1 上海应用技术大学计算机科学与信息工程学院，上海 201418
2 上海应用技术大学理学院，上海 201418
2D-3D医学图像配准在解决放射治疗的摆位验证问题上发挥着至关重要的作用。针对现有配准方法精度不高、耗时较长等问题，提出一种基于训练-推理解耦架构的2D-3D医学图像配准方法。该方法在训练阶段采用多分支结构，利用多尺度卷积增强特征多样性，提高配准精度；在推理阶段，利用重参数化将多分支结构转换为单路结构，加快配准速度；另外，引入自适应激活函数Meta-ACON，提高网络的非线性表达能力。在胸部和骨盆两个数据集上进行训练和测试，实验结果表明，所提方法预测结果的位移误差约为0.08 mm，角度误差约为0.05°，配准时间仅需26 ms。所提方法有效解决了摆位验证中的医学图像配准问题，不仅提高了精度，还满足了临床实时性要求。
图像处理 2D-3D配准 卷积神经网络 重参数化 激活函数 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1610015
1 上海应用技术大学计算机科学与信息工程学院，上海 201418
2 上海应用技术大学理学院，上海 201418
为了对头颈部多器官CT图像实现精准分割，减少放射治疗对人体正常组织的损伤，本文提出一种基于卷积神经网络的图像分割方法——SAU-Net算法，该算法基于加入残差连接的3D U-Net实现。针对器官尺寸差异较大而引起的分割精度不准确问题，引入压缩注意力模块，通过非局部的空间注意力机制增加对全局特征的编码能力，聚合多尺度上下文信息，实现同一器官的体素分组。此外，该算法减少了卷积核数量及参数量，避免因额外的卷积运算造成堆叠局部信息过多而影响模型性能。结果表明，以Dice系数为评估指标，与3D U-Net和3D ResU-Net算法相比，SAU-Net的分割精度分别提高了13.7%和8.2%，推理速度比FocusNetv2提升73%。SAU-Net算法显著提高了头颈部器官图像的分割精度和速度，能够快速准确实现全自动分割任务。
图像处理 卷积神经网络 3D U-Net 残差连接 压缩注意力 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0417003
光声成像是在最近一段时间里发展飞速的一种非侵入式的三维成像技术, 它不仅包含纯光学成像的高对比度的特性, 也有纯超声成像的高穿透深度的特性, 因此光声成像可以得到高分辨率和高对比度的组织成像。这种技术为研究生物组织的结构形态、代谢功能、生理特征以及病理特征等提供了非常重要的手段, 在整个组织结构以及功能成像上有着非常广泛的应用前景。本文主要是对光声成像技术的原理、光声成像技术和方法、光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍。
光声成像 三维成像技术 多模态光声显微系统 Photoacoustic Imaging Three-dimensional imaging technology Multimode photoacoustic microscopy system
1 上海应用技术大学,上海 201418
2 上海交通大学,上海 200240
为了精确的检测眼部疾病造成的整个眼睛形状和尺寸的变化,需要对全眼深度进行高分辨率成像。光学相干层析(OCT)技术作为一种非接触、无损伤高分辨成像技术成为近年来在眼科临床检测及机理研究的有力工具。然而传统的傅里叶域光学相干断层扫描(FD-OCT)受其成像深度的限制不能实现全眼成像。随着OCT技术的发展,成像深度不断提高,近年来逐步实现了全眼OCT成像,并被成功应用于全眼参数测量的研究中。本文全面介绍了全眼FD-OCT技术的发展和应用,重点阐述了频域OCT(SD-COT)和扫描光源OCT(SS-OCT)的最新发展。研究表明,全眼OCT技术对眼睛病理变化的检测有潜在的临床应用价值,并为研究眼部调节、眼部生长以及生物统计学提供了强有力的成像方法。
光学相干层析成像 眼科 全眼成像 Optical Coherence Tomography Ophthalmology whole eye segment imaging
Author Affiliations
Abstract
1 School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 College of Science, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418, China
3 Center for Molecular Imaging and Translational Medicine, State Key Laboratory of Molecular Vaccinology and Molecular Diagnostics, School of Public Health, Xiamen University, Xiamen 361102, China
We develop an improved region growing method to realize automatic retinal pigment epithelium (RPE) cell segmentation for photoacoustic microscopy (PAM) imaging. The minimum bounding rectangle of the segmented region is used in this method to dynamically update the growing threshold for optimal segmentation. Phantom images and PAM imaging results of normal porcine RPE are applied to demonstrate the effectiveness of the segmentation. The method realizes accurate segmentation of RPE cells and also provides the basis for quantitative analysis of cell features such as cell area and component content, which can have potential applications in studying RPE cell functions for PAM imaging.
