上海理工大学健康科学与工程学院，上海介入医疗器械工程技术研究中心，教育部医学光学工程中心，上海 200093
在眼底图像的分类任务中，卷积神经网络(CNN)的应用较为普遍，但随着Transformer应用的推进，Vit(Vision Transformer)模型在医学图像的领域上展现了更高的性能。然而Vit模型通常需要在大型数据集上预训练，受医学图像获取成本较高的限制。因此，本文提出一种基于EfficientNet-Vit集成模型的眼底图像分类方法，此方法将卷积神经网络模型EfficientNetV2-S和Vit模型相结合，分别使用两种完全不同的方法提取眼底图像的特征，通过自适应加权融合算法计算得到最优加权因子0.6和0.4，利用加权软投票法进行模型集成，从而获得更好的分类结果。实验证明，相比于集成前，集成后的模型分类准确率分别提高了0.5%和1.6%。
生物光学 眼科学 眼底疾病 图像分类 集成模型 加权融合 中国激光
2022, 49(20): 2007205
1 上海理工大学医疗器械与食品学院生物医学工程系，上海介入医疗器械工程技术研究中心，教育部医学光学工程中心，上海 200093
2 四川省绵阳市第三人民医院，四川 绵阳 621000
眼底照相是获取眼部图像的主要技术之一。利用眼底相机对视网膜病变区域进行拍摄可以获得清晰的图像，从获取的图像中能够直接观察到眼球中的渗出物、出血点和微血管瘤，根据检测出的病灶类型、数量和位置等信息可进行糖尿病视网膜病变分类。基于此，本文利用深度神经网络对糖尿病视网膜病变进行自动分类识别，提出了一种体系结构简单、在通用设备上运行速度快的卷积神经网络CA-RepVGG(CA代表Channel Attention，RepVGG为现有模块)。利用单路极简结构的RepVGG模块替代复杂的可使用性较差的模块作为分类模型的主体部位，并选用高效通道注意力机制ECA替代压缩注意力机制SE，以此来提升模型对病变分级的能力。此外，本文还将CA-RepVGG模型与传统的分类模型VGG-16、Inception-V3、ResNet-50和ResNext-50模型进行了比较。从比较结果可以看出，虽然CA-RepVGG模型的参数量最大，但由于其是单分支结构，且只有3×3卷积块，因此它的模型复杂度并不高，分类速度很快，比另外4个模型中分类速度最快的ResNet-50还高出15.3%。另外，利用两个混淆矩阵展示了所提模型的分类结果，其在两个数据集上的准确度都超过了92.4%，精确度不低于91.6%，灵敏度在93.8%以上。从实验结果可知，所提模型不仅可对糖尿病视网膜病变进行分类，而且相比其他现有模型具有一定的优越性。若将该模型应用在临床上，可以提高专业眼科医生在眼科疾病上的诊断效率。
医用光学 眼科 糖尿病视网膜病变分级 眼底照相机 深度学习 眼底图像 自动检测 中国激光
2022, 49(11): 1107001
1 西安交通大学第一附属医院眼科，陕西 西安 710061
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
眼球是机体的视觉器官，同时也是一个良好的光学模型，因此激光技术在眼科得到了广泛的临床应用，覆盖了几乎眼部各个亚专业疾病的诊断与治疗。目前，激光在眼部的应用主要借助其高空间分辨率、高空间定位精度，以及激光的热效应、光化学效应、光爆破效应、光切割效应和生物调节作用等实现。本文综述了激光在眼科各领域的应用现状，并结合激光技术本身的不断发展，总结了激光技术在眼科的临床应用进展及未来可能的突破点。
激光技术 眼科激光应用 光爆破效应 光切割效应 光热效应 光化学效应 光生物调节效应
福建医科大学医学技术与工程学院，福建 福州 350004
光声成像技术是一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法，它有效结合了声学成像和光学成像的优势，可得到高分辨率和高对比度的生物组织结构及功能图像，为疾病的早期诊断及评估等提供重要依据。然而，任何单一的成像技术在具备其独特成像优点的同时都不可避免存在一定的局限性。将光声成像与其他成像技术如光学相干层析成像、超声成像等成像技术相结合形成多模态成像系统，可以实现各成像技术的优势互补，使其具有更好的成像深度和空间分辨率，提供更加全面的生物组织信息。多模态光声成像技术已经应用到了各种疾病的诊断与治疗中，其在眼科学中的应用潜力也正在被人们发掘，多模态光声眼部成像不仅可以提供眼部解剖学信息，而且可以提供一定的功能信息。在一些眼部疾病发生发展过程中会伴随着一些参数指标的改变，如血氧饱和度、氧代谢率、分子标志物等，通过实时定量测量眼内相关参数变化，可以早期精准监测和诊断眼部疾病。概述了多模态光声成像技术及其在眼科学中的应用研究进展情况，并尝试对其未来发展情况进行了探讨。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617014
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China
2 National Innovation Center for Advanced Medical Devices, Shenzhen 518131, China
3 GBA Branch of Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510530, China
4 School of Biomedical Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China
5 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Electronics and Information Technology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
6 State Key Laboratory of Ophthalmology, Zhongshan Ophthalmic Center, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510060, China
7 School of Artificial Intelligence, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
In this paper, we propose and demonstrate a dual-beam delay-encoded Doppler spectral domain optical coherence tomography (OCT) system for in vivo measurement of absolute retinal blood velocity and flow with arbitrary orientation. The incident beam is split by a beam displacer into two probe beams of the single-spectrometer spectral domain OCT system with orthogonal polarization states and an optical path length delay. We validate our approach with a phantom and in vivo experiments of human retinal blood flow, respectively.
