液量, 且癌变组织一般都要消耗更多的氧, 所以去氧血红蛋白的含量大大增多, 这为我们利用可见光的漫反射光谱分析组织的特性提供了依据, 可见, 通过漫反射光谱可简便、快速地鉴别组织的癌变。朱等用光谱法研究了不同浓度甘油作用于小鼠皮肤后其光谱的变化。
目前国内外也已有相当多的研究小组用光谱法来研究光透明剂对组织透明性的改变。Alexey等用光谱法研究了葡萄糖溶液对在体皮肤光透明性的影响, 其实验装置如图1, 其实验结果如图2。
其研究采用反射光谱法探测, 用40%的葡萄糖溶液采用皮内注射的方法注射入皮肤, 结果表明, 皮肤更加透明, 从而增加了光渗透入组织的能力。
2.2 OCT法
由于光谱法不能测量不同深度处的光学参数, 光学相干层析成像 (OCT) 技术却可以实现不同深度的实时测量, 能够获得组织微观结构的高分辨横截面成像, 但是成像深度仅为10-20微米, 所以, 近年来越来越多的采用OCT研究光透明剂控制组织光学特性的报道。徐等采用超声诱导的方式使光透明剂更有效的进入组织, 同时采用OCT法来检测光透明剂作用于组织前后组织的光学特性的改变, 研究表明, 离体的皮肤组织和在体的皮肤组织分别用60%的甘油和60%甘油与超声共同作用后用OCT对组织进行成像, 实验的结果如图3, 图4所示。
研究表明, 在没有甘油作用时, OCT的成像深度大约为1.3mm, 在甘油和超声共同作用后, 采用OCT法不仅能测出渗透率和光透明度, 而且可以区分上皮组织的不同层结构。结果表明, 光透明剂和光学相干层析成像技术结合可以很好地应用于眼科的诊断和治疗。
2.3二次谐波成像法
光透明剂对生物组织背向二次谐波成像影响的研究现正在起步当中, SHG成像法能够降低OCT成像中的一些限制因素, 所以SHG不管是在研究还是临床应用方面都有很大优势。
所以, 相对于在磷酸缓冲液 (PBS) 中, 浸泡在甘油中的动脉血管组织的全衰减系数大约减少了51%。
2.4共焦显微镜法
从上世纪80年代起, 激光显微光谱分析技术逐步应用于生物医学中, 来对生物组织进行成像, 其是在荧光成像的基础上加装了激光扫描装置, 用光源出射的光准确地入射到位于共轭点处的被测物, 可以获得更高的对比度和不同组织深度的信息, 共聚焦显微成像技术把光学成像的分辨率提高了百分之三十到百分之四十。将光谱分析技术结合在共聚焦扫描显微成像技术和光谱技术的显微光谱分析法中可以更加准确地检测早期癌变。这种成像技术也面临扫描深度的问题, 所以也常将其和光透明技术相结合来进行癌症检测研究。Meglinski等在2003年提出一个理论模型来模拟皮肤被光透明剂作用时, 其共聚焦显微成像能达到的最大深度, 此理论模型是基于Monte Carlo模型的, 检测了在使用甘油0min、10min和20min时共聚焦探测器在300, 600和900μm处测得的信号分布图, 经分析比较可以看出甘油作用于组织后, 其共聚焦的成像深度几乎增加了3倍, 可见, 共聚焦成像技术能够很好地应用于生物医学诊断和激光治疗。
2.5双光子显微成像
双光子显微成像技术是结合共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术, 其克服了传统激光扫描共聚焦显微镜依赖小孔光阑成像对荧光收集效率的强烈损失、焦平面外的激发区域背景荧光干扰和光生物损伤区域大的确定, 采用在辐照光路中标记多个荧光标记物, 但只有处在聚焦光焦点处的标记物才能发出荧光, 而且其分辨率可以达到亚微米尺度, 而且, 双光子过程的激发光的波长可设计在生物光学窗口的范围内, 避开了生命体系所不能承受的紫外一可见光损伤。所以目前也有相关研究采用双光子显微成像来对光透明剂作用后的组织进行成像。Cicchi等在2005年的研究表明, 在人的离体真皮组织中施加甘油, 丙二醇和葡萄糖这些光透明剂前后图像总的强度和对比度在增加, 双光子显微成像的成像深度和对比度得到明显的改善, 并且在成像完成后将各个样品放入磷酸缓冲液后检测发现葡萄糖作用过的组织样品是可逆的。
3生物组织光透明研究的展望
激光应用于医学临床上的治疗和诊断以及光学成像技术的是当前快速发展的国际前沿领域, 然而, 由于光在入射到生物组织上时同时存在反射、折射、吸收和散射的效应, 来对光束在生物组织中的传播产生干扰, 从而限制了光在生物组织中的穿透深度, 使得光子技术只能应用于活体组织的浅表部位, 因此, 深入研究不同光学透明剂在不同生物组织的中的渗透速率是十分必要的。生物组织的光透明机理的研究有助于其在医学诊断实用中针对目标组织选取合适的有效光透明剂, 从而达到更好的、更准确的医学诊断结果。可见, 生物组织光透明性的研究不仅有助于了解光透明的作用机制, 也有利于光子仪器在生物和医学中的应用, 可为临床医学诊断提供针对目标组织实现光透明的有效途径, 其研究成果有望在不远的将来被广泛应用于临床医学诊断和治疗。
摘要：光透明剂是一种高折射率的生物相容性的化学试剂, 光透明剂控制生物组织光学特性是最近发展起来的技术, 通过施加甘油、葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等光透明剂来改善生物组织对光的散射, 可以有效地提高光在组织中的穿透深度, 增加组织的成像深度和对比度。本论文综述了目前光透明剂的种类和光透明特性以及光透明剂控制生物组织光学特性的原理和测量方法, 并简述了光透明技术的应用前景。
关键词：光透明技术,组织光学特性控制,光透明剂,生物组织
参考文献
[1]WEI Huajiang, XING Da, LU Jianjun el at.Total attenuation coefficients of human bladder at different lasers measured by using the direct and indirect methods in vitro[J].LASER TECHNOLOGY, 2005, 29 (4) :420-422 (in chinese) .
