REVIEW ARTICLE
1.Review of polarization-based technology for biomedical applications
基于偏振技术的生物医学应用综述
摘要：
偏振测量学是生物医学领域中一种强大的光学工具，与传统的光强测量技术相比，它能够提供关于样品亚波长微观物理结构的更全面信息。本综述总结了偏振的概念和技术及其在生物医学中的应用。具体而言，我们首先简要描述了偏振光的基本原理和穆勒矩阵（Mueller Matrix, MM）分解方法，随后介绍了近年来偏振测量技术的一些研究进展。最后，我们介绍了一些关于生物组织和细胞的研究，并阐述了偏振光学方法的应用价值。。
引用：
Caizhong Guan, Nan Zeng, and Honghui He.Review of polarization-based technology for biomedical applications.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2430002 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545824300027
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545824300027
RESEARCH ARTICLE
2.Application of cross-polarization imaging in distinguishing between squamous and columnar epithelium of the cervix
交叉偏振成像在区分宫颈鳞状上皮和柱状上皮中的应用
摘要：
在阴道镜检查过程中，仔细观察和评估鳞柱交界（SCJ）是基本要求。虽然传统的可见光阴道镜提供了高分辨率和高灵敏度，但宫颈上的眩光模式限制了对深层组织特征的可视化。另一方面，交叉偏振成像通过有效去除眩光并提供更大的光学穿透深度，克服了这一限制，以非侵入性方式检查亚表面组织结构。在本研究中，我们展示了偏振光在通过交叉偏振成像增强诊断中的潜力，用于识别和增强宫颈外翻病例中鳞状上皮（SE）和柱状上皮（CE）的对比度。我们的结果表明，偏振光阴道镜提供了补充传统阴道镜检查的有价值诊断信息。通过有效减少眩光并改善宫颈检查过程中的可视性，偏振光阴道镜被证明是一种有用的工具。此外，我们引入了一种新的方法，实际上提高了阴道镜图像中柱状上皮和鳞状上皮之间的对比度比（CR）。这种方法显著增加了这些组织类型之间的对比度，便于更清晰地区分并提高诊断准确性。值得注意的是，交叉偏振成像技术与我们提出的算法相结合，能够清晰观察SCJ边界。这些发现强调了我们的方法在提高偏振阴道镜检查评估宫颈组织的准确性和有效性方面的潜力。
引用：
Cat Phan Ngoc Khuong, Hieu Nguyen Trung, Duc Le Huynh, Quynh Nguyen Ngoc, Hai Pham Thanh, Long Nguyen, Hanh Tran Thi Thu, Tu Ly Anh, and Tien Tran Van.Application of cross-polarization imaging in distinguishing between squamous and columnar epithelium of the cervix.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2343002 (2025)Special Issue ArticleOpen Access
https://doi.org/10.1142/S1793545823430022
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545823430022
3.Diagnosis of osteosarcoma based on multimodal microscopic imaging and deep learning
基于多模态显微成像和深度学习的骨肉瘤诊断
摘要：
骨肉瘤是最常见的原发性骨肿瘤，具有高度恶性。在术中检查和早期诊断中实现快速准确的诊断尤为重要。因此，利用明场、自发荧光和偏振光显微成像构建的多模态显微成像诊断系统被用于从组织微环境水平研究骨肉瘤的病理机制，并实现快速准确的诊断。首先，收集正常组织和骨肉瘤组织切片的多模态显微图像，以表征样本组织微环境的整体形态、胶原纤维的排列结构以及内源性荧光物质的含量和分布。其次，基于三种单模态图像中包含的特征信息的相关性和互补性，结合卷积神经网络（CNN）和图像融合方法，构建了一个多模态智能诊断模型，有效提高了信息利用率和诊断准确性。与单模态模型相比，多模态诊断模型的准确性和真阳性率显著提高，分别达到了0.8495和0.9412。此外，癌变前后组织微环境的差异可以作为癌症诊断的依据，通过结合多模态显微成像技术和深度学习，可以实现骨肉瘤组织的信息提取和智能诊断，这显著促进了组织微环境在病理检查中的应用。该诊断系统凭借其操作简单、高效准确、高性价比等优势，具有巨大的临床应用潜力和研究意义。。
引用：
Zihan Wang, Jinjin Wu, Chenbei Li, Bing Wang, Qingxia Wu, Lan Li, Huijie Wang, Chao Tu, and Jianhua Yin.Diagnosis of osteosarcoma based on multimodal microscopic imaging and deep learning.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2343001 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545823430010
