1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学第一医院 神经肿瘤外科, 吉林 长春 130021
针对真彩色微血管减压图像实时语义分割网络参数量大、语义分割精度低的问题，本文提出了一种适用于微血管减压场景的U型轻量级快速语义分割网络U-MVDNet (U-Shaped Microvascular Decompression Network)，该网络由编码解码结构构成。在编码器中设计了轻型非对称瓶颈模块(LABM)对上下文特征进行编码，解码器中引入了特征融合模块(FFM)，有效组合高级语义特征和低级空间细节。实验结果表明：对于微血管减压测试集，U-MVDNet在单NVIDIA GTX 2080Ti上的参数量只有0.66 M，平均交并比(mIoU)达到了76.29%，速度达到140 frame/s，且当输入图像尺寸为
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时，U-MVDNet在嵌入式平台 NVIDIA Jetson AGX Xavier上实现了实时(24 frame/s)语义分割。本文方法未使用任何的预训练模型，参数量少且推理速度快，语义分割性能优于其他对比方法，在分割精度和速度上做到了良好的平衡。同时，还可以方便地在嵌入式平台上开发和应用，性能优越，易于部署。
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院大学, 北京101408
4 亚里士多德大学电子与计算机工程学院, 希腊 塞萨洛尼基 54124
5 亥姆霍兹慕尼黑研究中心生物与医学影像研究所, 德国 慕尼黑 85764
在光声显微成像中,系统的探测灵敏度是决定成像质量和探测深度的关键因素,也将进一步影响光声成像在生物医学领域中的应用范围。通过将微型放大芯片集成至换能器单元,实现信号的前置放大和输出阻抗的匹配,提高了探测灵敏度和信噪比;基于制备的原型换能器搭建了光声显微成像系统,并通过仿体和大鼠耳部血管的三维成像实验,验证了该系统进行高灵敏光声显微成像的可行性。实验结果表明:基于集成放大芯片换能器的光声显微成像技术可使光声信号的信噪比提升10 dB以上,具有应用于微弱生理、病理变化检测和定量分析的潜力。
医用光学 探测灵敏度 光声显微成像 集成放大芯片 微血管
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
提出一种基于扫频光学相干层析术(SSOCT)的重建人体皮下微血管三维结构的新算法。该方法利用搭建的手持式人体皮肤微血管扫频光学相干层析系统,采用多帧B扫描对数强度血流图像微分标准偏差计算,获取人体皮肤在体截面图像和微血管正面图(en face image)。实验结果证明,与现有的对数强度微分标准偏差算法(DSDLI)相比,本文算法能够更好地恢复出血流图像信息,在重建图像中可以明显看到原算法的处理结果中看不出的血流细节,更有利于光学相干层析术(OCT)系统在癌症、糖尿病、酒色斑等疾病在医学诊断方面的现实应用。
成像系统 扫频光学相干断层成像 人体皮下微血管 微分标准偏差算法 对数强度血流图像 多帧B扫描 激光与光电子学进展
2019, 56(23): 231101
1 浙江工业大学 计算机科学与技术学院, 杭州 310023
2 浙江工业大学 信息工程学院, 杭州 310023
提出一种指纹防伪方法, 通过光学相干层析成像获取手指指尖的表皮层指纹、真皮层指纹与汗腺等结构信息, 通过光学微血管造影获取手指指尖下的血流信息, 结合两种技术获取具有动态防伪的指尖生物识别特征体数据.用真指纹和制作的假指纹对传统商业指纹采集仪和所提方法的有效性进行实验验证.结果表明: 传统商业指纹采集仪难以分辨真假指纹, 防伪能力不足; 光学相干层析的指纹成像可利用获取的手指皮下结构有效识别常见的人造指纹制品, 基于真皮层指纹状态判断真假指纹; 利用光学微血管造影获取的手指皮下血流成像, 结合平均光强阈值可实现指纹活体防伪; 所提出的指纹防伪方法的准确率可达100%.
