作者单位
摘要
1 河北大学生命科学学院, 保定 071000
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
3 河南科技大学信息工程学院, 洛阳 471023
视网膜极易因激光意外事故、中枢神经或视网膜退行性疾病发生异常改变, 严重威胁视功能。目前, 仍没有针对哺乳动物视网膜损伤的完善修复机制。视网膜“干细胞”穆勒胶质(MG)细胞不能自发进入细胞周期, 基因编辑手段可使MG细胞转分化, 从而具有视网膜祖细胞的能力。转分化相关信号通路及调控因子对MG基因组重编程至关重要。基因编辑治疗利用腺病毒、慢病毒等载体将外源基因导入体内, 促使哺乳动物受损视网膜中MG细胞激增和去分化, 损伤的视网膜神经元再生。与传统药物治疗需要长期服药相比, 基因疗法的出现有望实现通过一次治疗达到修复目的。文章就视网膜修复机制、调控视神经再生的信号通路以及基因治疗修复损伤视网膜研究现状和应用过程中存在的问题进行综述, 并展望未来相关的发展趋势。未来基因编辑治疗将会给视神经再生修复研究带来深刻变革, 为视网膜疾病的治疗带来新的曙光。
视网膜损伤修复 视神经再生 视网膜祖细胞 基因治疗 基因编辑技术 retinal damage repair optic nerve regeneration retinal progenitor cells gene therapy gene editing technology 
激光生物学报
2023, 32(5): 0414
光电工程
2023, 50(10): 230161
作者单位
摘要
1 昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学 云南省人工智能重点实验室, 云南 昆明 650500
视网膜血管的自动分割技术有助于早期诊断和治疗与视网膜相关的疾病。由于视网膜血管结构复杂且精细, 眼底图像存在着低对比度、光照不均以及病理性渗出物等因素的干扰, 导致该任务仍然具有挑战性。针对该任务主流框架U-Net中未考虑全局语义依赖关系以及编码器和解码器之间的语义鸿沟问题, 提出了一种同尺度和跨尺度增强的U-Net模型。从两个角度对该模型进行设计: 对于同一尺度的编码-解码层, 一种空间增强的自注意力机制被嵌入到每个编码层中以增强模型的全局空间聚合能力, 并进一步将其拓展到解码端来缓解解码过程中上采样操作带来的信息丢失等问题; 对于不同尺度的编码-解码层, 引入了一种新颖的跨尺度融合模块, 通过动态地选择最深层中丰富的特征信息来增强与其它层之间的语义交互, 从而进一步弥合编码器和解码器之间的语义鸿沟。在DRIVE、CHASE_DB1和STARE三个视网膜标准数据集上进行了实验验证, 实验结果表明I2A-Net能有效地分割出视网膜血管结构, 相比与基线模型, 在各项评价指标上均取得了较高的提升。
深度学习 视网膜血管分割 空间增强的自注意力机制 跨尺度融合模块 deep learning retinal vessel segmentation U-Net U-Net spatial enhanced self-attention mechanism cross-scale fusion module 
光学技术
2023, 49(4): 487
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Biomedical Engineering of Hainan Province, School of Biomedical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, P. R. China

In ophthalmology, retinal optical coherence tomography (OCT) images with noticeable structural features help identify human eyes as healthy or diseased. The recently hot artificial intelligence (AI) realized this recognition process automatically. However, speckle noise in the original retinal OCT image reduces the accuracy of disease classification. This study presents a time-saving approach based on deep learning to improve classification accuracy by removing the noise from the original dataset. Firstly, four pre-trained convolutional neural networks (CNNs) from the ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge (ILSVRC) were trained to classify the original images into two categories: The noise reduction required (NRR) and the noise-free (NF) images. Among the CNNs, VGG19_BN performed best with 98% accuracy and 99% recall. Then, we used the block-matching and 3D filtering (BM3D) algorithm to denoise the NRR images. Those noise-removed NRR and the NF images form the processed dataset. The quality of images in the dataset is prominently ameliorated after denoising, which is valid to improve the models’ performance. The original and processed datasets were tested on the four pre-trained CNNs to evaluate the effectiveness of our proposed approach. We have compared the CNNs, and the results show the performance of the CNNs trained with the processed dataset is improved by an average of 2.04%, 5.19%, and 5.10% under overall accuracy (OA), Macro F1-score, and Micro F1-score, respectively. Especially for DenseNet161, the OA is improved to 98.14%. Our proposed method demonstrates its effectiveness in improving classification accuracy and opens a new solution to reduce denoising time-consuming for large datasets.