110.5120 Photoacoutic imaging 110.0180 Microscopy 100.2000 Digital image processing 170.1530 Cell analysis Chinese Optics Letters
2017, 15(5): 051101
1 上海师范大学数理学院, 上海 200234
2 上海应用技术学院理学院, 上海 200235
基于三维耦合波理论并利用二维Runge-Kutta数值法，研究了空间域和时间域都为高斯分布的脉冲激光光束经边界形状被截取后的体全息光栅(VHG)的衍射特性，分析了再现过程中入射参考光的偏振态及光栅边界形状的改变对衍射光束在频谱域和时间域分布以及衍射效率的影响。计算结果表明，通过对VHG边界形状进行合理的截取，控制读出光束的偏振态，并恰当选择入射光的脉冲宽度，可以改善脉冲衍射光束在频谱域和时间域的分布情况，获得衍射效率更高，光束质量更好的衍射光脉冲。
光栅与衍射 局域体全息光栅 耦合波理论 脉冲高斯光束
1 上海应用技术学院, 上海 200235
2 上海交通大学生命科学技术学院, 上海 200240
针对频域光学相干层析(SD-OCT)系统特有硬件(线阵CCD及分光光栅)参数对成像质量造成的影响, 展开了对基于光纤的频域OCT系统中硬件参量的模拟和优化工作, 分析了分光计中CCD线列阵像素数及数字化深度、CCD安装偏差等因素对OCT成像质量的影响, 并对光谱像素图定位进行了修正。研究表明：纵向分辨率不受CCD线列阵像素数的影响, CCD线列阵像素数的增多将线性地增大最大测量深度; CCD数字化深度小于6bit将直接导致系统纵向分辨率的锐减; 线阵CCD偏离聚焦透镜焦面将导致点扩展函数的强度减弱、系统分辨率降低; 在较小角度内转动CCD, 将使纵向分辨率得到提高; 采用氖灯光谱进行像素图定位校正之后, 可以相应地提高系统分辨率。部分模拟结论得到实验验证。采用此模拟优化结果, 可根据OCT成像的具体要求对系统硬件参量进行优化选择。
频域OCT 分辨率 数值模拟 视网膜成像 spectral domain OCT axial resolution numerical simulation retina imaging
1 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 南洋理工大学 机械与航空学院, 新加坡 639798
在确保较高分辩率的前提下, 提出了一种相位拼接技术以解决数字全息技术中扩大测量面积的瓶颈问题.在全息数字图记录过程中, 确保相邻子孔径间具有重叠区域; 拼接中采用相关算法确定重叠区域, 并利用再现像重叠区域具有相同信息的特点使用最小二乘方法消除由于孔径的移动所产生的倾斜误差; 相关计算和最小二乘反复迭代把相邻再现像精确统一到一个坐标系下, 从而实现测量面积的扩展.以平面物体的测量为例建立了数字全息相位拼接技术的理论模型, 完成了对相位物体的2×2拼接模拟, 并在对标准相位板2×2的拼接实验中获得了较好的拼接效果.
全息技术 相位拼接 平面轮廓 Holography Phase stitching Plane profile
1 上海大学机械自动化学院精密机械工程系, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室, 上海 201800
为了对在LiNbO3:Ce:Cu晶体中绿光作为记录光的非挥发全息记录进行优化, 联立求解了双中心物质方程和双光束耦合波方程, 数值分析了平均空间电荷场(SCF)和衍射效率随晶体的氧化还原态、记录光与敏化光的光强比以及深浅中心的掺杂浓度的变化。结果表明, 采用绿光作为记录光在LiNbO3:Ce:Cu晶体中进行非挥发全息记录, 可以记录得到强光折变光栅, 其空间电荷场高达107 V/m;获得高达80%以上的固定衍射效率, 各相关参量都有较大的优化空间。
全息 非挥发全息记录 光折变光栅 LiNbO3:Ce:Cu晶体 衍射效率
中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室,上海 201800
全面介绍了光折变相干散射噪声的研究状况,描述并分析了形成散射噪声的必要条件及理论机制,说明了散射噪声的观测技术及评价标准;总结了抑制噪声的各种方案及噪声的相关应用,最后展望了光折变散射噪声的研究前景。
光折变效应 散射噪声 相干放大 散射源 激光与光电子学进展
2005, 42(10): 14
