1 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
2 中国人民解放军总医院第六医学中心，北京 100048
动脉粥样硬化引起的易损斑块破裂已经严重危害到人类的健康，而血管内光学相干断层成像（IVOCT）凭借其高分辨率已经成为识别冠脉易损斑块的主要工具，但图像判读费时费力，通常还依赖于医生的经验。目前已有基于传统机器学习的研究实现了对单帧图像的分类，但这些信息不足以辅助医生确定治疗方案，仍然需要医生二次判读。基于Faster R-CNN（R-CNN，区域卷积神经网络），针对IVOCT图像中易损斑块的特点，在数据增强、预测框（BBox）编码、网络结构等方面进行了改进和优化，实现了对易损斑块的自动识别，并选取易损斑块的病变累积角度、纤维帽厚度、巨噬细胞浸润情况、浅表微钙化情况和血管狭窄程度作为指标，对易损斑块的破裂风险进行多方面评估。在公开数据集CCCV2017 IVOCT中进行训练，测试后取得了较好结果，该方法可推广应用于同类图像。
医用光学 动脉粥样硬化 血管内光学相干断层成像 易损斑块 自动识别 风险评估
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220148
1 华北电力大学电子与通信工程系，河北 保定 071003
2 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室，河北 保定 071003
血管内光学相干层析成像（IVOCT）是目前分辨率最高的血管内成像技术，可以清晰地显示管腔的几何形态及具有近显微特征的血管壁结构。在临床常规应用中，对每段血管会获得数百或上千帧B扫描图像，而人工分析图像耗时费力，结果还可能受到临床医生专业能力的影响。近年来，深度学习技术在医学影像领域不断取得重大突破，也被应用于IVOCT图像的自动分析和处理中。对深度学习在IVOCT研究中的应用现状进行了归纳和总结，主要包括图像分割、组织标定、斑块分类和目标检测，分析了目前存在的问题，并展望了未来可能的发展方向。
血管内光学相干层析成像 深度学习 卷积神经网络 图像分割 组织标定 斑块分类 目标检测 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2200002
1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室，四川 绵阳 621010
针对γ辐射环境下COMS图像传感器所获场景图像中存在斑块噪声的问题，提出了一种基于视频时序相关特性的γ辐射场景图像噪声去除方法。首先根据γ辐射场景视频时序相关特性中的背景相关特性与前景噪斑的瞬态特性，使用帧差法与统计分析法从视频序列图像的残差中得到γ辐射场景图像中亮、暗噪斑的位置分布。然后通过依据CMOS图像传感器承受的累计辐照剂量所设计的帧数判断模型，得到对当前帧图像实现有效修复所需的临近帧图像，再结合亮、暗噪斑的位置分布及噪斑的瞬态特性，根据设计的自适应阈值机制，获得临近帧图像与当前帧图像噪斑位置相同且未受辐射干扰的有效像素值集合，并使用该集合像素值的均值对噪声像素进行恢复。最后采用拉普拉斯锐化滤波器对图像进行后处理以进一步提高图像质量。实验结果表明，所提方法与多种去噪方法相比具有更高的峰值信噪比、结构相似性与主观感知满意度，表明其去噪效率高、细节保留丰富。
图像处理 γ辐射场景图像去噪 斑块噪声 时序相关特性 瞬态特性 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1810005
1 华南师范大学生物光子学研究院, 激光生命科学教育部重点实验室, 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院, 广东省激光生命科学重点实验室, 广州 510631
3 华南师范大学生物光子学研究院, 广东省激光生命科学重点实验室, 广州 510631)
