1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科，北京 100853
自动量化评估小鼠脊背皮窗血管损伤对于血管靶向光动力疗法（V-PDT）的个性化精准治疗研究具有重要意义。V-PDT治疗过程中，受小鼠呼吸、心跳和不自主运动等因素影响，小鼠脊背皮窗窄带光血管图像会发生不同程度的非刚性形变，从而引起血管损伤量化误差。结合基于特征和灰度配准方法的优点，提出了一种判断式图像混合配准算法。首先基于配准组别图像均方差值（MSD）区分剧烈形变和轻微形变。对于轻微形变，直接采用微分同胚Demons（Log-Demons）算法进行配准；对于剧烈形变，先采用speeded up robust features thin-plate splines（SURF-TPS）算法进行全局配准，随后采用Log-Demons算法进行局部配准。实验结果表明，与SURF-TPS、Log-Demons及SURF-TPS+Log-Demons算法相比，所提算法既有最优的配准精度，又有较高的时间处理效率，而且能有效校正剧烈形变所导致的血管损伤评估误差。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617020
1 哈尔滨工业大学(威海)信息科学与工程学院, 山东 威海 264209
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室, 广东 深圳 518055
3 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
消化道肿瘤是最常见的肿瘤疾病之一。新兴的光声成像技术可以敏锐地捕捉肿瘤周围滋养血管的信息,有助于临床进行更精准的诊断。匹配的血管增强算法可以有效突出图像中的血管网络,但光声活体内窥成像的探测角度有限,易造成明显的血管形态异常,现有方法很难实现有效的血管增强。采用自研的光声内窥系统对大鼠直肠进行活体成像,针对活体成像结果提出了一种融合结构和强度两个层面信息的三维血管增强算法,并采用该算法对结直肠血管图像进行了增强。结果表明:所提算法可以有效提升增强效果,抑制机械抖动带来的边缘毛刺,在活体状态下获取了高质量的结直肠三维血管图像,说明其在基础医学研究和临床应用中具有一定的潜在价值。
医用光学 内窥成像 光声成像 血管增强 三维增强
福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州 350007
光动力疗法(PDT)作为选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的精准靶向疗法,已获得了广泛的临床应用。如何利用先进的光学成像技术实现对PDT剂量的实时监测,是开展PDT个性化精准治疗的理论基础。本文介绍了PDT治疗过程中光敏剂、氧、单线态氧以及血管响应等所需监测的4个重要参量,重点总结了用于实时监测PDT参量的光学成像技术,并比较分析了这些技术的优势和局限性,最后讨论了光学成像技术在PDT临床转化应用中面临的挑战。
医用光学 光动力疗法 光学成像 剂量 监测 临床应用
1 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福建 福州350007
2 中国人民解放军总医院激光医学科, 北京 100853
3 多伦多大学, 生物物理与成像研究部, 玛格丽特癌症研究所, 大学大道610, 多伦多M5G 2M9, 加拿大
光动力疗法(PDT)是一种联合利用治疗光源、光敏剂和氧分子, 选择性治疗恶性肿瘤和良性疾病的精准靶向疗法。光源作为PDT治疗的关键要素之一, 其发光波长、照光方式和剂量直接影响疗效。本文详细介绍了太阳光、近红外光、X射线、在体发光和发光二极管等5种PDT光源的研究新进展, 并分析了这五种治疗光源在生物组织穿透深度上的不同特性以及所存在的不足。随后, 重点讨论了以提高PDT治疗精度为目标的体表照光和体内照光等两种个性化照光模式。研发操作简便、价格低廉、性能优异的新型PDT光源是未来的发展方向。
光动力疗法 光源 组织光学 近红外光 X射线 发光二极管 photodynamic therapy light tissue optics near infrared light X-ray light emitting diode
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 浙江大学光电科学与工程学院, 激光生物医学研究所, 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
血管内超声（IVUS）和血管内光学相干层析(OCT)成像均属无损医学成像技术，常用于人体冠状动脉中薄纤维帽脂质斑块(TCFA）的检查。其中IVUS的探测深度大，能够较为精确地测定TCFA的脂质核心大小，但由于分辨率较低，无法测量TCFA的纤维帽厚度；而OCT分辨率很高，可以精确测量TCFA的纤维帽厚度，但探测深度浅，无法描述脂质核心的全貌。IVUS与血管内OCT相结合，一次检查即可同时获得血管内壁的超声与OCT图像，实现对血管内血栓与斑块的精准诊断。通过设计IVUS和OCT微型集成探头及近端驱动，实现了一套可同时对血管内壁进行IVUS和OCT成像的系统，对血管组织检测深度达到8 mm，横向分辨率优于1 mm，轴向分辨率优于400 μm，同时在1 mm范围内横向分辨率优于10 μm，轴向分辨率优于8 mm。对琼脂和铁丝等搭建的血管模型样品进行了成像实验，验证了系统的可行性。
医用光学 医学影像诊断 易损斑块 光学相干层析成像 血管内超声成像 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 081701
浙江大学光电科学与工程学院, 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
介绍了并行谱域光学相干层析成像（PSD-OCT）技术，重点报道了丁志华课题组在PSD-OCT的方法与系统研制方面取得的研究进展，包括基于全局优化的大视场PSD-OCT系统、基于复干涉信号与相位信息的真伪缺陷识别方法及基于空间光谱编码与重叠数据互相关算法的运动伪影校正方法。利用所建立的PSD-OCT系统，可实现玻璃表面及内部缺陷的检测，避免伪缺陷的误判。通过引入空间光谱编码单元，该系统还可校正非受控运动。
生物光学 光学相干层析成像 并行探测 缺陷检测 运动校正
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Control Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Department of Gastroenterology, General Hospital of Chinese People’s Armed Police Forces, Beijing 100039, China
