上海理工大学 教育部现代微创医疗器械及技术工程研究中心 生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
黄斑水肿(ME)被认为是增殖性糖尿病视网膜病变的主要适应症之一, 由于视网膜下层中蛋白质沉积物的积累, ME引起视网膜肿胀。光学相干断层成像(OCT)通过显示黄斑病变的横截面视图提供了ME的早期检测。文章提出了一种新的算法, 即改进遗传算法和最佳熵法相结合的方法, 可以在前期工作的基础上提高时间效率, 从5s提高至0.7s。算法首先对图像预处理, 排除血管和散斑噪声对分割效果的影响, 再将信息熵作为遗传算法(GA)的适应度函数, 将最大熵作为遗传算法的收敛准则。经过遗传操作, 得到最佳阈值, 对黄斑水肿OCT图像进行分割, 然后对得到的二值图像进行边界平滑处理, 得到最终的分割图像。所述方法对300张黄斑水肿OCT图像进行了分割, 与Canny算子、OTSU分割算法和临床医生手动分割结果相比较。结果表明, 算法能够快速准确提取黄斑水肿区域, 为临床诊断和治疗提供了定量分析的工具。
光学相干层析成像 黄斑水肿 遗传算法 最佳熵阈值算法 图像分割 optical coherence tomography macular edema genetic algorithm optimal entropy threshold algorithm image segmentation
上海理工大学 教育部现代微创医疗器械及技术工程研究中心 生物医学光学与视光学研究所， 上海 200093
散斑存在于光学相干层析成像(OCT)信号中，不可避免地影响OCT图像质量。通过对OCT系统中的噪声源进行分析，提出了一种傅里叶域OCT图像散斑噪声降噪的分数阶积分算法。为了克服单纯主观视觉判别图像质量的局限性，均方误差、峰值信号噪声比和边缘保护系数被选为图像去噪评估标准。通过实验与中值滤波和维纳滤波方法进行比较，结果表明，该算法可以有效地保留OCT图像中的重要边缘细节信息，同时有效消除噪声，使图像细节清晰，提高图像质量。
光学相干层析成像 散斑噪声 图像去噪 分数阶积分算法 optical coherence tomography speckle noise image denoising fractional integral algorithm
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Biomedical Optics and Optometry, Shanghai Institute for Minimally Invasive Therapy, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Beckman Laser Institute and Center for Biomedical Engineering, University of California, Irvine, CA 92612, USA
3 Systems Engineering Institute, University of Applied Sciences Western Switzerland, Sion 1950, Switzerland
This study introduced the research and development of a portable and miniaturized system for the measurement of the refractive index of sub-microliter liquid based on a microfluidic chip. A technical method of double-beam interference, was proposed for use in the measurement. Based on this, by using a laser diode as a light source, changes in the refractive index were calculated by utilizing a complementary metal–oxide–semiconductor to detect the movement of interference fringes of the liquid. Firstly, this study simulated the effects of influencing factors on the interference infringes of two Gaussian beams, such as their spot sizes, distance between two beam spots, and detection range. Secondly, this research introduced the system design and construction of the double-beam interference method and analyzed the results of refractive index tests on sub-microliter aqueous glucose solutions with different concentrations. The measurement accuracy reached 10 4 refractive index units. This system has a compact structure and is rendered portable by using batteries for its power supply. The entire system is designed to be a double Z-shaped structure with a length of about 15 cm, a width of 5 cm, and a height of about 10 cm. It can be used to measure changes in the refractive index of sub-microliter to nanoliter liquids based on the use of a microfluidic chip.
120.3890 Medical optics instrumentation Chinese Optics Letters
2019, 17(4): 041201
上海理工大学 教育部微创医疗器械工程中心，上海 200093
扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分，其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中，这两者相互制约。针对这一情况，提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质，将声光可调滤波器（AOTF）和法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽，FFP-TF与之相反，经同步匹配设置后，两者协调工作，能够发挥各自的优势。通过搭建系统，获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出，其光谱是1 235~1 380 nm，调谐范围是145 nm，瞬时线宽小于0.02 nm，扫频速度为1.35 kHz，输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷，实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一，对成像综合性能的优化具有重要意义。
扫频光源 声光可调滤波器 法布里-珀罗可调滤波器 光谱带宽 瞬时线宽 同步匹配 swept source acousto-optic tunable filter Fabry-Perot tunable filter spectral bandwidth instantaneous linewidth synchronization and matching 光学 精密工程
2018, 26(10): 2355
上海理工大学教育部微创医疗器械工程研究中心生物医学光学与视光学研究所，上海 200093
糖尿病性黄斑水肿(DME)是导致成年人失明的主要原因之一，它的病理特征主要表现在视网膜内黄斑处液体的积聚。由于光学相干层析成像(OCT)具有无创性、成像安全快速等特点，在临床上被广泛用于眼科疾病的诊断。本文提出一种分割OCT图像中糖尿病性黄斑水肿的方法，首先通过对图像的预处理，排除散斑噪声和血管对最终分割结果的影响，再用改进的水平集方法有效地解决分割的问题，并计算水肿区域的面积，为后期的临床诊断治疗提供定性和定量的工具，最后将本文方法在15 个患有DME 成人的OCT 视网膜图像上进行验证。结果表明：囊状水肿分割的精确度、灵敏度和Dice 相似性系数分别为81.12%、86.90%、80.05%。
糖尿病性黄斑水肿 光学相干层析成像 水平集 图像分割 diabetic macular edema optical coherence tomography level set image segmentation
