1 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所, 北京 100850
2 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所, 北京 100850河南科技大学信息工程学院, 洛阳 471023
3 河南科技大学信息工程学院, 洛阳 471023湖南三一工业职业技术学院, 长沙 410129
4 河南科技大学信息工程学院, 洛阳 471023
深度学习作为机器学习领域的重要研究方向, 其强大的特征学习能力以及优秀的可移植性使得深度学习技术渗入到科学研究的各个领域, 尤其是深度学习中前沿领域的成果对医学图像的识别、分类、分割、量化等方面起到了积极作用。光学相干断层扫描成像( OCT)技术具有非侵入、分辨率高的特点, 能够无创获取生物组织内部微米级的高分辨率三维切面图像, 在生物医学的眼科、血管、皮肤科等方面有着广泛应用。本文首先介绍了 OCT及深度学习的基本原理以及二者相结合在皮肤领域的应用优势, 然后详细阐述了深度学习在皮肤 OCT医学图像领域的应用, 主要包括在皮肤癌的分析分类、美容领域、指尖图像的分割以及在损伤皮肤的定性定量评估中的应用。
光学相干断层扫描成像 医学图像 深度学习 皮肤疾病 卷积神经网络 optical coherence tomography medical imaging deep learning skin disease convolutional neural network
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 下一代互联网接入系统国家工程研究中心，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学无锡研究院，江苏 无锡 214174
光纤超声换能器是近年来迅速发展的一种新型超声检测技术，它具有光纤传感器小尺寸和易复用组网的特点。相比于传统超声换能器技术，光纤超声换能器表现出更高的灵敏度、更大的带宽和更好的抗电磁干扰性能，在高分辨率成像、工业无损检测和局部放电等领域具有巨大的应用潜力。光纤超声换能器主要涉及光纤超声发射和光纤超声探测技术，本文综述了这几类技术的机理和发展现状，并总结了光纤超声检测技术的应用场景和面临的技术挑战。
传感器 光纤换能器 光声效应 超声发射 超声检测 医学成像 无损检测 局部放电 中国激光
2022, 49(12): 1210001
光学 精密工程
2022, 30(10): 1203
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrumentation and Optoelectronic Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Hangzhou Innovation Institute of Beihang University, Hangzhou 310051, China
3 Beihang Hangzhou Innovation Institute Yuhang, Hangzhou 310023, China
4 Research Institute for Frontier Science, Beihang University, Beijing 100191, China
We propose a dual-mode optically pumped magnetometer (OPM) that can flexibly switch between single-beam modulation mode and double-beam DC mode. Based on a miniaturized vapor cell, the double-beam DC mode achieves a sensitivity of with probe noise below and working bandwidth over 65 Hz. This mode is designed to precisely measure the noise floor of a mu-metal magnetic shield. The single-beam modulation mode (sensitivity ) exhibits bandwidth characteristics suitable for biomagnetic measurements. Thus, our design is suitable for a miniaturized OPM with multiple functions, including magnetic-shield background noise measurement and medical imaging.
optically pumped magnetometer atomic optics dual-mode magnetometer magnetoencephalography medical imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(8): 081202
香港中文大学计算机科学与工程系， 香港 999077
