郎中亮 1,2张帆 3吴柄萱 3邵鹏飞 3[ ... ]徐晓嵘 1,3,4,*
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学生物医学工程学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)整形外科,安徽 合肥 230001
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230027
4 中国科学技术大学苏州高等研究院,江苏 苏州 215123
5 中国科学技术大学电子科学与技术系,安徽 合肥 230026
远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段,但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足,设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统,该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明,系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示,部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当,并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助,使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。
医用光学 生物技术 远程皮肤病学 人工智能 增强现实 原位投影成像 
中国激光
2024, 51(9): 0907021
姚悦 1,2裴浩杰 1,2李浩 3万嘉晨 1,2[ ... ]马辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 清华大学深圳国际研究生院,广东 深圳 518055
2 广东省偏振光学检测与成像工程技术研究中心,广东 深圳 518055
3 北京大学深圳医院病理科,广东 深圳 518036
数字病理技术利用经过数字化的病理样本显微图像及其特征,并配合人工智能技术,实现生物组织病变特征的定量评估和判定,辅助临床医生做出诊断结论。利用偏振光照明和偏振探测可以实现全偏振成像,图像每个像素的偏振特征都包含更加丰富的信息,特别是普通光学成像难以获得的亚细胞超分辨微观结构特征信息,可为病变组织的识别和定量评估提供更为有效的手段。本文总结了全偏振成像技术,并结合典型临床应用归纳总结了全偏振显微图像的数据分析方法和最新进展。
医用光学 全偏振显微成像 偏振数字病理 偏振特征提取 机器学习 
中国激光
2024, 51(9): 0907008
崔瀛书 1,2李怡 2,**李晓松 1,*
作者单位
摘要
1 解放军总医院第五医学中心肿瘤医学部肿瘤内科,北京 100071
2 解放军医学院,北京 100853
近红外光免疫治疗(NIR-PIT)是一种结合抗体和光吸收剂IRDye700DX的新型肿瘤疗法,它既能够激活局部免疫效应,又能够增强肿瘤靶向性,已在不同肿瘤类型的治疗中显示出巨大的应用潜力。大量研究已经证实肿瘤微环境是导致肿瘤不断发展的重要原因,因此NIR-PIT中的光免疫偶联物靶点也已经扩展至肿瘤微环境中非肿瘤细胞的表面蛋白中。利用NIR-PIT局部消除肿瘤微环境中某些具有特定标志物的免疫抑制细胞、血管或肿瘤成纤维细胞,将解除免疫抑制,最大效率发挥机体的正常免疫功能,取得最佳的疗效。主要综述了NIR-PIT的治疗策略和靶向肿瘤微环境的最新研究进展。
医用光学 恶性肿瘤 近红外光免疫疗法 抗体-光吸收剂偶联物 免疫治疗 近红外光 
中国激光
2024, 51(9): 0907010
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

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