基于卷积神经网络的IVOCT冠状动脉钙化斑块分割方法

冠状动脉钙化斑块检测在评估疾病和介入手术效果中至关重要。血管内光学相干断层扫描(IVOCT)作为一种强大的影像技术,常用于评估冠状动脉疾病(CAD)和规划经皮冠状动脉介入治疗(PCI),其分辨率比冠状动脉造影、计算机断层扫描或磁共振成像高出数个数量级。在IVOCT影像采集过程中,每次回撤扫描会生成300~500张图像,医护人员在短时间内完成冠状动脉钙化斑块的定量分析是一项巨大的挑战。提出一种上下文信息融合的卷积神经网络(CAB-U-Net),用于IVOCT影像中冠状动脉钙化斑块自动分割。基于CAB-U-Net设计一种动态注意力机制和位置编码结合的CFT(context fusion transformer)模块,用于增强网络特征提取能力。CAB-U-Net引入ASPP(atrous spatial pyramid pooling)和BiFPN(Bi-directional feature pyramid network)模块,加强多尺度特征图之间的信息传递和融合。利用CAB-U-Net在48位临床患者的IVOCT图像上进行训练和测试,结果显示交并比(IOU)为0.9065,精确度为0.9332,召回率为0.9662,F1-score为0.9494。CAB-U-Net自动分割的钙化斑块的角度和面积,与专家标注结果的相关性系数分别达到0.9535和0.9894。Bland-Altman分析结果进一步证实该方法和专家手动标注结果在分割钙化斑块方面具有良好的一致性。所提出的方法对自动评估冠状动脉钙化病变和术中支架部署规划具有较高的价值。

双孤子被动锁模光纤激光器的实验研究

利用非线性偏振旋转(NPR)效应,对被动锁模掺Er光纤激光器同时输出双波带、双孤子的现象进行了实验研究和理论分析。结果发现,激光腔内存在高的线性双折射是得到双波带、双孤子输出的关键条件,提供宽的增益带宽和较大的增益有利于得到稳定的锁模输出。通过在腔内引入较大的线性双折射,在基于NPR锁模技术的被动锁模掺Er光纤激光器中得到了重复频率为7.49 MHz、中心波长分别在1 542 nm和1 557 nm附近的双波带、双孤子锁模脉冲的同时输出。

碳纳米管涂覆的光纤环衰荡腔检测技术的初步研究

基于倏逝波理论,设计了一种不受温度影响的衰荡腔探测系统,对碳纳米管和光纤的集成进行了探索性研究。利用碳纳米管物理吸附特性及高温解吸附特性,实现了对气体及易挥发溶剂的在线测量。利用移除包层的方法,根据倏逝波理论适当地选择移除包层的尺寸,避免了系统损耗过大,同时又增大了对外界折射率的灵敏度。利用偏振相关锁模激光器提供了2.5 ns,重复频率为400 kHz的短脉冲激光输入,实现了不受温度影响的高精度衰荡腔气体传感测量。

血管内光学相干层析成像中的冠状动脉支架重建

冠状动脉支架置入已经成为冠状动脉粥样硬化性心脏病的重要治疗手段。药物洗脱冠状动脉支架断裂(CSF)的识别与检测是目前的难点问题。血管内光学相干层析成像(IVOCT)系统以其极高的成像分辨率在CSF识别与检测方面具有独特优势。本文提出了一种在IVOCT中对冠状动脉支架精准重建的方法。该方法利用金属支架具有成像阴影这一特征,在血管边界分割后,将支架及其一定深度阴影的强度值进行累加生成一维数组,然后将一维数组按照回撤次序排列形成支架展开图像。与三维成像、纵切图像等支架重建方法相比,所提方法不仅可以保持支架的整体结构,而且避免了对操作人员空间想象力的要求。本文利用所提重建方法定量识别和分析了CSF,该方法可针对不同的支架结构选择不同的IVOCT成像参数。

导管PS-OCT系统中双态数值色散补偿方法

导管光纤偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)系统在心血管斑块定量分析上具有显著优势,搭建了基于保偏光纤成像深度复用的双偏振态导管PS-OCT系统。由于保偏光纤具有较强的双折射色散,因此难以利用一套色散系数实现双输入态色散补偿。针对这一难点问题,提出了一种用于导管PS-OCT系统的双态数值色散补偿方法。这种方法可对不同输入偏振态的色散系数进行调整,以补偿由保偏光纤双折射色散引起的不同输入偏振态色散的差异。实验结果表明,所提方法可以有效地解决材料色散、双折射色散带来的脉冲展宽、图像模糊、偏振对比度差等问题,保证了导管PS-OCT实现高质量的生物样品双折射相位延迟成像。