近年来，深度学习在一些具有挑战性的高难度问题中取得了巨大的成功，这其中就包含深度学习在医学图像分析中的应用。率先提出并采用三维卷积神经网络从核磁共振图像中自动检测大脑微出血。为了减少肺结节自动检测中的假阳性，设计了考虑多级上下文信息的三维卷积神经网络框架，并进一步提出了一种新颖高效的三维神经网络，配备了三维深度监督机制，从而全面解决了三维网络优化难点和医学训练样本不足的挑战。对深度学习的成功应用涵盖了广泛的医学图像模式，包括组织病理学成像、超声成像、MR/CT成像和皮肤镜成像等。同时，虚拟现实在临床中的应用也取得了长足进步，基于虚拟现实的手术模拟成为一种经济且有效的临床培训手段。通过医学成像、运动追踪、物理模拟、触觉反馈和视觉呈现的智能集成来构建逼真的虚拟环境，从而实现提供外科手术专业培训的目标。主要介绍了使用深度学习进行医学图像分析的最新工作，以及开发的基于虚拟现实的一系列手术模拟系统。
医学影像 手术模拟 人工智能 深度学习 虚拟现实 medical imaging surgical simulation artificial intelligence deep learning virtual reality
1 山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 255000
2 中国科学院上海高等研究院, 上海 201204
3 新疆医科大学中亚高发病成因与防治国家重点实验室, 乌鲁木齐 830001
X射线诱导声学计算机断层成像(XACT)作为近几年来发展起来的生物医学成像手段之一, 因其具有低X射线辐射剂量、快速三维成像以及多角度可选采集等优点而受到广泛的欢迎, 在生物医学成像方面具有很大的发展潜力。本文总结了XACT的发展背景及研究进程, 并对成像原理进行了详细阐述, 然后分别对基于单元探测器、环形探测器、半球形探测器以及平面矩形探测器的四种成像模式进行了系统的介绍, 同时简单介绍了该技术在乳腺、前列腺及骨密度成像等生物医学领域中的应用。最后, 我们对该技术在X射线剂量监控、质子治疗过程监控以及与同步辐射光源结合进行多模态成像等方面做出展望。多模态成像提供的多维、多尺度的影像学信息将为相关疾病的早期发现、诊断以及治疗监控、效果评估等提供重要参考。
X射线 诱导声 断层成像 医学成像 多模态成像 X-ray induced acoustics tomography medical imaging multi-modal imaging
1 清华大学生物医学工程系, 北京 100086
2 清华大学电子工程系, 北京 100086
光声计算断层成像是近年发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法,其临床应用对成像精度要求较高。生物组织内声速分布的不均匀性时常造成重建的光声图像中存在较为严重的伪影。实现光声IP和声速分布的联合重建是改善成像效果、去除成像伪影的重要途径之一,也是仅通过光声单一模态的信息获取就可以获得多模态信息(包括光学和声学信息)的崭新途径。总结了几种本研究组近年来开发的光声-声速联合重建方法,包括基于特征耦合、基于波前整形以及基于信号互补的方法。同时,分析了这几种方法的优劣势和适用场景,以期帮助人们更好地利用这些方法解决光声图像质量提高和多模态图像获取的问题。
医用光学 光声成像 医学影像 声速矫正 声速断层成像 多模态成像 中国激光
2021, 48(15): 1507001
1 四川大学材料科学与工程学院，四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621900
太赫兹波所具有的无损性以及大量生物分子在太赫兹频段的指纹特性，使其在医学成像领域有着良好的应用前景。本文首先简要概述了太赫兹的医学成像技术手段，其次分别介绍了太赫兹在离体、活体组织中成像的研究现状。生物组织中的水会对太赫兹波产生强吸收，使得成像对比度受限。目前，为了减少组织中的水对成像的影响，针对离体组织的太赫兹成像大多需要进行切片、脱水等预处理，活体中的成像则主要应用在浅表组织。文章重点介绍了活体成像中有望提高太赫兹成像对比度的纳米粒子造影剂，最后对太赫兹医学成像的发展进行了展望。
太赫兹 医学成像 对比度 造影剂 terahertz medical imaging contrast contrast agents
1 南京信息工程大学 自动化学院, 江苏 南京 21004
2 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学 大气物理学院, 江苏 南京 210044
随着医疗显示技术的进步, 医疗内窥镜摄像系统已经由主流的2D(Two Dimensions)显示向3D(Three Dimensions)显示发展, 图像清晰度也从高清(High Definition, HD)向超高清(Ultra High Definition, UHD)转变。因此, 本文设计开发了一种基于FPGA的4K(3 840×2 160)裸眼立体显示系统。首先, 系统对双路3G-SDI图像采集并进行YUV到RGB的格式转换。其次, 使用Xilinx提供的VPSS核实现图像的缩放, 同时解决高速图像数据带宽与DDR3存储器带宽间的匹配问题。最后, 通过SBS(Side by Side)的拼接方式, 将满足立体图像输出格式的视频源通过立体显示器输出。该系统从前端立体图像的采集到后端立体图像的输出, 需要经过格式变换、缩放、缓存、同步以及拼接等多个处理过程。实验结果表明, 采用参考时钟为148.5 MHz的双路SDI输入, 经FPGA的实时处理后可实现分辨率为3 840×2 160、刷新率为60 Hz的SBS拼接格式图像, 该图像可直接驱动裸眼立体显示器。
医疗成像 立体显示 medical imaging stereoscopic display FPGA FPGA 4K 4K