[2]Valery V.Tuchin, Irina L.Maksimova, Dmitry A.Zimnyakov et al.Light Propagation In Tissues With Controlled Optical Properties[J].JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS, 1997, 2 (4) :401-407.
[3]SUN Hui-xia, LI Peng, HE Yong-hong el at.A Study of the Optical Clearing by OCT[J].ACTA LASER BIOLOGY SINICA, 2007, 16 (5) :521-526 (in chinese) .
神秘的透明生物 篇2
在科技发展迅速的今天, 虽然科幻影像中的技术不可完全复制、粘贴到现实生活中, 但人们已通过相应的技术原理着手研发出可适用于一些领域的生物特征识别技术产品, 逐步拉近镜头中抽象、虚拟的高新技术与现实应用技术的距离。对此, 本期专题策划将聚焦指纹识别技术、声纹识别技术、虹膜识别技术、面部识别技术、静脉设别技术等生物特征识别技术, 通过好莱坞影片中的精彩镜头, 诠释生物特征识别技术应用与发展。
我国生物特征识别技术的发展历程
中国的生物特征识别技术起步于20世纪90年代初期, 至今已有近20年的发展史, 指纹识别、面部识别、虹膜识别、静脉识别、声纹识别等技术已逐步形成相关应用体系。生物特征识别技术的发展历史可划分为三个阶段。
第一阶段:
1990年-1997年。整个市场只有欧美澳不超过十家产品和系统供应商, 国内厂商只充当分销商和系统集成商的角色——引进国外产品或做一些简单的集成应用, 如门禁系统等。
第二阶段:
1998年-2002年。通过学习和借鉴国外技术和产品, 中国厂商逐渐攻克了核心软件、硬件处理平台、采集器件以及应用系统设计等关键技术, 开始有少量国内设计和制造的产品出现。
第三阶段:
中国生物特征识别技术和产品在商业应用领域占据越来越多的市场份额。国外厂商开始转向复杂大系统、多技术融合等中高端产品及应用口。
全方位技术诠释
指纹识别技术
《复仇者联盟》——这是一部以雷神托儿、黑寡妇、鹰眼侠、美国队长、钢铁侠、绿巨人为主要出场嘉宾, 以携手制争夺阿斯加德人魔方为剧情主线, 宣扬美国英雄主义的特效大片。在这场地球保卫战中, 英雄与英雄难免会出现意见分歧, 影第56分钟, “实验产物”Rogers与“老年盔甲战士”Tony相互揭短, 但在敌军应时应景地炸毁一个机翼后, 两人言和, 进入备战状Tony手握透明遥控器, 一指按下启动键, 在识别身份后, 启动了他的专属“钢壳”。
概念诠释
指纹识别技术得益于运用现代电子集成制造技术, 是根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴的一种识别技术。主要涉及读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对四项功能。
种类分析
目前, 常见的指纹识别技术有光学识别技术、温差感应式识别技术、半导体硅感技术 (电容式技术) 、超声波技术。四种纹识别技术的优缺点如表1所示。
技术原理
每个人的指纹都是独一无二的, 不可能遗忘、丢失并难以窃取和伪造, 通过事先采集并录入指纹图像, 与需要验证和识别的指纹图像进行认证和特征对比, 从而进行身份鉴别, 这就是指纹识别技术的基本原理。
应用领域
指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的商务及政府办公领域;在民用生活中, 指纹识别技术除运用在指纹锁、考勤、门禁、指纹保管箱外, 现也应用于笔记本电脑指纹登陆模块、手机指纹开机验证模块、指纹网上银行等信息安全更大众化的领域中。此外, 具备指纹识别功能的i Phone6即将问世, 便携式指纹市场及NFC手机电子支付将成为未来市场发展的巨大增长点。
制约因素
在具体的应用中, 指纹识别技术也受到客观因素的制约。
·HID大中华区销售总监赵建邦
