1 南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
2 中国科学院自动化研究所，中国科学院分子影像重点实验室，北京 100190
3 河北医科大学第二医院神经外科，河北 石家庄 050000
脑胶质瘤是一种侵袭性的恶性原发性脑肿瘤，术中准确区分胶质瘤和正常脑组织极具挑战性。基于高分辨偏振敏感光学相干层析术（PS-OCT）对正常小鼠脑和胶质瘤模型小鼠脑进行成像，计算了强度、累积相位延迟和累积光轴信息。结果表明，从PS-OCT图像中可以清楚地显示出鼠脑中的纤维结构及其取向；借助PS-OCT图像中丰富的偏振信息，可以准确区分鼠脑胶质瘤区和正常区；基于计算的光轴标准差可以有效区分胶质瘤和正常脑组织。研究结果表明，高分辨PS-OCT在脑组织成像及脑胶质瘤识别方面具有很大的临床应用潜力。
医用光学 偏振敏感光学相干层析术 脑成像 胶质瘤
南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析（OCT）图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言，其很难获取多帧配准的真值图像，这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪，并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能，并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明：所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果，可以实现视网膜OCT图像高质量降噪，具有较强的泛化性，而且与监督学习相比，无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能，可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。
光学相干层析技术 视网膜 图像去噪 深度学习 无监督学习 光学学报
2023, 43(20): 2010002
1 南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
2 天津市口腔医院病理科，南开大学附属口腔医院病理科，天津 300041
3 天津市口腔医院口腔黏膜病科，南开大学附属口腔医院口腔黏膜病科，天津 300041
4 天津市口腔医院口腔颌面外科，南开大学附属口腔医院口腔颌面外科，天津 300041
目前，口腔黏膜病的筛查和诊断主要依靠临床医生的目视观察和触诊，组织病理学仍然是口腔癌诊断的金标准。目视观察、触诊和组织病理学方法都存在不同的局限性。近年来，随着影像学技术的不断发展，X射线计算层析、核磁共振、超声、荧光、光声、光学相干层析等技术逐渐被应用于口腔黏膜病的成像研究。不同影像学技术的成像原理、成像能力及性能各不相同，在口腔癌的筛查与诊断中可以发挥不同的优势，具有极大的临床应用潜力。本文主要总结了现有影像学技术在辅助口腔癌筛查和诊断中的研究进展，分析了它们的临床适用性，并预测了口腔癌筛查与诊断影像学技术未来的发展趋势。
医用光学 医学和生物成像 口腔癌 影像学技术 筛查 诊断 中国激光
2023, 50(15): 1507101
1 南开大学现代光学研究所, 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
2 天津市口腔医院病理科, 南开大学附属口腔医院病理科, 天津 300041
3 天津市口腔医院口腔颌面外科, 南开大学附属口腔医院口腔颌面外科, 天津 300041
口腔鳞状细胞癌(OSCC)发病率较高且预后效果有限,早期诊断和术中准确识别病变边界对于改善预后效果具有重要意义。偏振敏感光学相干层析术(PS-OCT)在获得组织微观结构信息的同时,可以获得组织的偏振信息,提高组织诊断的特异性。为验证PS-OCT技术在OSCC诊断应用中的可行性,利用自行开发的高分辨率PS-OCT系统对离体的OSCC组织进行了成像。初步的成像结果表明,与正常组织相比,OSCC具有明显的双折射特性,利用累积相位延迟可以明显地区分正常组织和癌组织。最终证明,高分辨率的PS-OCT技术在OSCC组织的识别诊断和边界检测方面具有很大的潜力,可以辅助医生进行疾病的筛查和术中边界检测。
医用光学 光学相干层析术 偏振 口腔 鳞状细胞癌 光学学报