动脉粥样硬化是一种慢性炎症疾病, 是由于机体内脂质代谢异常从而导致富含胆固醇的脂蛋白在动脉壁中大量积累, 进而造成动脉壁增厚、变硬、弹性减退和管腔狭窄的病理改变。据报道, 低剂量弱激光疗法(LDLT)具有保护心血管的作用, 但其发挥作用的机制尚未明确。本研究旨在探索LDLT是否可以延缓动脉粥样硬化疾病的发展。用高脂饮食(HFD)诱导载脂蛋白E缺失(ApoE–/–)的小鼠18周, 以形成血管动脉粥样硬化斑块病变, 在HFD诱导的后10周里每日对小鼠进行LDLT处理。处理结束后, 取小鼠的主动脉、心脏和肝脏等组织进行组织学染色和聚合酶链式反应(PCR)试验, 以判断小鼠动脉粥样硬化病情的发展变化。试验结果显示: 相比对照组小鼠, LDLT处理后的小鼠主动脉斑块面积更小, 同时肝脏内脂质沉积也更少; 另外, 实时荧光定量PCR(RT-qPCR)试验结果显示, LDLT处理显著下调肝脏中参与胆固醇合成的甾醇调节元件结合转录因子2(Srebp2)和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(Hmgcr)的基因的表达。这些试验结果说明LDLT可以改善机体脂质代谢从而对动脉粥样硬化疾病具有改善作用。
低剂量弱激光疗法 动脉粥样硬化 斑块 脂质代谢 小鼠模型 low-dose laser therapy atherosclerosis plaque lipid metabolisim mouse model
安徽升金湖是典型的长江中下游自然通江湖泊湿地, 是越冬候鸟尤其是珍稀鹤类的理想越冬地, 水利设施的修建改变了升金湖的自然连通状况, 使湖泊水位变化受人为控制, 继而引起景观格局变化, 从而影响越冬候鸟生境。 为探究水位波动对越冬候鸟生境影响规律, 基于Landsat-8(OLI)多光谱遥感影像对升金湖土地利用类型进行分类, 结合水位数据和候鸟种群特征数据, 选取景观斑块谱特征指数并对其分级, 分析不同水文期升金湖湿地水位变化规律, 探索湿地景观斑块谱特征时空变化特征, 探究不同水文时期自然湿地景观格局和越冬候鸟生境变化规律。 结果表明: 空间上该区域丰水期大斑块面积占优, 枯水期中等斑块面积达到峰值, 在退水期和枯水期景观格局分布良好, 景观整体表现出大斑块面积占优、 数量较少且形状复杂, 小斑块分布分散、 数量巨大且形状规则, 中小型斑块面积均匀, 形状各异。 时间上景观格局随水位变化, 斑块总数随水位升高先增后降, 小斑块数量变化最大且稳定性差易受水位波动影响; 水位对大斑块形状指数影响较大, 水位升高大斑块形状趋于复杂化, 涨水期和丰水期大斑块形状指数最大, 趋于狭长式分布, 景观边缘效应趋于明显, 内部结构异质性降低; 四个水文期香浓多样性指数分别为1.754 2(涨水期)、 1.571 7(丰水期)、 1.762 3(退水期)、 1.790 1(枯水期), 香浓多样性指数减小, 景观类型多样性趋于单一。 越冬候鸟生境面积与水位高低呈负相关, 草滩地、 泥滩地和芦苇滩地三种类型面积此消彼长并长期处于平衡状态, 草滩地面积在生境面积中占比最高起主导作用(68.01%), 总体生境面积在候鸟越冬末期(枯水期)达到峰值, 利于越冬候鸟觅食等行为活动。 基于此, 建议在越冬候鸟前期(8月—翌年1月)通过控水闸人为调控升金湖水位, 使各生境类型面积增加, 为越冬候鸟提供优质生境。
升金湖 多光谱数据 候鸟生境 景观斑块谱 Shengjin Lake Multispectral data Landsat-8 (OLI) Migratory bird habitat Landscape patch spectrum Landsat-8(OLI)
1 华南理工大学医学院, 广东 广州 510006
2 华南理工大学附属广东省人民医院, 广东 广州 510080
3 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室, 广东 深圳 518055