3 Institute of Opto-electronics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
Photoacoustic tomography (PAT) has the unique capability of visualizing optical absorption inside several centimeters-deep biological tissue with a high spatial resolution. However, single linear-array transducer-based PAT suffers from the limited-view challenge, and thus the synthetic aperture configuration is designed that still requires multichannel data acquisition hardware. Herein, a feasible synthetic aperture PAT based on compressed sensing reconstruction is proposed. Both the simulation and experimental results tested the theoretical model and validated that this approach can improve the image resolution and address the limited-view problem while preserving the target information with a fewer number of measurements.
110.5120 Photoacoutic imaging 100.3020 Image reconstruction-restoration 170.5120 Photoacoustic imaging Chinese Optics Letters
2017, 15(10): 101102
Author Affiliations
Abstract
Department of Control Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
Photoacoustic tomography is a noninvasive and nonionized biomedical imaging modality but it cannot reveal the inner structure and sideward boundary information of blood vessels in the linear array detection mode. In contrast, Monte Carlo (MC) light transport could provide the optical fluence distribution around the entire vascular area. This research explores the combination of linear array transducer-based photoacoustic tomography and MC light transport in the blood vessel quantification. Simulation, phantom, and in vivo experiments are in good correlation with the ultrasound imaging, validating this approach can clearly visualize the internal region of blood vessels from background tissue.
170.5120 Photoacoustic imaging 100.3020 Image reconstruction-restoration 110.5120 Photoacoutic imaging Chinese Optics Letters
2017, 15(11): 111701
Author Affiliations
Abstract
Department of Control Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
As a high-resulotion biological imaging technology, photoacoustic microscopy (PAM) is difficult to use in real-time imaging due to the long data acquisition time. Herein, a fast data acquisition and image recovery method named sparse PAM based on a low-rank matrix approximation is proposed. Specifically, the process to recover the final image from incomplete data is formulated into a low-rank matrix completion framework, and the “Go Decomposition” algorithm is utilized to solve the problem. Finally, both simulated and real PAM experiments are conducted to verify the performance of the proposed method and demonstrate clinical potential for many biological diseases.
100.3020 Image reconstruction-restoration 170.5120 Photoacoustic imaging 170.0110 Imaging systems Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 091701
