光学层析成像技术的研究动态

光学层析成像技术是利用光学的方法对流体或物体进行层析成像的一种新的技术 ,近年来发展很快。本文较系统地介绍了光学工业过程层析成像技术的基本原理、分类。

光学相干层析成像技术在医学中的应用

光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)技术是一种新型成像技术,是继X射线、CT和磁共振成像技术之后,又一新的断层成像技术。光学相干层析成像技术可以检测到在体活体组织表面2～3mm深度组织微观结构,实现三维成像,在生物医学和许多领域被广泛地应用。本文为光学相干层析成像技术在眼科、皮肤科、心血管系统、消化系统及中医学等的应用研究进展的概述。

光学相干层析成像技术在宫颈疾病中的应用

目的:探讨光学相干层析成像技术(optical coherence tomography,OCT)在宫颈疾病中的应用价值。方法:郑州大学第三附属医院131例宫颈液基细胞学检查(thinprep cytologic test,TCT)结果阳性或人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)高危型阳性的患者被纳入研究。被研究者均行OCT及阴道镜配合下宫颈组织活检术,以宫颈组织病理结果作为诊断“金标准”,评价3种方法的灵敏度、特异度及Kappa值。结果:从OCT图像中可以清楚地区分正常宫颈、炎症、低度鳞状上皮内病变(low-grade squamous intraepithelial lesions,LSIL)、高度鳞状上皮内病变(high-grade squamous intraepithelial lesions,HSIL)和浸润性宫颈癌5种型别,其与相应的组织学切片的检查结果匹配良好。HPV灵敏度最高为98.25%,其次是OCT为84.21%,两者差异无统计学意义(P>0.05),均高于TCT检查(P<0.05);TCT特异度为35.14%,HPV为13.51%,与OCT(81.08%)相比差异均存在统计学意义(P<0.05);HPV,TCT及OCT三者的Kappa值分别为0.104,0.017和0.646。结论:OCT作为一种无创、高分辨率、实时快速成像技术,可以与病理切片相媲美,且具有较高的灵敏度与特异度。

用于眼检的光学相干层析成像技术研究

利用光学相干层析(OCT—Optical Coherent Tomography)技术可以透过低透明介质,特别是生物组织成像。介绍了基于1310 nm波长稳定光源的OCT实验装置,实验装置采用SLD超辐射二极管光源。利用该装置对番茄皮进行了实际OCT图样采集,研制成的实验系统具有10m左右的纵向分辨率。最后对进一步提高眼检OCT系统的性能进行了研究。

光学相干层析成像技术在耳科学研究中的应用

光学相干层析成像技术(OCT)是继X线、CT、MRI等技术之后发展起来的一种新型断层成像技术。目前OCT在眼科、皮肤科、血管、胃肠道和肾脏等诸多领域有着广泛的用途。本文主要对OCT的技术原理,OCT在中内耳的成像及听力相关的振动测量等应用进行综述。

基于高动态范围的光学投影层析成像技术的玉石三维成像

介绍了基于传统的光学投影层析成像技术(Optical Projection Tomography, OPT),采用高动态范围成像算法对光不均匀吸收的玉石内部结构成像,即采集玉石每个1.8°方向上的高动态范围的图像数据,得到200组吸收投影图像数据进行三维结构成像。其无嵌入式呈现出的三维结构图以及其清晰的层析切片结构图大大辅助了市场上人们对玉石内部及其表面质量好坏的判断鉴定,增加了鉴定过程中的准确性、客观性、科学性。

宽场光学相干层析成像技术在眼科学中的研究进展

宽场光学相干层析成像技术(WF-OCT)是光学相干成像技术领域的一个新方向。其接收干涉信号获得样品的二维信息,一次性建立样品整个断面的图像,可快速高效地获得样品的成像信息,以实现对物体特质的研究。本文就WF-OCT的基本原理、系统的基本构成及特点,以及近年来在眼科疾病诊断方面的应用进行了综述,可为WF-OCT仪器的设计及其在眼科医学中的应用提供思路和参考。

