南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
以散斑噪声为主的噪声干扰严重影响视网膜光学相干层析（OCT）图像质量。深度学习是一种有效的去噪方法。但对活体成像而言，其很难获取多帧配准的真值图像，这影响了监督学习方法的效果。提出一种无监督深度残差稀疏注意力网络用于视网膜OCT图像去噪，并分别从视觉评价和数值评价两方面与传统的三维块匹配滤波去噪算法和经典的深度学习去噪网络进行对比。研究了监督学习与无监督学习策略下3种卷积神经网络的去噪性能，并利用公开的视网膜OCT图像数据集进行泛化能力测试。实验结果表明：所提算法的视觉评价和数值评价均具有良好的降噪效果，可以实现视网膜OCT图像高质量降噪，具有较强的泛化性，而且与监督学习相比，无监督学习在数据集不充分时仍能获得较好的降噪性能，可以有效地辅助医生进行准确高效的临床诊断。
光学相干层析技术 视网膜 图像去噪 深度学习 无监督学习 光学学报
2023, 43(20): 2010002
近视是一种常见眼病, 在我国儿童青少年群体中发病率高, 并逐渐呈低龄化趋势。中高度近视会造成多种严重眼科并发症, 高度近视或将成为全球首要致盲病因。基于周边离焦学说论述渐进多焦眼镜、周边离焦框架眼镜、多点正向离焦近视眼镜、软性角膜接触镜和角膜塑形镜等光学矫正手段对儿童青少年近视防控研究的进展, 探讨减缓眼轴生长的技术手段, 为儿童青少年近视预防和控制工作提供更多临床指导。
近视 视网膜周边离焦 光学矫正 myopia peripheral defocus of the retina optical correction
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
利用光学相干断层技术（OCT）产生的视网膜疾病图像是分类眼科疾病的重要措施。目的是利用四种不同分类模型的迁移学习方法对糖尿病黄斑水肿、老年性黄斑变性、玻璃疣三种病变的OCT视网膜图像进行自动分类, 实现迁移学习在OCT图像分类上的应用。将VGG-16、Inception V3、MobileNet V2、ShuffleNet-V2这四种神经网络模型在大规模图像分类数据集预训练好后, 进行模型微调和训练参数更新, 进而找到实现上述三种眼科疾病自动分类的最优模型, 达到高效的OCT视网膜病变自动分类效果。实验结果表明, 四种模型中轻量型MobileNet V2经模型微调后的评价指标优于其他模型。
光学相干断层图像 深度迁移学习 视网膜图像 模型微调 optical coherence tomography image deep transfer learning retina image model fine-tuning
武汉工程大学计算机科学与工程学院，湖北 武汉 430205
针对锂电池正负极缺陷造成严重安全事故的问题，提出一种锂电池正负极距离缺陷检测方法。先获取锂电池的X光图像，通过分水岭算法截取图像中的感兴趣区域，并对感兴趣区域进行旋转校正。针对锂电池负极直线区域难以分割的问题，设计水平方向梯度模板提取正极边界，截取锂电池负极直线部分。利用多尺度视网膜增强算法和扩大差分模板提取负极直线。对提取出的负极直线进行水平投影以获取直线纵坐标，根据正极梯度和提取的负极直线获取正负极端点坐标，进而获取锂电池正负极距离。实验结果表明，所提算法的漏检率低，运行稳定，满足工业要求。
图像处理 锂电池 X光图像 分水岭算法 多尺度视网膜增强 梯度投影 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1010001
浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江 杭州 310018
