作者单位
摘要
1 宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
2 宁波大学医学院,浙江 宁波 315211
3 宁波市海曙区第二医院,浙江 宁波 315099
4 宁波大学附属第一医院,浙江 宁波 315000
在检测侧面脊柱关键点时,由于受到器官遮挡的影响,以往的热图回归方法难以区分不同椎骨上的关键点,容易出现关键点与对应椎骨的匹配错误。为了解决这个问题,提出了一个新的单阶段侧面脊柱关键点检测方法,该方法同时预测关键点热图和关键点匹配线索(椎骨中心热图和关键点offset),利用匹配线索建立关键点与对应椎骨的匹配关系。为了提升匹配效果,提出几何感知特征增强模块,通过提取关键点特征增强椎骨中心的特征表达。此外,利用加权损失函数缓解关键点热图和椎骨中心热图中正负样本比例失衡问题。实验结果表明,所提方法的平均检测误差为8.84,相较于性能第二的方法精度提升36%。
医用光学 关键点检测 卷积网络 可变形卷积 脊柱侧弯 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0417001
张峥 1陈明销 1李新宇 1程逸 1[ ... ]姚鹏 3,aff***
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230027
2 中国科学技术大学苏州高等研究院,江苏 苏州 215123
3 中国科学技术大学微电子学院,安徽 合肥 230027
宫颈异常细胞与正常细胞在形态上存在较大相似性且细胞尺寸变化较大,这使得宫颈异常细胞的精准检测变得非常困难。鉴于此,开发了一种基于Transformer模型的宫颈异常细胞自动识别模型,以帮助病理学家作出更准确的诊断。提出了两种创新性方法,一是一种改进的Transformer编码器结构,通过引入深度(DW)卷积来高效获取图像的特征,捕捉图像中的全局依赖信息;二是自适应的动态交并比(IOU)阈值,在模型训练的不同阶段使用不同的IOU阈值,实现尽可能多的有效检测,提升模型的收敛速度和检测精度。在宫颈异常细胞数据集上,通过消融实验,证明了改进的Transformer编码器和动态IOU阈值的有效性。此外,与已有的宫颈异常细胞识别方法相比,所提出的方法在平均精度指标上有明显的提高。实验结果表明,所提出的方法能够高效且准确地识别宫颈异常细胞,且能辅助病理专家提高诊断准确率和效率,具有应用到临床的潜力。
医用光学 宫颈细胞病理图像 目标检测 医学图像处理 
中国激光
2024, 51(3): 0307108
吴静 1吴旭 2,*黄星皓 2李嘉伟 2[ ... ]陆林 3
作者单位
摘要
1 上海理工大学健康科学与工程学院,上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
3 上海交通大学医学院附属瑞金医院心内科,上海 200025
华法林钠是肺栓塞治疗中最常用的口服抗凝药。为制定个性化给药方案,急需建立快速、经济、准确的定量检测技术。利用太赫兹(THz)光谱的分子指纹识别特性,建立华法林钠快速定性定量分析方法。首先,通过实验获得华法林钠THz特征吸收谱,结合密度泛函理论量化计算,明确该药物在10~16 THz内的分子运动模式,从分子基团层面建立定性识别方法。接着,对不同浓度的华法林钠水溶液进行THz检测,分析THz特征峰峰高和峰下面积与药物浓度之间的相关性,建立了双指标的华法林钠定量检测方法。最低检测限达到0.01 nmol/mL,低于人的血浆中的华法林浓度,检测耗时小于10 min。所提方法为华法林钠定量检测提供了一种快速、准确的新技术,有助于推动华法林钠血药浓度监测技术的发展。
医用光学 华法林钠 太赫兹光谱 定性检测 定量检测 密度泛函理论 
中国激光
2024, 51(3): 0307206
作者单位
摘要
厦门大学公共卫生学院分子疫苗学与分子诊断学国家重点实验室 分子影像暨转化医学研究中心,福建 厦门 361102
由于具备组织散射少、穿透深度深、时空分辨率高等许多优势,近年来近红外二区(NIR-Ⅱ,1000~1700 nm)荧光成像在生物成像领域取得了显著的进展。基于花菁染料的有机荧光分子,具有荧光量子产率高、吸光系数高、合成过程相对简单、生物相容性好等优势,其在NIR-Ⅱ的荧光特性使其成为一类极具研究价值的分子探针,在医学应用方面展现出巨大的潜力。首先简要介绍了花菁染料的基本特性,其次对最近开发的近红外二区花菁染料在多种疾病(如肿瘤、炎症性疾病和损伤)应用中的最新研究进展进行总结,最后对其未来的发展方向与前景进行了展望。
医用光学 花菁染料 近红外二区 疾病应用 
中国激光
2024, 51(3): 0307105
作者单位
摘要
西安交通大学生命科学与技术学院,生物医学光子学与传感研究所,生物医学信息工程教育部重点实验室,陕西 西安 710049
结肠癌已成为我国主要癌症发病种类之一,传统的治疗方法难以抑制其转移和复发。免疫疗法虽然可以通过机体免疫系统清除肿瘤组织,但肿瘤组织中的免疫抑制微环境,往往会导致效果不及预期。光学疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),不仅可以直接诱导肿瘤细胞凋亡和坏死,还能改善肿瘤组织中的免疫抑制环境,从而促进免疫细胞在肿瘤组织中的浸润和活性,提高免疫治疗效果。笔者创新性地利用吲哚氰绿(ICG)介导的光学疗法和天然免疫活性分子羽扇豆醇(Lupeol)对自然杀伤(NK)细胞免疫活性的提升作用实现光-免疫协同激活作用和抗肿瘤效果,通过纳米脂质体将ICG和羽扇豆醇整合得到Lip-Lupeol & ICG,并将其用于结肠癌细胞灭活研究。结果显示:Lip-Lupeol & ICG在通过两次间隔激光照射后可实现PTT和PDT的两次治疗作用,可将结肠癌细胞活性抑制至43.4%;与此同时,包裹的羽扇豆醇释放后可与光学疗法协同激活NK细胞活性,将结肠癌细胞活性进一步抑制至16.7%,为临床结肠癌治疗提供了一种新思路。
医用光学 吲哚氰绿 羽扇豆醇 光动力疗法 光热力疗法 NK细胞免疫疗法 
中国激光