指纹识别技术容易受到稳定性、安全系数、环境、系统集成等因素制约。该技术的稳定性包括识别速度、识别质量及准确性。随着指纹识别技术的广泛应用, 应该进一步拓宽其应用领域, 这就需要提高指纹的识别率和形变指纹以及对残缺和污损指纹的识别质量。指纹识别技术安全系统应根据不同背景情况而采用不同的操作方式, 其安全性也会随之变化。例如, 现时部分指纹识别读卡器可支持多种认证方式 (密码+智能卡或密码+智能卡+指纹) , 或要求读取两位授权人士的指纹才能开启门禁, 因此, 要考虑该应用区域的安全要求。
使用环境对使用者的性别、年龄、工作性质有更高的要求, 不同的环境与应用对高精度的生物特征识别设备的使用效果影响较大。系统集成应充分考虑与其他子系统的集成可行性, 要从系统设计、硬件稳定性、软件接口、管理流程、系统操作等多方面进行综合考虑, 同时还要充分考虑最终用户的实际需求。这些都是阻碍指纹识别技术普及应用的客观因素。
·汉王科技副总裁石践
指纹识别技术是一种接触性的识别技术, 因此指纹采集头较容易损坏, 尤其是在使用次数较多的场景下, 几个月就得更换一次采集头。据不完全统计, 5%左右的人指纹比较浅, 是不能使用指纹识别, 这就大大制约了指纹的应用领域。
解决方案
针对指纹识别技术的阻碍因素, HID大中华区销售总监赵建邦给出3种解决方式, 其一是提高生物识别技术来提升生物识别的准确率, 降低环境对识别效果的影响, 从而实现生物识别更好的利用。其二是指纹识别技术对皮肤、皮下层和不同结构具有专一的特性, 能识别到皮下层特征的指纹技术将减少对识别环境的要求及简单皮肤表皮破损时的影响。其三是支持指纹机SDK开发包, 为开发者、集成商等提供SDK开发包, 提高指纹识别技术在更多领域的集成应用。
发展趋势
指纹识别技术的发展, 需满足消费者的需求, 而消费者对于高科技产品的使用一般都是追求简单、便捷的使用功能, 而指纹识别技术最能体现的就是简单“识别”功能。
指纹识别技术的多元化反映在产品应用的多元化上, 不仅是指纹锁、指纹储物箱、指纹钥匙等, 还包括消费者生活方式等应用, 同时还可满足更多市场消费者的需求。指纹识别的双认证、多认证比单认证更安全, 至少理论上可以这样理解, 但多一次认证意味着多一次识别, 识别过程更加繁琐。因此, 未来指纹识别产品将朝着技术安全可靠, 功能简单;多元化功能、生活化;双认证或多认证的产品方向发展。
声纹识别技术
《美国队长2》——独眼“海盗”尼克与局长谈妥推迟“洞察计划”后, 在回家的路上遭遇警队突袭, 尼克与他的全自动语音识别战车上演了一场好莱坞经典追车大战, 这辆美国雪佛兰箱车可根据语音命令, 启动垂直起飞、导航摄像头等功能, 但根据剧情的发展, 虽然尼克逃出警队的袭击, 却被配有金属手臂和防毒面具的黑衣人三枪毙命。
概念诠释
声纹识别是通过分析使用者声音的物理特性来进行识别身份的技术。这是一项根据语音提取反映说话人生理和行为特征的语音参数, 并自动识别说话人身份的技术。主要涉及语音信号处理、声纹特征提取、声纹建模、声纹比对、判别决策功能。
种类分析
声纹识别主要分为说话人辨认及说话人确认两种, 前者解决“多选一”问题, 后者解决“一对一判别”问题。不同的任务和应用会使用不同的声纹识别技术, 如缩小刑侦范围时可能需要辨认技术, 而银行交易时则需要确认技术。不管是辨认还是确认, 都需要先对说话人的声纹进行建模。其技术优缺点如表2所示。
技术原理
声纹识别是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。人类语言的产生是人体语言中枢与发音器官之间一个复杂的生理物理过程, 人在讲话时使用的发声器官包括舌、牙齿、喉头、肺、鼻腔, 在尺寸和形态方面, 每个人的差异很大, 所以任何人的声纹图谱都有差异。语音声学特征既有相对稳定性, 又有变异性, 不是绝对、一成不变的。这种变异可能来自生理、病理、心理、模拟、伪装, 也与环境干扰有关。在一般情况下, 人们仍能区别不同人或判断是否是同一人的声音。
应用领域
目前, 声纹识别技术主要应用于以下领域。
1) 在电话交易方面的应用。采用声纹识别技术一方面提高了交易的安全性, 使交易过程更加简单和人性化, 降低交易系统使用成本;另一方面降低欺诈可能性, 提高电话订购商品效率, 推动“电话商务”的发展。