optical coherence tomography ocular perfusion optic nerve head ophthalmology Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011701
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Department of Ophthalmology, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430022, China
3 School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China
Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(3): 321–328
1 广州浩康生物科技有限公司, 广州 510660
2 华南师范大学生物光子学研究院, 广州 510631
宽场光学相干层析成像技术(WF-OCT)是光学相干成像技术领域的一个新方向。其接收干涉信号获得样品的二维信息, 一次性建立样品整个断面的图像, 可快速高效地获得样品的成像信息, 以实现对物体特质的研究。本文就WF-OCT的基本原理、系统的基本构成及特点, 以及近年来在眼科疾病诊断方面的应用进行了综述, 可为WF-OCT仪器的设计及其在眼科医学中的应用提供思路和参考。
光学相干层析成像技术 宽场 眼科医学 血管造影术 眼底疾病 optical coherence tomography wide field ophthalmology angiography fundus diseases
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Lab of Modern Optical Instrumentation College of Optical Science and Engineering Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, P. R. China
2 Eye center of the Second Affiliated Hospital College of Medicine, Zhejiang University Hangzhou, Zhejiang 310003, P. R. China
3 International Research Center for Advanced Photonics Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, P. R. China
To accurately guide surgical instruments during ophthalmic procedures, some necessary intraoperative depth perception is required, which standard surgical microscopes supply limitedly. Intraoperative optical coherence tomography (iOCT), combining optical coherence tomography (OCT) technology and surgical microscope, enables noninvasive, real-time and highresolution cross-sectional imaging. Currently, though iOCT enables structural imaging, little research has been done on intraoperative angiography. In this work, we presented a swept-source intraoperative OCT angiography (SS-iOCTA) system based on a standard surgical microscope, which provides both structural and angiographic images. The feasibility of the proposed SSiOCTA was confirmed through deep anterior lamellar keratoplasty (DALK) of ex vivo porcine eyes and blood perfusion imaging of in vivo rat cortex. High-resolution intraoperative feedback, including sub-surface structure and angiogram of biological tissue, can be visualized simultaneously with the SS-iOCTA system, which expand the surgeon's capabilities and could be widely used in clinical surgery.
Biomedical imaging optical coherence tomography optical coherence tomography angiography ophthalmology deep anterior lamellar keratoplasty. Journal of Innovative Optical Health Sciences
2021, 14(1): 2140009
1 加州大学戴维斯分校医学院, 加利福尼亚州, 戴维斯 95616, 美国
2 加州大学戴维斯分校生物医学工程学院, 加利福尼亚州, 戴维斯 95616, 美国
3 波士顿大学医学院, 马萨诸塞州, 波士顿 02118, 美国
4 伊利诺伊大学芝加哥分校生物工程学院, 伊利诺斯州, 芝加哥 60612, 美国
5 俄勒冈健康与科学大学生物医学工程学院, 俄勒冈州, 波特兰 97239, 美国
鉴于动物研究在基础研究中的重要作用,近年来几种在人眼视网膜成像中广泛应用的光学成像技术也在动物视网膜中得到了成功应用,无需组织学切片即可实现对动物视网膜的高精度细胞级别成像,这为使用动物视网膜进行基础研究的科研工作者提供了强有力的工具。与之相应的是,动物视网膜的研究工作中也开发了一些新型的、可以应用于人眼的成像技术,或者增强了对人眼视网膜功能机理的理解。结合自身在小鼠视网膜多种活体成像方式上的技术积累和研究经历,从若干方面阐述了近年来在小鼠和人眼视网膜高精度光学成像领域出现的技术突破,侧重于展示当前技术所能达到的成像水平,希望能起到抛砖引玉的效果,为促进动物视网膜影像和人眼视网膜影像之间的相互交流和相互促进起到积极的作用。
医用光学 眼科 成像系统 眼科光学与设备
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
