1 上海理工大学健康科学与工程学院,上海 200093
2 上海理工大学医用光学仪器与设备教育部重点实验室,上海 200093
3 北京大学长三角光电科学研究院,江苏 南通 226010
4 上海理工大学光学仪器与系统教育部工程中心,上海 200093
光声信号的传统检测方法是基于超声技术,这样接触式的信号探测方式增加了交叉感染的风险,不利于临床应用。采用纯光学技术的光声成像可提升检测精度和临床舒适度,具有较强的临床应用价值。设计了采用调Q Nd∶YAG脉冲激光器作为激励源的光声信号激发系统,选用双频He-Ne激光器作为探测源采集光声信号,搭建的外差干涉系统产生携带光声信号特征的拍频信号,利用I/Q正交法解调出光声信号。首先通过超声换能器模拟振动信号验证系统性能,实验结果表明光声信号探测系统能较好地还原出超声振动信号,且与水浸探头相比,振动频率的相对测量误差只有0.04%,绝对差值为0.2 kHz。然后以碳棒和离体生物组织作为样品,利用短脉冲光激励诱导光声信号,采用本系统和超声探头进行信号探测,对比分析结果显示所搭建的外差系统在检测带宽内可以实现光声表面振动波的非接触、高精度探测。
生物光学 外差干涉 光声信号 I/Q正交法 非接触式探测
1 上海理工大学 生物医学光学和视光学研究所,上海 200093
2 同济大学 上海皮肤病医院光医学研究所,上海 200443
3 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心,上海 200093
尽管纹身的人数在增加,但希望祛除纹身的需求量也在增加。现在纹身祛除大多采用激光进行治疗,但仅凭肉眼观察的单次疗效不够理想,往往需要重复治疗。因此,研究了基于图像技术量化评价治疗的效果。使用皮秒激光对猪皮的不同颜色的纹身进行照射,采集治疗部位与正常皮肤组织的图像,再标准化提取部位,并对此部位的图像进行特征提取后,量化照射前后的纹身所占面积比,进而得到祛除率。为了验证量化算法的可靠性,设计了不同对比度的标准图像来计算色素占比,得到的误差均小于0.01%,证明该算法是可靠的。对于色素祛除的量化评价能客观反映激光祛除色素的效果,避免了因医师的主观判断所造成的疗效偏差,为治疗参数的选择及疗效的提高等提供了帮助。
皮秒激光 纹身 图像分割 特征提取 量化 picosecond laser tattoo image segmentation feature extraction quantify
1 上海理工大学健康科学与工程学院,生物医学光学与视光学研究所,医用光学技术与仪器教育部重点实验室,上海 200093
2 上海市杨浦区市东医院眼科,上海 200438
3 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心,上海现代光学系统重点实验室,上海 200093
近视是一种常见眼病,已成为中国青少年视力下降的主要原因。近视防控是一个关系国家和民族未来的大问题,已经上升为国家战略。当前近视防控的有效手段之一就是建立屈光发育档案,并根据数据给出眼屈光度的预测。然而,目前市面上并没有一款专用于屈光发育档案数据采集的设备。笔者基于前期研究,结合干涉、波像差和图像分析等技术建立了眼屈光度与生物参数一体化测量系统,主要测量眼轴长度、角膜曲率、前房深度和屈光度等参数。使用组内标准差、测试重复性、变异系数和组内相关系数评估了实验样机测量的可重复性。通过比较实验样机和IOL Master 500的测量结果,验证了实验样机测量结果的准确性和一致性。从组内标准差和测试重复性的数值可以看出:眼生物参数和屈光度测量都有很高的重复性;眼生物参数的变异系数均低于3%,眼轴长度和角膜曲率的变异更小(≤0.256%);组内相关系数均高于0.6。说明测量结果具有较高的一致性。实验样机与IOL Master 500测得的眼轴长度、角膜曲率、前房深度数值无显著差异(P>0.05),说明实验样机测量结果的准确性很高。这些结果表明这样的一体化设计能完成基本的眼屈光度和生物参数测量。随着技术的迭代,该系统有望成为近视防控专用的屈光档案数据采集设备,为近视防控提供必要支撑。
医用光学 近视 眼生物参数 屈光度 干涉 波像差分析 一体化
1 上海理工大学 信息化办公室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
3 上海理工大学 医疗器械与食品学院, 上海 200093
针对眼镜镜片成像性能评价,根据信息论的概念,对物面与像面图像进行小波变换分解得到多个不同子频带图像,计算分解之后的各个子频带的区域互信息值(RMI)。依据人眼视觉系统对不同频率光学信号敏感度不同的特点,采用小波滤波器和人眼模型的MTF的空间频段积分比反映人眼对不同频率信号的敏感程度,以该积分比作为各频带RMI的权重系数,加权计算得到MRMI值。选取了目前市场上六款不同阿贝数和折射率的镜片进行测量实验,得到每款镜片的成像MRMI值,其定量反映了镜片的成像性能,与人眼视觉主观感知相符。
区域互信息 眼镜镜片 调制传递函数 小波变换 人类视觉系统 regional mutual information optical lens MTF wavelet human visual system
1 上海理工大学,上海市介入医疗器械工程研究中心,上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院,上海 200093
基于图像的非接触式获取脉搏波的方法具有重要的临床实用价值。在正常情况下,人体颈动脉的搏动会引起颈部皮肤肉眼可见的微小振动,通过振动图像的获取及信号处理可以得到脉搏波。然而,临床中部分患者存在颈动脉搏动较为微弱的情况,此时需要有针对性的图像和信号处理方法。本课题组提出了在弱脉搏情况下获取脉搏波的方法,即:在近红外光源的照明环境中,用近红外相机连续拍摄颈部皮肤得到其振动的图像序列;然后从图像序列的感兴趣区域内得到原始信号,再用滤波和多区域主频增强方法对信号进行处理,最终得到期望的脉搏波信号。实验结果表明,所提方法获得的脉搏波周期状态稳定,并且保留了70%左右的潮波特征和50%以上的重搏波特征。本文所提方法可以在人体颈部微弱振动状态下获得保留细节的完整的脉搏波信号。
医用光学 颈动脉 弱脉搏 脉搏波 多区域主频增强
1 上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所,上海 200093
2 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心,上海 200093
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
4 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心,上海 200093
探究渐进多焦点镜片间接法设计中权重函数和平均曲率分布对镜片光焦度和像散的影响。设计了两组权重函数分布以及平均曲率分布,提出了根据符合度矩阵重置镜片权重分布的优化方法。在相同参数下计算出5组具有不同权重函数和平均曲率分布的渐进多焦点自由曲面面型。对镜片进行加工和评价测量,实验结果表明:权重函数的形状、面积以及权重值的不同,可对镜片光学性能带来不同方面的优化,且权重函数和平均曲率分布共同影响镜片的光焦度和像散分布。
光学设计 渐进多焦点镜片 权重函数 曲率分布 自由曲面
1 上海理工大学健康科学与工程学院生物医学光学与视光学研究所,上海 200093
2 上海理工大学机械工程学院,上海 200093
3 上海理工大学上海市介入医疗器械工程研究中心,上海 200093
4 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心,上海 200093
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
在渐进多焦点镜片(PAL)的直接设计法中,光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上,引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量,实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明,基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度(ADD),而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD,光学性能更好。当定焦区较大时,基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值;当定焦区较小时,基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。
光学设计 直接设计法 渐进多焦点镜片 光焦度分布 离心率 像散