2) 在PC以及手持式设备上的应用。无须记忆密码, 保护个人信息安全, 大大提高系统的安全性, 方便用户使用。
3) 在保安系统以及证件防伪中的应用。可用于信用卡、银行卡、门、车的钥匙卡、授权使用的电脑、声纹锁以及特殊信道口的身份卡, 在卡上事先存储持卡者的声音特征码, 即可使用。
4) 与二维条码技术相结合的防伪应用。通过二维条码识别出用户的声纹特征并输入到声纹确认仪器中, 同时与持证人的声音进行对比, 从而完成证件和身份确认。声纹二维条码技术也可以应用于物流配送。
5) 在刑事侦查和军队国防领域的应用。对于破获各种电话勒索、绑架、电话人身攻击等案件起积极作用。
发展趋势
声纹识别技术与其他生物特征识别技术相比, 由于它具有简便、准确、经济及可扩展性良好等众多优势, 目前在世界范围内广泛应用于众多领域。当然, 声纹识别也还存在一些技术上的难点, 如用很短的语音进行模拟训练和识别、有效地区分模仿声音和真正声音、消除或减弱声音变化带来的影响等, 不过总体来说, 声纹识别技术作为生物特征识别技术的代表之一, 具有十分广阔的应用前景。
虹膜识别技术
《生化危机5—惩罚》——爱丽丝及其好友在俄罗斯组建一支大战僵尸的“敢死队”, 在展示完乱枪扫射及飙车甩尾索命僵尸后, 终于在地下通道与穿越时间维度的女儿贝姬小聚, 为探寻一条生路, 爱丽丝从靴子里掏出一样“神器”, 虽然其外部结构与普通眼镜没有什么区别, 但却可通过视觉与镜片的接触, 辨认出口方向。虽说现代科技水平尚未达到镜头里花哨炫酷的高端功能, 但虹膜识别技术肯定是该项技术的鼻祖。
概念诠释
虹膜是一种在眼睛瞳孔内的织物状的各色环状物, 每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构, 虹膜识别技术是以人的虹膜纹理为依据的人体生物终身身份标识技术之一。技术过程分为虹膜图像获取、图像预处理、特征提取和特征匹配4个步骤。
种类分析
主流虹膜特征提取和识别方法分:基于图像、相位、奇异点、多通道纹理滤波统计特征、频域分解系数、虹膜信号形状特征、方向特征及子空间的方法。
技术特点
虹膜的定位可在1s内完成, 产生虹膜代码的时间也仅需1s, 数据库的检索时间较短。处理器速度是大规模检索的一个瓶颈, 另外网络和硬件设备的性能也制约着检索速度的进步。由于虹膜识别技术采用的是单色成像技术, 因此, 一些图像很难把它从瞳孔的图像中分离出来。但是虹膜识别技术所采用的算法允许图像质量在某种程度上有所变化。相同的虹膜所产生的虹膜代码也有25%的变化, 但在识别过程中, 虹膜代码的变化只占整个虹膜代码的10%, 所占代码比例较少。
应用领域
目前, 国内外虹膜技术并不成熟, 1998年我国中科院自动化所开始对虹膜方面进行研究, 2000年成功开发出我国具有自主知识产权的虹膜识别技术。目前, 虹膜识别技术已慢慢渗入到电子商务、电子金融、机场、监狱等领域, 具体应用案例如下。
1) 2002年2月8日, 英国伦敦希思罗机场开始对一种先进的保安系统进行测试, 新系统可扫描乘客的眼睛, 以代替检查乘客的护照。
2) 2003年3月18日, 阿布扎比 (阿拉伯联合酋长国之一) 宣布世界上第一套国家级的基于虹膜识别技术的针对被驱逐的外国人虹膜追踪与国界控制系统开始启用。
3) 2012年8月29日, 美国某机场采用虹膜扫描技术, 该技术通过扫描乘客的眼球2s即可快速识别出6英尺 (约为1.83m) 之外的人的身份。
制约因素
长期以来, 因居高不下的产品价格和识别精度的技术缺陷阻碍了虹膜识别技术的普及, 使得虹膜识别技术总给人高成本、高端应用、易用性差、性能可靠性及稳定性尚有待观望的负面印象, 用户对于虹膜产品的认可还需要一定的时间。另外, 虹膜识别的市场还没有形成规范化, 致使市场难以推进。这些因素是阻碍虹膜识别技术普及的客观因素。随着国内企业的集聚增长、核心技术的逐步掌握、产品价格的逐步下落、标准的逐步完善、市场应用的逐步认可, 作为生物识别技术中最精确、最难伪造、处理速度最快的虹膜识别技术将会得到更广泛的应用。
发展趋势