应用光学 相干光 光学相干层析成像 光学微血管造影 真皮层指纹 微血管 生物识别技术 Applied optics Coherent light Optical coherence tomography Optical micro-angiography Dermis fingerprint Blood vessels Biometric technology
南京理工大学电子工程与光电技术学院光学工程系, 江苏 南京210094
搭建了一套能够对人体皮下微血管进行快速成像的手持式扫频光学相干断层成像（OCT）系统，分别使用了无对数补偿的强度差分（PID）算法、有对数补偿的强度差分（LCPID）算法以及结合对数补偿及动态阈值方法的强度差分（MTPID）算法重建了血流分布图像，并对比了三种成像算法得到的微血管正面图。结果表明：LCPID算法能呈现更深层的血流信息，而MTPID算法获得了更多的血流分布细节信息和更高的图像清晰度，其优越性对OCT系统在医用光学方面的应用具有重要意义。
医用光学 微血管 手持式 扫频光学相干断层成像 动态阈值 对数补偿 中国激光
2018, 45(11): 1107002
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
血流是衡量机体生理功能和病理状态的重要指标，血流检测需要一种有效的、活体、无标记、毛细血管水平的三维血流灌注成像手段。光学相干血流运动造影(OCTA)技术将血红细胞与周围组织的相对运动作为内源性的血流标记特征，取代常规外源性的荧光标记物。综合利用光学低相干技术的空间散射信号收集能力以及动态光学散射技术的运动识别能力，在三维空间中识别动态血流区域，剔除静态周围组织，实现一种活体、无标记、三维光学血流运动造影，快速获取毛细血管水平的血流灌注形态结构与生理功能信息。针对多样本OCTA技术进行了系统性的回顾，主要包括无标记血流造影的运动对比度机制，微小血流运动高灵敏度检测方法，独立多样本的高效并行采集策略，以及该技术在脑皮层血流成像中的应用研究。
医用光学 光学相干层析 微血管造影 运动对比
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
光学相干层析技术(OCT)能对生物样品进行高分辨、无损的结构成像。通过分析信号中相位或强度的变化，可将成像样品中的运动组织和静态组织区分开，进而提取样品的流场信息；总结了多种血管中血流形态信息的测量方法。OCT不需要注入其他辅助试剂即可对皮肤或眼睛的血管部位成像，逐渐成为临床上血管微循环测量的有力手段。对傅里叶OCT(FD-OCT)中基于强度或相位原理的血管检测和流场测量的6种典型方法进行综述，包括相位多普勒分辨、相位多普勒方差、基于强度的相位多普勒方差、散斑方差、分频幅去相干血管造影和光学微血管造影。在解决相位稳定、流速测量、信噪比、实时性等问题上，每种方法都有各自的优缺点。通过进一步理解成像原理,介绍了一系列的优化造影方法。最后，对这些技术的发展和应用进行了展望。
生物光学 光学相干层析技术 微血管造影 流场检测
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼探测器为核心器件搭建了一套液晶自适应光学(AO)视网膜成像系统。通过计算哈特曼光斑图和视网膜图像的调制传递函数（MTF）定量分析了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响，结果表明哈特曼光斑图的MTF优于视网膜图像的MTF，说明眼内杂散光降低了视网膜的成像质量。根据眼内散射光偏振状态改变的特点，系统采用偏振光照明，抑制眼内散射光；利用补偿镜和位于眼前1 m位置处的视标，使照明光准确聚焦在视网膜血管层上，抑制视网膜多层组织反射杂光。通过对比实验，证明以上方法在一定程度上抑制了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响。最后对4名志愿者进行了视网膜血管自适应成像实验，均获得了清晰的眼底视网膜血管图像。
自适应光学 微血管成像 杂散光 偏振光 1 m-1视标 光学学报
2014, 34(10): 1011004
华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室,中国湖北,武汉,430074
利用CCD显微成像技术和激光散斑技术,对局部加热(41℃～54℃,30min)下大鼠小肠肠系膜微血管的管径(直径约15μm～50μm)和血流速率的变化进行实时、在体监测,并由二者计算血流量的变化.结果表明:41℃、43℃、45℃、46℃各温度点30min的加热过程中,血流速率变化平缓,血管管径和血流量明显增加,最终均逐渐趋于恒定.49℃时,血流速率仅在前12min内增加,30min时已降至低于初始值;血管管径及血流量在14min时达最大后开始减小,加热停止?比跃筛哂诔跏贾?温度高于49℃时(51℃、54℃)血流速率、管径、血流量呈现先升高后下降的变化趋势,在30min时,三者均低于初始值.由此可知,加热时间为30min,大鼠肠系膜微血管的临界温度为49℃;在相同的时间条件下,热损伤速率随温度升高而增加.
热疗 微血管管径 血流量 CCD显微成像 激光散斑 hyperthermia microvessel diameter blood flow CCD microscopic imaging laser speckle