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545823430010
4.Generating bright-field images of stained tissue slices from Mueller matrix polarimetric images with CycleGAN using unpaired dataset
使用非配对数据集的CycleGAN从穆勒矩阵偏振图像生成染色组织切片的明场图像
摘要：
最近，穆勒矩阵（Mueller Matrix, MM）偏振成像辅助的病理检测方法在临床诊断中显示出巨大的潜力。然而，由于我们人类的眼睛无法直接观察偏振光，这给对偏振图像不太熟悉的病理学家在解释测量结果时带来了显著的挑战。一种可行的方法是将MM偏振成像与虚拟染色技术相结合，以生成标准化的染色图像，继承信息丰富的MM偏振成像的优势。在本研究中，我们开发了一个模型，使用非配对的MM偏振图像和明场图像来生成标准的苏木精 - 伊红（H&E）染色组织图像。与现有的主要基于配对图像模型训练的偏振虚拟染色技术相比，所提出的基于循环一致性生成对抗网络（CycleGAN）的模型极大地简化了数据获取和数据预处理。结果表明，使用非配对的偏振图像及其对应的明场图像训练CycleGAN是一种可行的方法，为病理学家提供了一种直观的方式，用于未来的偏振辅助数字病理学。
引用：
Jiahao Fan, Nan Zeng, Honghui He, Chao He, Shaoxiong Liu, and Hui Ma.Generating bright-field images of stained tissue slices from Mueller matrix polarimetric images with CycleGAN using unpaired dataset.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2343003 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545823430034
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545823430034
5.Polarimetric thermoacoustic imaging
偏振热声成像
摘要：
热声成像（Thermoacoustic Imaging, TAI）的对比度来源于微波吸收的不同电学性质（Electrical Properties, EPs）。然而，介电常数分布与电场偏振之间的关系在一定程度上限制了TAI的应用。在此，我们提出了一种基于旋转波导的偏振热声成像（Polarimetric Thermoacoustic Imaging, pTAI）系统。通过优化旋转波导（在3GHz时插入损耗小于0.2dB，回波损耗大于15dB），从喇叭天线发出的激励波可以在偏振方向上自由旋转。多偏振脉冲微波信号用于激发样品在不同偏振方向上的热声信号（Thermoacoustic Signals, TAS）。首先获得了具有多方向样品的pTAI的模拟结果。然后，我们将旋转波导以每秒10度的速度旋转，并通过成像三个随机放置的酱油管和体外牛肉，实验验证了pTAI的性能。本研究表明，pTAI在介电性质“扩散”成像方面具有潜力，例如，可提供大脑和肌肉的电导率张量成像。
引用：
Jiawei Long, Zheng Liang, Yihang Tu, Shimeng Xie, Lin Huang, and En Li.Polarimetric thermoacoustic imaging.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2443001 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545824430016
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545824430016
6.3D Jones-matrix thesiography of biological fluid facies
生物流体岩相的三维琼斯矩阵偏振干涉成像
摘要：
本文介绍并实验测试了一种新的偏振干涉生物医学诊断三维（3D）琼斯矩阵技术，该技术通过数字傅里叶重建脱水生物流体薄膜（岩相）的光学各向异性分层图（thesiograms）。提出了一种多晶结构的分层相位扫描模型，用于理论验证和预测生物流体岩相超分子网络的多晶结构结果。基于此，找到了重建滑膜液、胆汁和血液岩相双折射和二色性的琼斯矩阵thesiograms的算法。结果首次实验获得了具有不同超分子网络空间 - 角度结构的岩相的线性和圆双折射以及二色性的分层thesiograms。在实验数据的统计分析框架内，定义并临床测试了用于诊断生物流体岩相光学各向异性病理变化的新客观标记物（光学各向异性参数分布的不对称性和多余度）。结果表明，所开发的偏振干涉琼斯矩阵分层重建thesiograms的多晶超分子网络方法在胆汁岩相（胆结石）、滑膜液（反应性滑膜炎 - 化脓性关节炎）和全血（滤泡性腺瘤 - 乳头状甲状腺癌）的鉴别诊断中达到了极佳的平衡准确度水平。