我国虹膜识别产业步入迅速发展的成长期, 产品体系已建立, 技术标准逐步完善, 各领域应用逐步普及, 行业体系已成型。目前已经在企业考勤、银行保险柜、金库门禁等控制领域崭露头角。另一方面, 从市场来看, 虹膜市场在不断细化, 虹膜研发企业数量不断增加, 相关技术逐渐进入人们的日常生活当中。但从整体情况来看, 国内虹膜识别产业的发展仍然处于“消化吸收”的阶段, 与其他生物特征识别技术相比, 虹膜产业还未形成规模化、普遍化的应用, 有待更进一步的发展。
虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种技术, 并被看做21世纪最具发展前途的生物特征认证技术, 未来的安防、国防、电子商务等多种领域的应用, 也必然会以虹膜识别技术为重点。这种趋势已经在全球各地的各种应用中逐渐开始显现出来, 市场应用前景广阔。
面部识别技术
《钢铁侠3》——在“特洛伊木马”这一桥段中, 钢铁爱国者罗德上校被满大人的精兵将领假包替换, 拉开一场激烈追杀美国领导人并挟持总统的情节, 那个类似中国经典动画片里会喷火的葫芦娃兄弟, 穿着金刚不破的战袍, 运用多种特异功能将BOSS打得火光四溅、翻滚自如, 该兄弟带动颈部运动神经, 180°旋转铁头盔, 运用“人脸识别”技术, 将核心领导人准确定位。
概念诠释
面部识别又称人脸识别、面像识别、面容识别等。面部识别使用通用的摄像机作为识别信息获取装置。以非接触的方式获取识别对象的面部图像, 计算机系统在获取图像后与数据库图像进行比对, 完成识别过程。
种类分析
面部识别主要包括基于主动光源的人脸识别、可见光人脸识别等。面部识别功能和优缺点如表3所示。
技术原理
1) 完成一对一验证匹配或多对一鉴别匹配;
2) 面向检测:可在静止图像与视频流甚至在复杂的情景中发现面部图像;
3) 面向编码生成:生成84bit大小的且可用计算机处理数字编码, 可用计算机进行面像识别;
4) 面向压缩:生成人可读图像, 大小为100到1000bit;
5) 图像质量:为面像识别获取高质量的面像。
制约因素
汉王科技副总裁石践
人脸识别最核心的技术是识别算法。目前主要的识别算法有可见光人脸识别算法、红外人脸识别算法及立体人脸识别算法3类。但这3类识别算法或受年龄、姿态、表情、光线的影响, 或受运算复杂、成本高等因素的阻碍, 都难以大规模商用。
解决方案
面对全球人脸识别的难题和困境, 汉王科技潜心研究推出全球独创, 拥有自主知识产权的识别算法——“双目立体人脸识别技术”。该算法把可见光和红外技术融合起来, 采用专用双摄像头, 就好像一个人的一双眼睛, 识别速度快, 正确识别率达到99%以上, 而目前全球其他人脸识别系统的识别率在70%~90%, 双目立体人脸识别技术遥遥领先。同时石践还指出, 除了核心算法外, 功耗也是人脸识别技术的一大难点。由于人脸识别运算比指纹识别复杂20~30倍, 因此, 耗电量也是指纹识别的20~30倍, 电池难以满足供电需求。为了降低功耗, 汉王将人脸识别从计算机转移到了自身的芯片上, 降低了功耗, 从而抛开外加电源, 实现电池供电。
应用领域
面部识别的应用范围很广, 主要分为接入控制、监控、智能卡、执法、人脸数据库、多媒体管理、人机交互等, 应用在设备存取、车辆访问、智能ATM、电脑接入、程序接入、网络接入;反恐报警、登记、体育场观众扫描、计算机安全、网络安全;公园监控、街道监控、电网监控、网络安全;嫌疑犯识别、欺骗识别;人脸重建、低比特率图片和视频传输等领域。
发展趋势
面部识别技术应用非常广泛, 在国内, 金融、公安等是面部识别市场应用的主要场所, 而在这两个行业的应用也推动了面部识别市场的快速发展。除了金融行业、公安监狱、政府行业、边境管制等对安保系统有较高要求外, 更是安全、可靠、易用的身份鉴别手段, 从而提升整个网络信息系统的安全性能, 有效遏止各类网络违法犯罪活动。目前, 面部识别技术在传统的安防领域可以便捷地与原有技术实现紧密的结合, 大大提升原有系统的智能化程度, 拓展了原有系统的应用领域, 从而促进了传统产业的升级。从市场发展前景来看, 面部识别技术的发展空间不可小觑。
静脉识别技术