针对糖尿病性视网膜图像数据集的不均衡、组织形态的特征提取不充分、分级准确率不高等问题,本文提出一种基于DR-Net模型的改进识别算法,即Improved DR-Net。选用Kaggle失明检测竞赛数据集APTOS 2019 Dataset,采用多种数据增强策略扩充数据集,并引入Eye-PACS数据集进行无偏修正,同时采用高斯滤波等形态学方法增强眼底图像特征;对ResNext50聚合残差结构进行预训练,通过迁移学习对基线模型进行参数及结构微调;引入空洞卷积代替普通卷积,融合注意力机制进一步优化模型性能。测试结果表明,本文所提的Improved DR-Net模型大大提高了糖尿病视网膜病变分级的准确率:阳性预测值97.9%,阴性预测值98.03%,准确率达到98.04%,远高于同类算法。结合深度学习技术辅助视网膜病变的筛查,对于视网膜病变的早期自动筛查具有一定的指导意义。
图像处理 糖尿病视网膜 深度学习 形态学处理 聚合残差网络 迁移学习 注意力机制 光学学报
2021, 41(22): 2210002
1 湖南师范大学动物肠道功能调控湖南省重点实验室, 长沙 410081
2 湖南师范大学动物营养与人体健康实验室, 长沙 410081
3 浙江大学生命科学学院细胞与发育生物学研究所, 杭州 310058
4 中南大学湘雅二医院耳鼻咽喉科, 长沙 410011
5 湖南师范大学淡水鱼类发育生物学国家重点实验室, 长沙 410081
MYO7A是人类Usher综合征(US)的致病基因。由MYO7A突变导致的Usher综合征病例占Usher综合征1型病例的29%～55%。研究发现人类MYO7A突变能够导致Usher综合征1B型(USH1B), 包括感觉神经性听力损伤及年龄依赖性视网膜色素变性(RP), 但其分子机制尚不清楚。为了研究该基因在内耳及视网膜发育中的具体分子作用机制, 利用Cloning free CRISPR/Cas9基因编辑技术构建斑马鱼myo7ab基因敲除品系。首先, 通过分析软件筛选出该基因的敲除位点, 利用聚合酶链式反应(PCR)技术扩增该基因的向导DNA(gDNA), 再以gDNA为模板转录得到向导RNA(gRNA), 将gRNA和Cas9蛋白共同注射到斑马鱼1细胞期胚胎中; 随后, 进行基因编辑的有效性检测。研究结果表明, CRISPR/Cas9系统对该基因的敲除有效。对其进行进一步筛选, 成功获得斑马鱼myo7ab基因敲除突变品系, 这为研究该基因在内耳及视网膜发育过程中的作用奠定了基础。
斑马鱼 myo7ab基因 内耳及视网膜发育 zebrafish CRISPR/Cas9 CRISPR/Cas9 myo7ab gene inner ear and retina development
北京理工大学 光电学院 机器人与系统教育部重点实验室，北京 100081
仿人眼扫描具有旋转与尺度不变性、背景信息压缩及变分辨率信息采集等优点，但传统的仿人眼扫描方法存在系统结构复杂、扫描速度慢等缺点，提出一种基于透镜畸变实现扫描环增长，采用阿贝棱镜旋转实现对目标视场扫描的仿人眼扫描方法。利用透镜畸变对不同视场下入射光斑进行放大，进而实现仿人眼光斑结构。通过物像关系求解透镜初始参数，将仿人眼扫描光斑的环间增长系数作为透镜畸变优化目标函数，对透镜参数进行非球面优化，获得透镜结构参数。设计的仿人眼扫描系统焦距为14.24 mm，工作距离为25 mm。仿真结果表明：入射高度为20 mm的1×16线阵激光能够对直径为27.66 mm的像面实现16环仿人眼扫描，扫描光斑的最大环增长系数为1.08。相比于传统仿人眼扫描方式，此文提出的方法具有成本低、结构简单、扫描速度快等优点。
光学系统 畸变 阿贝棱镜 仿人眼扫描 optical system distortion Abbe prism retina-like scanning
清华大学 电子工程系 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100084
依靠光学相干层析(OCT)技术能够获得清晰的视网膜结构图, 对于视网膜病变的诊断具有重要的意义。文章回顾了既往研究中典型的视网膜OCT B-scan图像分割算法, 根据算法的输出特征, 将其分为视网膜边界提取法和视网膜层提取法两类, 旨在明确不同的方法获取信息的差异性, 为视网膜病变诊断提供参考。
光学相干层析 视网膜 分割算法 optical coherence tomography(OCT) retina segmentation algorithm
红外与激光工程
2020, 49(8): 20201026