Optical coherence tomography deep learning retinal disease classification 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2350008
作者单位
摘要
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院,辽宁 大连 116024
2 大连医科大学附属第二医院眼科,辽宁 大连 116027
光学相干层析成像(OCT)是一种高速、高分辨率的生物医学成像技术,可实现微米级分辨率和毫米级深度成像。宽带光谱仪是其核心器件,直接决定了系统的轴向分辨率。面向小鼠视网膜高精度成像需求,笔者设计了一套基于自制光谱仪的OCT系统,并提出了一种基于系统性能指标(轴向分辨率和灵敏度下降)的光谱仪标定方法。通过理论计算和仿真,确定了光学器件的参数,并搭建了包括透镜、光栅和线扫描相机等硬件的系统。利用实验数据和光谱仪标定方法对光谱仪性能进行评估,结果表明:系统的有效成像深度可达2.5 mm,轴向分辨率优于3 μm,成像速率为100 kHz,成像范围内的灵敏度下降了23 dB,达到了OCT的应用需求。最后,将所搭建的光谱仪应用于小鼠视网膜成像实验,获得了良好的小鼠视网膜断层图像,并基于断层图像对两种不同小鼠视网膜各层的厚度进行了对比研究。
医用光学 光学相干层析成像 光谱仪 标定 视网膜成像 
中国激光
2023, 50(21): 2107112
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
精准的视网膜血管分割可以辅助诊疗如糖尿病、高血压等疾病。眼睛血管结构和病理特征的复杂性导致血管分割的精度和速度都存在很多局限。为了克服这一问题,提出了一种改进的U-net分割方法,该方法将U-net网络解码器和编码器中的卷积模块改为残差模块,使用非局部注意模块连接编码器和解码器。网络模型在不增加参数量的情况下,通过添加残差模块和注意力机制提高了像素之间的信息相关性以及模型提取特征的能力。最后,采用DRIVE数据集对所提模型与原U-net网络进行对比评价,新模型在测试集上的特征检测准确率、特异性、灵敏度和Dice系数分别达到了0.9679、0.9896、0.8245和0.8281。实验结果证明,所提网络模型可对视网膜进行精确地血管分割。
图像分割 视网膜图像 残差模块 卷积神经网络 image segmentation retinal image residual module convolutional neural network 
光学仪器
2023, 45(4): 24
作者单位
摘要
浙江理工大学 物理系 浙江省光场调控技术重点实验室,杭州 310018
为克服非相干光源照明条件下基于全息光学元件的视网膜投影显示系统存在的色散、出瞳小、无法获得单眼调焦深度信息等局限,提出了一种基于双全息光学元件的3D视网膜投影显示器。用全息光学元件取代玻璃透镜,用发光二极管取代激光。用反射型体全息光栅和反射型体全息透镜构成的光学结构对系统的色散进行补偿,获得了清晰的图像,系统分辨率达到11.6 lp/mm。结合双全息光学元件结构,利用时分复用技术和角度复用技术实现了具有密集视点的3D视网膜投影显示。该结构可有效扩展系统的出瞳,解决视网膜投影显示系统出瞳小的问题。同时在0.45~2.0 m的深度范围内,实现具有单眼调焦深度信息的真3D显示,显示范围覆盖人眼的辐辏调焦响应敏感范围,可有效缓解辐辏调焦矛盾引起的眩晕和视觉疲劳问题。该系统结构紧凑、价格便宜且避免了散斑噪音和安全隐患,具有良好的应用前景。
视网膜投影 近眼显示 时分复用 全息光学元件 色散 Retinal projection Near-eye display Time division multiplexing Holographic optical element Dispersion 
光子学报
2023, 52(6): 0611002
张林 1吴闯 1范心宇 1宫朝举 1,2[ ... ]刘辉 1,*
作者单位
摘要
1 中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