光学相干层析成像评价非ST段抬高型急性冠状动脉综合征患者靶血管中薄帽纤维粥样斑块分布

目的采用光学相干层析成像(OCT)观察薄帽纤维粥样斑块(TCFA)在非ST段抬高型急性冠状动脉综合征(NSTE-ACS)患者靶血管中的自然分布。方法采用OCT对斑块脂质含量进行半定量评价(角度或象限),测量靶血管开口至纤维帽最薄处距离。结果选择2013年6月至2015年3月住院治疗的连续NSTE-ACS患者33例,其中不稳定型心绞痛24例,非ST段抬高型心肌梗死9例。OCT共检出74处病变;45处靶病变;其中TCFA病变38处(51.4%),非TCFA病变36处(48.6%)。前降支18处TCFA主要集中在近段,其中近段30 mm内13处(72.2%),40 mm内16处(88.9%);回旋支9处TCFA平均分布于整个靶血管,近段距开口30 mm内仅有3个(33.3%);右冠状动脉11处TCFA也平均分布在各段,近段距开口30 mm内仅有4个(36.4%)。结论 NSTE-ACS患者靶血管中TCFA病变更趋于分布在前降支近段,在回旋支和右冠状动脉中则趋于平均分布。

皮肤影像技术在鳞状细胞癌诊疗中的研究进展

皮肤鳞状细胞癌是仅次于基底细胞癌的第二常见的皮肤恶性肿瘤。虽然鳞癌的金标准是组织病理学检查,但病理组织取材会给患者造成创伤,因此光学无创诊断技术得到越来越多的关注。本文综述了近年来皮肤镜、高频超声、反射式共聚焦显微镜、皮肤光学相干层析成像技术等皮肤无创影像技术在皮肤鳞状细胞癌诊疗的研究进展。

基于多信息融合和栈式自编码网络的扩散光学层析方法

针对传统扩散光学层析(DOT)成像方法获取的图像精度较低,且主要对规则的圆形异质体进行重建的问题,本文利用解剖图像提供的结构先验信息并结合具有网络模型简单、需要调整的网络参数少、网络训练速度快等优点的栈式自编码(SAE)网络,发展了基于多信息融合和SAE网络的DOT图像重建方法。为验证所提方法的可行性和有效性,进行了一系列的数值模拟和定量评估。实验结果表明,与无先验信息方法相比,该方法可有效提高低吸收对比度(1.5)情况下的图像质量,使得平均绝对误差降低62%,均方误差降低11%,定量重建率值由139%降低为107%更接近100%。对单目标和双目标椭圆形异质体重建时,融合先验信息的方法获得重建图像的位置、尺寸、形状以及吸收系数更接近真实值,与无先验信息方法相比平均绝对误差至少降低8%,均方误差至少降低5%,定量重建率值更接近100%。

基于光学相干层析成像技术的肿瘤细胞侵袭成像

构建合适的肿瘤细胞侵袭模型、开发肿瘤细胞侵袭的定量监测方法一直是癌症研究的热点。构建了厚度超过1 mm的三维肿瘤体外侵袭模型,利用搭建的超宽带谱域光学相干层析成像系统,检测了细胞的迁移和侵袭动态,从细胞迁移距离变化和基质材料分解两方面来表征肿瘤细胞的体外侵袭过程;通过光学相干层析成像散射界面的峰值变化来定量检测肿瘤细胞的迁移距离,结合三维图像量化基质材料的表面曲度、厚度、整体体积变化来表征肿瘤细胞侵袭过程的基质材料分解与变形信息。结果表明:光学相干层析成像技术检测到的肿瘤细胞侵袭引起的细胞团簇位置变化、基质材料形态改变与苏木精-伊红染色切片、激光共聚焦结果相匹配,验证了光学相干层析成像技术检测肿瘤细胞侵袭的可行性;通过设计不同营养梯度、不同pH微环境下的三维肿瘤模型,利用搭建的光学相干层析成像系统,准确地量化了不同时间、不同体外微环境下肿瘤细胞的迁移距离、基质材料表面曲度、厚度和整体体积变化。与苏木精-伊红染色、激光共聚焦方法相比,所提方法可以连续监测肿瘤细胞的侵袭过程,更全面地反映肿瘤细胞迁移和侵袭的机理。