《变形金刚4》——KSI集团的CEO“光头强”约书亚无时无刻地不在演绎他“无边无际、超凡脱俗”的节奏, 电影中, 当他启动公司机密科技——“变形元素”, 即一种结构不稳定但可编程的稀有金属时, 炫酷的荧屏魔术再次上演, 它成了“光头强”手中随时可幻化的神奇玩物, 说实话有点儿像孙大圣从耳后根拔下的那根猴毛。不知道, 在电影院里观影的你是否注意到该技术是约书亚用手掌所激活的。
概念诠释
静脉识别系统的运行方式, 一种是通过静脉识别仪取得个人静脉分布图, 依据专用比对算法从静脉分布图提取特征值, 另一种是通过红外线CCD摄像头获取手指、手掌、手背静脉的图像, 将静脉的数字图像存贮在计算机系统中, 实现特征值存储。静脉比对时, 实时采取静脉图, 运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征, 采用复杂的匹配算法同存储在主机中静脉特征值比对匹配, 从而对个人进行身份鉴定, 确认身份。
种类分析
静脉识别分为指静脉识别和掌静脉识别, 掌静脉由于保存及对比的静脉图像较多, 识别速度较慢。指静脉识别由于其容量大, 识别速度快, 但是两者都具备精确度高, 活体识别等优势, 在门禁安防方面各有千秋。总之, 指静脉识别反应速度快, 掌静脉安全系数更高。两种技术特点如表5所示。
应用领域
静脉识别在2006年被纳入生特征物识别技术行列, 一般运用在金融及信息网络安全等领域。其中掌静脉识别是日本各家银行ATM系统的基本配置还可运用在门禁系统、监控等领域;手指静脉技术在监狱安防、教育考试、社保管理、金融银行门禁等系统也有应用。
发展趋势
静脉识别在我国的应用还处于起步阶段, 由于这些产品的应用范围不是很广, 已生产产品的种类数量较少, 目前主要集中在门禁领域或对安全防范要求场所。在这种情况下, 由于人们的知晓度与了解度不高, 概念普及与产品的推广需要一定的时间, 市场还在开发阶段, 产品初期的成本价格较高, 但随着研发的深入, 这项技术可以应用到更多不同的领域。
后记
神秘的透明生物 篇3
关键词：透明质酸钠生物胶,医药,应用
引言
随着医学技术的不断发展, 透明质酸钠生物胶的应用越来越广泛。在眼科方面, 透明质酸钠生物胶作为一种药物辅助用医疗器械, 用于白内障摘除术、人工晶体手术及眼膜移植手术;在妇科方面, 透明质酸钠生物胶也可以作为一种药剂对于预防剖宫产后宫腔粘连具有突出效果;在骨科方面, 主要用于预防肌腱粘连。
本文主要针对透明质酸钠生物胶在医药方面的应用, 以及其作为一种药剂在各类手术治疗中的应用, 并对就其前景进行预测, 以期更广泛地应用到医学领域中, 为人类造福。
1 透明质酸钠生物胶的概述
透明质酸钠生物胶以透明质酸钠为主, 还含有氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾。其中透明质酸钠也称为玻璃酸钠, 是由N乙酰葡萄糖胺和葡萄糖醛酸反复交替连接而形成的高分子多糖体生物材料, 其主要成分包括化学名称为 (1-4) -O-β-D葡萄糖醛酸- (1-3) -2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖。透明质酸钠生物胶有着高度的粘弹性、可塑性、渗透性, 还具有较好的生物相容性。
透明质酸钠生物胶以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能, 如润滑关节, 对于防跟腱断裂术后粘连和塑造发挥了重要的作用;还可以调节血管壁的通透性, 使其渗透性能改善;调节蛋白质, 水电解质扩散及运转, 促进创伤愈合等。尤为重要的是, 它的主要成分透明质酸钠具有特殊的保水作用, 是目前发现的自然界中保湿性最好的物质。
2 透明质酸钠生物胶作为眼科治疗中的药剂应用
2.11 在阿托品眼凝胶制剂中的应用
以透明质酸钠生物胶为附加剂的阿托品眼膏, 利用其独特的保水性能和无刺激性, 在眼科治疗中起到非常重要的作用。阿托品眼膏可以调节眼睛麻痹、眼瞳不聚焦、眼膜发炎等症状, 有效改善眼睛疲劳, 视力下降症状。传统的眼科医疗药剂以刺激性较强的凡士林为主, 用这种药后短期内可以起到一定作用, 长时间使用会使眼睛视力更加模糊, 而且药剂量不容易掌握。而采用透明质酸钠生物胶后, 克服了传统药剂不易涂抹等缺点, 成为了广大眼疾患者易于接受的药物。