2022, 42(10): 1017002
包含多波长信息的低分辨(LR)灰度图难以被完全解复用,根据LR图像信息重建出的彩色高分辨(HR)图像容易出现通道串扰的现象。为重建不受通道串扰干扰的彩色HR图像,提出一种基于三维卷积神经网络(CNN)的彩色HR图像重建算法。采用主成分分析法提取单色HR图像和彩色LR图像的结构信息,然后基于结构信息训练CNN来建立单色HR图像和彩色LR图像之间的映射关系,最后生成彩色HR图像。实验结果表明,所提算法可以获得不受通道串扰影响、色彩不失真的彩色HR图像。定量评价指标方均根误差小于0.1,结构相似性参数大于0.9。
成像系统 显微术 傅里叶叠层显微成像 卷积神经网络 主成分分析 彩色图像重建 光学学报
2020, 40(20): 2011001
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300350
2 天津医科大学肿瘤医院甲状腺颈部肿瘤科, 国家肿瘤临床医学研究中心, 天津市“肿瘤防治”重点实验室, 天津 300060;
为了在甲状腺手术中辅助医生对切除的颈部组织进行快速的组织学判断,使用自行搭建的光学相干层析(OCT)系统对行甲状腺切除术及淋巴结清扫术患者的切除组织进行三维成像,并将其与二维OCT图像以及病理切片进行对比。对21个病例的切除组织分别采集67幅1000 pixel×1000 pixel×630 pixel的高分辨三维OCT图像,对应6 mm×6 mm×3.8 mm的成像范围。可以从不同角度和不同的内部切面对三维OCT图像进行观察,能够清楚地辨别成像范围内的甲状腺、甲状旁腺、淋巴结和脂肪组织,并能够清楚地分辨淋巴结转移病变。高速、高分辨的三维OCT成像为甲状腺手术提供了一种术中病理诊断的方式,在辅助医生做出手术决策方面具有一定的应用潜力。
医用光学 三维成像 光学相干层析技术 甲状腺 甲状旁腺 淋巴结转移
南开大学 现代光学研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
本文从理论和实验上分析了存在拍频噪音时时域光学相干层析系统的噪音特性，给出了拍频噪音的具体估算方法.建立了描述一般时域光学相干层析系统实际噪音的简化模型，并给出了测量和寻找平衡探测光学相干层析系统最佳工作状态的方法.理论计算表明，平衡探测光学相干层析系统的信噪比受限于拍频噪音，理想情况下，最大信噪比可达100 dB左右；同时实验表明，如果实际的系统不能完全消除冗余噪音，其信噪比可能要比理论值小10~20 dB.本文的主要结果将可直接用于时域光学相干层析系统工作状态的测试和诊断当中，对频域光学相干层析系统噪音性能的分析和优化也将有所裨益.
拍频噪音 时域 光学相干层析术 平衡探测 Beat noise Time domain Optical Coherence Tomography(OCT) Balanced detection
南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300071
随着光学相干层析(OCT)技术在生物医学成像领域日趋广泛的应用，分析和提取OCT图像中所包含的生物组织信息、对相关特征加以识别，并最终应用于疾病的辅助诊断和诊疗效果的追踪，已经成为一个重要的研究方向。国内外研究者就此提出了多种不同的方法，其中纹理分析方法得到了最为充分的研究，显示出良好的实用性。对纹理分析在生物组织光学相干层析图像信息提取和特征识别中的应用进行了详尽地阐释，分析归纳了各种方法的特点和可能存在的问题。
生物光学 光学相干层析 信息提取和特征识别 纹理分析 共生矩阵 机器识别 激光与光电子学进展
2011, 48(1): 011701
南开大学 现代光学研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
针对复杂彩色图像中文本的特征,提出了基于小波变换和BP神经网络甄别文本区域的算法.该算法首先利用文本块的边缘特征遴选出备选图像块,而后采用小波变换提取备选图像块的纹理特征,把这些纹理特征参量连同图像块的颜色特征和笔画特征参量输入训练好的BP神经网络,判断备选图像块是否包含文本.该方法运算简单,定位时间短.采用专用的文本定位比赛用图进行实验的结果表明,定位准确率可达到92％,召回率为87.4%.
文本定位 神经网络 小波变换 彩色图像 Text location Neural network Wavelet transform Color images