4 广东省人民医院,广东省医学科学院,广东省华南结构心脏病省级重点实验室, 广东省心血管病研究所, 广东 广州 510080
5 广东省人民医院广东省医学科学院医学研究部, 广东 广州 510080
采用光谱和时间分辨的多光子显微技术对8例未染色的人体冠状动脉组织进行研究,根据荧光光谱分离出冠状动脉内膜中的弹性纤维和胶原纤维,并计算粥样硬化病变与非病变冠状动脉内膜中两种纤维信号的比值,从而获得胶原纤维和弹性纤维相对含量的变化。采用荧光寿命评估了冠状动脉粥样硬化组织中弹性纤维生化特性的变化,结果显示,冠状动脉硬化斑块区域具有较短的平均荧光寿命。光谱和时间分辨的多光子显微技术能有效识别冠状动脉粥样硬化斑块,有望成为研究冠状动脉粥样硬化病变的新方法。
医用光学 二次谐波 双光子激发荧光 荧光寿命 荧光光谱 动脉粥样硬化斑块 纤维
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 浙江大学光电科学与工程学院, 激光生物医学研究所, 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
血管内超声（IVUS）和血管内光学相干层析(OCT)成像均属无损医学成像技术，常用于人体冠状动脉中薄纤维帽脂质斑块(TCFA）的检查。其中IVUS的探测深度大，能够较为精确地测定TCFA的脂质核心大小，但由于分辨率较低，无法测量TCFA的纤维帽厚度；而OCT分辨率很高，可以精确测量TCFA的纤维帽厚度，但探测深度浅，无法描述脂质核心的全貌。IVUS与血管内OCT相结合，一次检查即可同时获得血管内壁的超声与OCT图像，实现对血管内血栓与斑块的精准诊断。通过设计IVUS和OCT微型集成探头及近端驱动，实现了一套可同时对血管内壁进行IVUS和OCT成像的系统，对血管组织检测深度达到8 mm，横向分辨率优于1 mm，轴向分辨率优于400 μm，同时在1 mm范围内横向分辨率优于10 μm，轴向分辨率优于8 mm。对琼脂和铁丝等搭建的血管模型样品进行了成像实验，验证了系统的可行性。
医用光学 医学影像诊断 易损斑块 光学相干层析成像 血管内超声成像 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 081701
1 西安工业大学 计算机科学与工程学院, 西安 710021
2 海军装备研究院舰船论证研究所, 北京 100161
针对数码迷彩图案拼接时出现的接缝,导致形成伪装目标新的暴露特征的问题, 提出了一种新的适用于数码迷彩图案的拼接算法。利用位置权重模板的移动, 在迷彩图案的左右边缘拼合处添加一列或多列迷彩斑块, 使得迷彩图案平滑过渡。实验采用边缘检测算子和峰值信噪比分别对拼接算法进行了定性和定量的效果验证。结果表明, 提出的迷彩拼接方法可以有效地降低迷彩在拼接时出现的暴露特征, 达到与原迷彩图案自然衔接的效果。
数码迷彩 暴露特征 拼接 斑块 digital camouflage exposure signatures mosaic camouflage spots
1 阿德莱德大学纳米尺度生物光子学研究中心, 阿德莱德, 南澳大利亚 5005, 澳大利亚
2 加利福尼亚大学欧文分校贝克曼激光研究所, 欧文, 加利福尼亚州 92617, 美国
易损斑块是引起心肌梗塞的主要原因。准确诊断易损斑块可以帮助医护人员优化心血管疾病治疗方案，减小心肌梗塞致死率。血管内多模态成像技术通过结合两种或两种以上成像模态的优势，可以对动脉粥样硬化斑块进行定性定量分析，提高识别易损斑块的准确性。综述了目前国际上最先进的五种多模态血管内成像技术，详细介绍了血管内超声-光学相干层析、光学相干层析-荧光、光学相干层析-光谱仪、血管内光声-超声和光学相干层析-弹性多模态成像技术的发展过程和技术难点，并展望了未来研究趋势。
医用光学 生物医学成像 多模态成像 易损斑块 光学相干层析成像 血管内超声成像 血管内光声成像 光学相干弹性成像 中国激光
2016, 43(12): 1200001