2.2 作为人工晶体手术中的药剂应用
人工晶体悬吊术主要运用透明质酸钠生物胶的多糖和粘弹性能。该手术方法是:用医用麻醉剂对患者眼球周边进行局部麻醉, 暴露眼球, 固定上直肌, 剪开角缘分离结膜, 然后将透明质酸钠生物胶注射到分离的隧道中, 以其衬垫功能实现晶体悬吊, 最后送入晶体, 进行缝合, 术后再配合药物治疗, 就可以将患者的视力恢复正常。
人工晶体手术对设备和技术条件具有极高的要求。运用透明质生物胶作为手术药剂的好处在于减少对前房角结构与角膜的伤害, 植入的晶体位置恰当, 不会产生排异反应, 可以较好改善视力。该方法克服了传统晶体切割而出现嵌顿现象, 减少了患者医疗手术费用, 操作简单易行, 广泛适用于大部分基层医疗机构。
3 透明质酸钠生物胶作为骨科治疗中的药剂应用
本文主要以透明质酸钠生物胶作为跟腱粘连的药剂为例, 对透明质酸钠生物胶在骨科治疗中的应用进行概述与分析。
人体的跟腱位于皮表下层, 常见的临床症状是由于篮球、足球等剧烈运动导致跟腱断裂, 主要病发于30~35岁的运动人群。在跟腱断裂时, 人们不会立即感觉到疼痛, 但时间久后会出现脚跟红肿现象。开放的损伤常常连带跟腱周围皮肤组织状况变差;闭合的跟腱损伤断面呈现马尾状, 跟腱周围组织损坏, 而且跟腱自身愈合和修复能力差, 导致伤口难以修复。因此, 在目前大多数临床医学上, 跟腱断裂主要依靠外源性愈合, 而在手术后长时间用支具固定的过程中, 经常出现术后炎症以及成纤维细胞由周围组织向肌腱断端生长现象, 因而导致跟腱皮肤粘连。
透明质酸钠生物胶作为治疗跟腱皮肤粘连的药剂, 在治疗过程中主要其以下作用:
(1) 透明质酸钠生物剂是一种多糖物质, 在体内细胞液中起阻隔和筛选的作用, 在保证跟腱细胞正常发育的前提下, 对向肌腱断端生长的成纤维细胞与腱周的细胞增生加以抑制, 促进跟腱组织顺利修复。因此, 透明质酸钠生物胶对跟腱断裂的自行愈合具有非常重要的作用, 减少外源性愈合带来的并发炎症, 减少肌腱粘连现象。
(2) 透明质酸钠生物胶具有高度粘弹性、渗透性和保水作用, 可以有效渗透到跟腱内部, 依附在组织表面, 对于跟腱粘连起到一定的阻碍作用。
(3) 透明质酸钠生物胶还可以对跟腱出血起到一定的止血作用, 预防跟腱淤血而导致红肿。跟腱断裂使局部组织出血, 血液以及纤维细胞的侵入导致肌腱粘连。此外, 透明质酸钠生物胶还可以为肌腱的修复提供养分, 并具有良好的润滑效果, 较少疼痛, 促进断口愈合。下表为透明质酸钠生物胶运用前后患者恢复情况。甲组采用传统手术治疗, 乙组在手术过程中采用了透明质酸钠生物胶药剂。
经表1证明, 透明质酸钠生物胶对于跟腱断裂的恢复具有非常明显的效果, 是非常良好的药剂。
4 结论
透明质酸钠生物胶作为医药中的重要组成部分, 对于治疗各类眼科、骨科疾病具有非常重要的作用。本文首先从透明质酸钠生物胶的概念入手, 进而对其在阿托品药剂、人工晶体手术以及跟腱断裂手术中的应用加以分析, 体现其作为药剂在手术治疗中的优越性。在临床医学上, 透明质酸钠生物胶还可以作为眼科手术治疗中开角型青光眼的治疗药剂;在妇科手术中可以达到预防剖宫产后盆、腹腔粘连的效果;还常用于治疗骨关节炎及类风湿性关节炎;还有部分研究者对其运用到甲状腺及泌尿手术进行临床试验。希望通过本文的研究, 为透明质酸钠生物胶在医药领域发挥更大的作用提供些许参考。
参考文献
[1]毕殿洲.药剂学[M].第2版.北京:中国医药科技出版社, 2009.26
[2]张骁.透明质酸钠研究进展[J].中国药房, 2007, 2 (9) :202
神秘的透明生物 篇4
透明质酸是一种酸性粘多糖, 美国的教授Meyer等在1934年在牛眼玻璃体中首先分离出了透明质酸。透明质酸有着其他物质没有的理化性质和分子结构, 这就使透明质酸可以应用在不同的方面, 也使透明质酸在各个领域的应用越来越广泛, 如对蛋白质进行调节、水电解质的扩散、促使创伤愈合等等。透明质酸在人体中的含量的变化会随着人类皮肤的老化程度的变化而变化, 透明质酸的存在会改善皮肤的代谢, 可以使皮肤更加的光滑, 也可以防止皮肤的衰老, 可以促进皮肤能够更好的对物质进行吸收, 如果与别的物质进行结合, 还可以有更加理想的效果。