2024, 51(3): 0307202
作者单位
摘要
1 南开大学现代光学研究所,天津 300350
2 应用光学国家重点实验室,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
3 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
4 汕头市中心医院乳腺疾病诊疗中心,广东 汕头 515041
5 汕头市中心医院临床医学研究中心,广东 汕头 515041
三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应,可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合,三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息,比如细胞增生与血管增生等,从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理,讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用,探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器,并总结了三次谐波内窥成像的发展现状,这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。
医用光学 三次谐波成像 无标记成像 肿瘤诊断 小型化 内窥成像 
中国激光
2024, 51(3): 0307101
许路寒 1张浩 1李东 1,*陈斌 1[ ... ]姚亮 2,**
作者单位
摘要
1 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学第二附属医院眼科,陕西 西安 710004
光声成像是一种结合光学和声学原理的多模态成像技术,可用于观察和获取组织内部的结构和功能信息。血液流速是评估血管功能的重要指标,血液流速的测量与疾病的发生和发展密切相关。推导了基于热测量法测量血液流速的基本理论,搭建了光声测速/成像实验系统,并开展了光声速度测量和成像实验。通过实验研究,获得了光声声压与流体速度间的定量关系,经实验验证流速测量的平均误差为8.2%,最大测速范围可达200 mm·s-1。在此基础上,采用二维机械扫描的方式实现了分辨率为10 μm的光声形态/流速协同测量。
医用光学 光声成像 光声测速 热测量法 光声显微镜 
中国激光
2024, 51(3): 0307205
张童 1刘东远 1,2高峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津 300072
生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此,本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法,该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号,以循环迭代方式设置不同的基向量,经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值,从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明:在组织光学参数反演方面,所提算法的精度优于传统算法,而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性,为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。
医用光学 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟 单纯形算法 时域测量 
中国激光
2024, 51(3): 0307203
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津 300072
X射线激发发光断层成像(XLCT)是一种新兴的混合成像技术,该技术可同时获得目标体结构信息和功能信息。然而,窄束XLCT重建图像虽然具有高空间分辨率,但X射线利用率较低,数据采集时间过长;锥束XLCT系统提高了X射线利用率,缩短了数据采集时间,但有限的探测角度导致图像重建质量相对较低。为解决上述问题,提高X射线利用率,高效实现多角度高灵敏数据采集,提出了一种基于光子计数测量的锥束XLCT系统,并通过仿体实验对其性能进行了验证。仿体实验结果表明,6个角度锥束照射模式下重建图像的相似度系数(DICE)可达50%,系统保真度(SF)和重建浓度误差(RCE)达到0.7以上,可实现3 mg·mL-1以上的荧光物质质量浓度差距的重建。
医用光学 X射线激发发光断层成像 系统研制 光子计数 仿体实验 
中国激光
2024, 51(3): 0307102
作者单位
摘要
1 浙江大学光电信息科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江省医疗器械审评中心,浙江 杭州 310009
3 之江实验室类人感知研究中心,浙江 杭州 311100
采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 nm 4个成像波段。基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证。在血管仿体组织上的实验结果表明,在95%的置信水平下,血氧饱和度的检测偏差为1.24%。研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性。
医用光学 多光谱成像 内窥镜 血氧饱和度 蒙特卡罗仿真 
光学学报
2024, 44(2): 0217001

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