引用：
Alexander Ushenko, Iryna Soltys, Alexander Dubolazov, Yuriy Ushenko, Viacheslav Bilookyi, Olexander Bilookyi, Olexandra Litvinenko, Ivan Mikirin, Jun Zheng, Zhebo Chen, and Lin Bin.3D Jones-matrix thesiography of biological fluid facies.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2443002 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545824430028
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545824430028
7.Polarization optical detection and localization of subcutaneous lesions
偏振光学检测与皮下病变定位
摘要：
准确识别病变组织并进一步提取其特征和深度位置，在临床诊断和治疗评估中具有重要意义。在本研究中，我们构建了三种病变类型的组织模型：纤维化（FT）、细胞器增殖（OPT）和色素沉着（PT）。这些模型能够定量调节模拟病变的深度。实验结果表明，参数Kc结合穆勒矩阵（MMT）参数能够有效区分病变的存在及其异常类型。此外，本研究提取了针对特定病变类型的深度敏感偏振特征参数（DSPFPs）。通过不同深度设置的组织模型实验，基于DSPFPs建立的机器学习回归模型展示了其深度检索能力。
引用：
Xinxian Zhang, Jiahao Fan, Jiawei Song, Nan Zeng, Honghui He, Valery V. Tuchin, and Hui Ma.Polarization optical detection and localization of subcutaneous lesions.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2543001 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545825430011
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825430011
8.A potential strategy for colorectal tumor diagnosis: Polarized light imaging technology
一种潜在的结直肠肿瘤诊断策略：偏振光成像技术
摘要：
结肠和直肠肿瘤的高死亡率提出了对快速、灵敏和准确诊断的迫切需求。偏振光成像技术具有无创、非接触、定量、快速和高灵敏度的优势，有望用于结直肠癌的辅助诊断。在此，利用这种强大的技术研究了四种病理类型的结直肠组织的差异。偏振光成像结合穆勒矩阵分解（Mueller Matrix Polarimetric Decomposition, MMPD）方法被用于提取可能与结直肠肿瘤相关的结构特征。研究表明，参数δ和θ能够反映结直肠肿瘤的结构差异。初步模拟实验结果揭示了参数δ与纤维密度相关，参数θ与纤维角度相关。然后使用Tamura图像纹理分析定量描述不同病理类型的组织，结果表明，四组的粗糙度、对比度、方向性和纹理粗糙度在统计学上存在差异。基于这四个维度的定量数据的纹理分析可用于识别良性和恶性结直肠肿瘤。
引用：
Hua Mao, Linfeng Fan, Liyun Huang, Min Lu, Shaoqin Jin, and Songtao Xiang.A potential strategy for colorectal tumor diagnosis: Polarized light imaging technology.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2543002 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545825430023
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825430023
9.Phototherapy and optogenetic stimulation improve cognitive function in sleep-deprived mice
光疗法和光遗传学刺激改善睡眠剥夺小鼠的认知功能
摘要：
海马体是负责学习记忆形成的脑结构。睡眠障碍导致的认知障碍与海马体密切相关。光疗法作为一种新的物理治疗方法，用于治疗睡眠障碍，具有无创和副作用少的优点。然而，光疗法改善睡眠障碍引起认知障碍的机制尚不清楚。在本研究中，我们使用光疗法结合光遗传学技术，研究了非侵入性光疗法对睡眠剥夺小鼠认知功能的影响。我们的结果表明，光疗法可能通过调节海马体来改善睡眠剥夺小鼠的认知功能。我们的研究扩展了非侵入性光疗法治疗睡眠障碍的研究进展。
引用：
Na Li, Xuechun Li, Zhongdi Jiang, Xiafei Shi, Huancheng Wu, Yi Liu, Huijuan Yin, and Hongli Chen.Phototherapy and optogenetic stimulation improve cognitive function in sleep-deprived mice.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2550001 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545825500014