玻璃体腔抗VEGF治疗不同光学相干层析成像技术分型下的糖尿病黄斑水肿临床疗效分析

目的:研究玻璃体腔内抗血管内皮生长因子(VEGF)抗体治疗不同光学相干层析成像技术(OCT)分型下的糖尿病黄斑水肿临床疗效。方法:选取2019年1月到2021年3月在我院进行治疗的糖尿病黄斑水肿患者60例,根据OCT检测分为分弥漫性黄斑水肿(DRT)组、囊样黄斑水肿(CME)组和浆液性视网膜脱离(SRD)组,每组20例。所有患者均接受玻璃体腔内注射抗VEGF抗体治疗,比较三组患者临床治疗疗效、黄斑水肿形态、最佳矫正视力(BCVA)、黄斑中心凹厚度(CMT)以及不良反应发生率。结果:(1)DRT、CME和SRD组患者临床治疗有效率分别为85.0%、75.0%和50.0%,治疗后黄斑水肿消退率分别为55.0%、25.0%和10.0%,且组间比较差异显著(P<0.05);(2)三组患者治疗前BCVA和CMT均无差异(P>0.05),治疗后三组患者BCVA和CMT均降低(P<0.05),并且治疗后DRT和CME组患者BCVA和CMT均低于SRD组(P<0.05);(3)DRT、CME和SRD组患者治疗期间不良反应发生率分别为10.0%、10.0%和25.0%,但三组患者治疗期间不良反应发生率比较无差异(P>0.05)。结论:不同OCT分型的糖尿病黄斑水肿经玻璃体腔抗VEGF抗体治疗后临床疗效不同,其中DRT患者临床治疗疗效最好,而SRD患者疗效最差。

基于OCT技术的鼠皮肤激光热损伤修复过程的监测

采用Er:YAG激光(波长为2 940 nm,能量密度为:2.5 J/cm2单光斑,扫描次数为4)照射活体小白鼠皮肤,利用光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)技术在活体小鼠上观察其皮肤组织在激光作用之前及作用之后光热损伤修复的整个过程,得到了激光光热作用下引起损伤的皮肤组织在此过程中皮肤光学特性参数的变化情况,发现皮肤修复过程中光学参数有显著差异,并分析了这些差异引起的原因,以揭示激光美容中并发症主要因素。

组织精细结构的光学高分辨数据获取与图像重建

光学弱相干层析成像 (OCT)技术可以对生物组织高分辨率无损成像。依据获得的样品光学截面数据 ,再通过三维重建 ,可以得到生物组织精细结构的再现。在生物组织结构再现的研究中 ,对于目前常用的生物组织切削照相、X ray、超声这些方法 ,OCT作为一种无损高分辨率的 3D光学显微技术是一种很好的补充。

频域OCT图像的深度坐标标定

为了对频域OCT图像深度坐标进行标定,本文提出了一种方法,并进行了实验验证。频域OCT图像深度坐标由宽带光源的特性与样品的不均匀折射率决定,因而坐标间隔不均。最大深度坐标(频域OCT的探测深度)由线阵CCD的像素总数和参考镜的虚像位置决定:线阵CCD的像素总数越多,最大深度坐标越大,但最终被光谱仪的分辨率所限制;参考镜的虚像位置设于样品以内时,最大深度坐标比参考镜的虚像位置设于样品以外时大一倍。该方法可以应用到实际频域OCT系统中。

宫颈OCT诊断出病理漏诊的宫颈高级别鳞状上皮内病变1例报道

宫颈癌是危害女性身心健康的主要癌症之一,如何进行有效的筛查仍是妇产科医生面临的重要问题。光学相干层析成像技术(optical coherence tomography,OCT)作为一种实时、无创的在体宫颈检测技术,正在受到医学界越来越多的关注。本文通过描述1例阴道镜下宫颈组织活检病理结果为阴性,但是OCT检查发现高危病变,并最终通过诊断性切除术确认为宫颈高级别鳞状上皮内病变(High-grade squamous intraepithelial lesion,HSIL)的病例,探讨OCT检查在宫颈癌前病变检查中的诊断价值。