透明质酸生产方法的分类
动物组织提取法
透明质酸在最早的时候采用提取的方法就是动物组织提取法, 所有的动物组织中基本上都有透明质酸, 主要是鸡身上的鸡冠和牛身上的牛眼中含有透明质酸是很多的。将原料放入丙醇和乙醇中去, 经行脱脂和脱水, 再将脱脂和脱水后的原料放入蒸馏水中进行浸泡, 然后再用氯化钠对其进行处理, 再加入胰蛋白酶, 最后再利用离子交换法提炼出精制的透明质酸。由于在动物的组织中提炼的透明质酸的提取率是非常低的, 而且提取的过程也比较复杂, 成本比较高, 这就导致所提取的透明质酸的价格比较昂贵, 限制了透明质酸提取产业的可持续发展。
化学合成法
化学合成法合成透明质酸, 首先使用多糖类的聚合物合成衍生物, 然后在衍生物中加入分解酶对其进行分解, 最后在反应液中对分解酶进行清除, 需要注意的是温度要在九十摄氏度中进行清除, 从而形成透明质酸, 这种方法可以降低成本, 但是制造出来的透明质酸并不纯净。
微生物发酵法
在上世纪八十年代时, 科学家在菌株中得到了透明质酸, 采用的方法就是发酵法和酶解法。主要就是在链球菌的生产过程中, 向细胞外分泌了很多的透明质酸, 这种方法就是微生物发酵法。在上世纪八十年代初期, 发酵透明质酸主要目的就是工业用途, 利用现代液体深层发酵技术和设备, 并对相关的程序进行了优化, 并且深入研究了细菌生物合成透明质酸的代谢过程, 这样就可以从较大程度上提高透明质酸的提取纯度和效率, 这也是如今提取透明质酸的最广泛的方法。
将种子放在37℃温度下进行培养16h到24h, 将菌种进行去除, 放入到灭菌的培养液中, 在37℃温度下进行培养12h, 对其进行严格的观察, 保证其没有一定的污染后再投入到种子罐中。在种子罐中加入摇瓶种子液的配方配制的培养液, 再进行加热, 对其进行灭菌, 时长在15min, 然后将其进行冷却, 并接种在种子罐中, 使用的方法就是压差接种法。利用光镜对其进行严格的观察, 保证其能够更好的成长, 保证没有污染, 在发酵罐中进行发酵, 保持通气量500~600L/min, 搅拌转速200rpm, 在37℃的温度下发酵24h到30h, 并且在发酵的过程中, 保证发酵液的PH值不断的下降, 再将氢氧化钠的溶液加入其中, 将PH值保持在p H6.5~7.5。当葡萄糖的浓度下降到0.5%以下, PH值也不会下降时, 就完成了发酵。
当发酵结束以后, 要将杂质进行严格的过滤, 然后再利用一些简单的程序进行高浓度的提纯。利用微生物发酵法制造出来的透明质酸, 有很多的优点, 也可以按商品设定来确定分子量。微生物发酵法能否顺利, 关键因素就是选择菌种, 一般会选用链球菌。再将菌种进行筛选, 并不断的改进和优化相关的工艺, 只有这样才能够从本质上提高菌株的生产量, 将透明质酸的发酵产率从根本上提高。之后, 再利用新的调控手段, 对透明质酸的生物合成路线进行严格的分析, 也可以分析生长速率和透明质酸的速率, 采取一定的生长因子的方法, 对发酵培养液的方法进行严格优化, 从而从根本上提高透明质酸的发酵产率, 可以达到8.0g/L。
透明质酸应用概况
透明质酸应用在化妆品行业
在细胞间的胞外基质中, 是主要存在透明质酸的部位, 透明质酸的主要作用可以加速营养成分的流动并保持组织。首先, 透明质酸与传统的化妆品相比, 有更好的保湿效果, 并且可以不堵塞毛孔;其次, 透明质酸水溶液可以对皮肤进行润滑, 在皮肤表面形成保湿膜, 从而对皮肤进行滋润;再次, 如果小分子的透明质酸进入了真皮层, 就可以对血液循环起到促进的作用, 有利于促进皮肤对营养进行充分的吸收, 从而起到保健的作用;最后, 透明质酸可以将皮肤中的活性氧自由基进行清除, 有防晒的作用。上述都是透明质酸的优点, 这就使其在化妆品中被广泛的应用, 从而保证皮肤的润滑, 在化妆品中的透明质酸的添加量在0.05%~0.50%。
透明质酸应用在保健品行业
由于透明质酸有着其它物质没有的特性, 如保湿、润滑、促进伤口愈合等等, 也可以减少关节炎发生, 因此, 在保健品行业中透明质酸也有着非常广泛的应用。主要的理论依据就是透明质酸可以促进体内的透明质酸合成量, 并定位于皮肤等组织中, 从而发挥其应有的作用。
透明质酸应用在医疗行业