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545825500014
10.Mean-reverting diffusion model-enhanced acoustic-resolution photoacoustic microscopy for resolution enhancement: Toward optical resolution
均值回归扩散模型增强的声学分辨率光声显微镜用于分辨率提升：迈向光学分辨率
摘要：
声学分辨率光声显微镜（AR-PAM）由于声学衍射的影响，其横向分辨率会降低。在此，我们提出了一种通过均值回归扩散模型增强AR-PAM分辨率的策略，以实现从声学分辨率向光学分辨率的转变。通过将从高分辨率图像到低分辨率AR-PAM图像的退化过程建模为稳定的高斯噪声（即均值状态），训练一个均值回归扩散模型来学习数据分布的先验信息。然后，利用所学到的先验信息，通过迭代采样噪声状态，从AR-PAM图像生成高分辨率图像。通过使用不同横向分辨率和噪声水平下的模拟和体内实验数据，验证了所提出方法的性能。结果显示，横向分辨率提升了3.6倍以上。图像质量得到了有效改善，体内数据的峰值信噪比（PSNR）提升了约66%，结构相似性指数（SSIM）提升了约480%。
引用：
Yiyang Cao, Shunfeng Lu, Cong Wan, Yiguang Wang, Xuan Liu, Kangjun Guo, Yubin Cao, Zilong Li, Qiegen Liu, and Xianlin Song.Mean-reverting diffusion model-enhanced acoustic-resolution photoacoustic microscopy for resolution enhancement: Toward optical resolution.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2450023 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545824500238
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545824500238
11.Enhancing the data processing speed of a deep-learning-based three-dimensional single molecule localization algorithm (FD-DeepLoc) with a combination of feature compression and pipeline programming
通过特征压缩和流水线编程相结合的方法提高基于深度学习的三维单分子定位算法（FD-DeepLoc）的数据处理速度
摘要：
三维（3D）单分子定位显微镜（SMLM）在生物医学应用中发挥着重要作用，但其数据处理非常复杂。深度学习是解决这一问题的潜在工具。作为最近报道的基于深度学习的最先进的3D超分辨率定位算法，FD-DeepLoc算法尽管大大提高了数据处理吞吐量，但与在线图像处理的预期目标相比仍存在差距。在本文中，基于FD-DeepLoc算法开发了一种新的算法Lite-FD-DeepLoc，以满足3D SMLM的在线图像处理需求。这种新算法采用特征压缩方法减少模型参数，并结合流水线编程加速深度学习模型的推理过程。模拟数据处理结果显示，Lite-FD-DeepLoc的图像处理速度约为FD-DeepLoc的两倍，定位精度略有下降，能够实现256×256像素大小图像的实时处理。生物实验数据处理结果表明，Lite-FD-DeepLoc能够成功基于散焦和鞍点工程分析数据，重建图像的全局分辨率相当于甚至优于FD-DeepLoc算法。
引用：
Shuhao Guo, Jiaxun Lin, Yingjun Zhang, and Zhen-Li Huang.Enhancing the data processing speed of a deep-learning-based three-dimensional single molecule localization algorithm (FD-DeepLoc) with a combination of feature compression and pipeline programming.Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 02, 2450025 (2025)
https://doi.org/10.1142/S1793545824500251
文章链接：
https://www.worldscientific.com/doi/10.1142/S1793545824500251
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自王珍科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3534623-1482090.html?mobile=1
收藏