2 徐州市第一人民医院眼科,江苏 徐州 221116
基于眼底图像的视网膜血管精确分割对眼科疾病诊断意义重大。但视网膜血管结构高度复杂,多尺度及前、背景比例失衡,自动分割困难。因此,本文提出自适应补偿网络(SACom)实现端到端的视网膜血管精确分割。SACom以U型网络为基本框架,首先在编码器端引入可变形卷积提高复杂血管结构信息学习能力;然后在U型网络底部设计自适应多尺度对齐上下文模块提取并聚合多尺度上下文信息,对齐上下文特征;最后在解码器端设计协同补偿分支,融合多级输出提升模型的映射能力,实现精细分割。实验结果表明,SACom可有效提高视网膜血管的分割精度,在DRIVE、CHASE_DB1和STARE三个公共数据集上的准确率分别达到0.9695、0.9763和0.9753,灵敏度分别达到0.8403、0.8748和0.8506,曲线下面积(AUC)分别达到0.9880、0.9917和0.9919。
图像处理 视网膜血管 可变形卷积 上下文对齐 特征自适应融合 
光学学报
2023, 43(14): 1418001
作者单位
摘要
兰州交通大学 电子与信息工程学院,甘肃兰州730070
针对沙尘环境下室外图像存在的色差,低对比度以及低清晰度的问题,提出一种基于RGB色彩平衡方法的沙尘降质图像增强算法,该算法主要包括色彩校正、对比度提升两个任务。针对沙尘图像色彩分布的特殊性以及灰色世界算法的启示,提出了保持颜色分量均值的RGB色彩平衡方法(RGBCbm),使得RGB三通道分量根据颜色分量的均值进行拉伸,有效去除了图像中沙尘造成的色幕问题,进一步采用带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法提高色彩校正结果;利用相对全局直方图拉伸算法结合Lab颜色模型对图像的对比度、色彩以及明亮度进行最后的增强和校正。对实验数据进行测试,结果表明,该算法可以有效解决各类沙尘降质图像的色差问题,并在提高图像色彩丰富性和对比度的同时增强图像细节的清晰度。与其他先进算法相比,水下图像质量指数和图像对比度指数分别达到了0.602和0.994,分别提高了0.140和0.018。
计算机视觉 沙尘图像增强 色彩平衡 颜色校正 多尺度视网膜增强算法 相对全局直方图拉伸算法 computer vision sand dust image enhancement color balance color correction multi-scale retinal enhancement algorithm with color restoration algorithm elative global histogram stretching algorithm 
光学 精密工程
2023, 31(7): 1053
作者单位
摘要
成都工业学院 电子工程学院,四川 成都 611730
目前VR/AR(虚拟现实/增强现实)显示技术深受市场欢迎,应用十分广泛,国内外各类近眼显示设备也深受消费者的青睐,各类近眼显示设备成像原理和采用的光学元件各有不同。本文对当下各种近眼显示成像技术进行了概括和分类,介绍了目前比较常见的几类近眼显示光学系统。针对双目视差显示系统、视网膜成像显示系统、集成成像近眼显示系统和全息技术近眼显示系统进行了介绍,深入剖析了几种典型近眼显示系统的技术原理和光路结构。提出了一种双目视网膜投影成像三维(3D)显示装置,将双目视差技术与视网膜投影技术相结合,实现了结构紧凑、无辐辏聚焦冲突、高清晰度的视网膜投影成像立体显示效果。对各类近眼显示技术的发展、更新以及各自技术的特点和研究进展进行了归纳总结,对近眼显示技术的发展方向进行了展望。
近眼显示技术 头戴显示 双目视差 视网膜成像 集成成像 全息技术 near-eye display technology head-mounted display binocular parallax retinal imaging integral imaging holographic technology 
液晶与显示
2023, 38(4): 448

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