南海一号出水景德镇窑与龙泉窑青瓷特征的无损分析研究

古代陶瓷产地研究是陶瓷考古的重要内容,也是科技考古工作者研究的重点。目前国内古代陶瓷产地研究主要依赖化学成分分析技术,对陶瓷釉层结构特征的无损分析研究却相对缺乏,难以对古代陶瓷进行全方位的认知。该研究首次将光学相干层析(OCT)与X射线荧光(XRF)光谱分析技术相结合,对南海一号沉船出水的南宋初期景德镇窑和龙泉窑青瓷瓷釉的断层结构特征和化学成分特征进行综合无损分析研究。首先采用扫频OCT成像系统对两个窑址青瓷瓷釉断层结构及装饰工艺特征进行了研究,分析了青瓷瓷釉类型、釉层厚度、釉层内气泡、包裹体、表面裂纹等特征及分布状况,对比了两窑址青瓷瓷釉断层结构特征,确定了可能采用的装饰工艺。其次,利用X射线荧光(XRF)光谱分析获得了两窑址青瓷胎釉的化学成分,对比研究了两个窑址青瓷胎釉化学成分差异,进而探讨了瓷釉断层OCT图像特征与釉层化学成分之间存在的联系。实验结果表明,景德镇青瓷和龙泉青瓷样品在釉层厚度、气泡、裂纹、包裹体等瓷釉断层结构特征上差异明显,在胎釉化学成分方面,两类青瓷在胎釉着色相关元素、釉层碱性氧化物等成分含量上也存在差异。同时,瓷釉断面结构特征差异与釉层化学成分差异存在紧密联系。实验证明,将OCT与XRF相结合是一种有效的辨别瓷器窑口的科学技术方法。

人体结肠与肾脏组织全场光学断层成像研究

用全场光学相干层析成像(FFOCT)系统对人体离体结肠组织与肾脏组织进行了高分辨率层析成像。该系统基于Linnik干涉系统,采用白光光源照明,理论分辨率可达0.5μm。通过面阵电荷耦合元件(CCD)采集多张样品和参考镜的干涉图,以四步移相法获取层析图。运用该系统对人体肾组织进行成像,基于肾的组织学切片特征成功辨认肾组织结构;运用系统对人体结肠组织及结肠腺癌组织进行成像,以组织学切片图像为对照,分析正常结肠组织与结肠腺癌组织的FFOCT断层图像,验证了该成像系统对人体癌变组织的鉴别能力,研究结果为FFOCT技术的临床诊断应用打下了基础。

采用自注意力机制的OCT图像AMD亚型分类研究

目前基于卷积神经网络(CNN)的视网膜光学相干层析成像(OCT)图像分类方法存在对于小范围病变区域识别不清的问题,导致在判断年龄相关性黄斑变性(AMD)疾病干湿性、脉络膜新生血管形成(CNV)的活动性时准确率不高,而正确判断病变类型对于眼科医生制定治疗方案至关重要。为此本文提出了一种基于自注意力机制的CNN模型MobileX-ViT,将传统卷积层和自注意力模块结合,同时提取浅层网络的特征信息并获取图像的全局信息,以提高模型分类准确率。实验证明,相比于经典CNN分类模型Inception-V3、ResNet-50、VGG-16和MobileNeXt,文章提出模型在分类准确率上分别提高了5.6%、5.3%、4.5%和2.8%,证明了模型的有效性,为解决目前视网膜OCT图像分类中对于小范围病变区域识别不清的问题提供了新的方法。

超声波和丙三醇对皮肤光透明性的影响

采用光学相干层析成像技术(OCT)系统对分别经低频超声波,80%甘油和二者同时作用于皮肤组织进行实时监测而获取图像,并运用计算机软件对皮下深度为0.012 mm处及表皮层OCT图像一维的灰度值进行皮肤组织的光学透明性的定量分析。结果表明,低频超声波和80%甘油相结合将有利于在短时间内改善生物组织的成像深度,两者在组织的光透明性方面具有协同效应。