Monday, July 2, 2018

Publication: Machine-learning based multi-contrast segmentation of optic nerve head

Our colleague Deepa Kasaragod recently published her new development on automatic tissue segmentation of human optic nerve head.

In this new method, she combined unsupervised and supervised machine learning technology to process multi-contrast three-dimensional tomography of human optic nerve head. The unsupervised method automatically groups the pixels of multi-contrast tomography based on its optical properties. And this pixel groups are used to train the subsequent supervised tissue classifier algorithm. The train classifier finally successfully highlights (segments) the beam-structure in the lamina cribrosa. So, finally, this fine segmentation was performed without manual supervision.

The details of this research is reported in Biomedical Optics Express.

>> Full length article (open access).
D. Kasaragod, S. Makita, Y.-J. Hong, and Y. Yasuno, ``Machine-learning based segmentation of the optic nerve head using multi-contrast Jones matrix optical coherence tomography with semi-automatic training dataset generation,'' Biomed. Opt. Express 9, 3220-3243 (2018).

私達の研究グループの Deepa Kasaragod 研究員が視神経乳頭のOCT画像の微小な組織を自動抽出する手法を開発しました。この手法は、Jones matrix OCT と呼ばれるそうちで得られる、組織の様々な光学特性を表す複数のトモグラフィーの情報と機械学習手法を組み合わせることで特定の組織部位を自動抽出するものです。今回の手法では、まず、「教師なし学習法」と呼ばれるアルゴリズムでトモグラフィー内のピクセルそれぞれを、それぞれ異なった組織によりわけます。そして、そのよりわけた結果を参考データとして、「教師なし学習」とよばれるアルゴリズムで「組織弁別器」と呼ばれるプログラムを自動最適化します。最終的に、この最適化された組織弁別器を用いて、視神経乳頭のなかにある篩状板、特にその中のビームと呼ばれる微小構造を自動抽出することに成功しました。

この技術の詳細は、アメリカ光学会発行の Biomedical Optics Express 誌に掲載されました。

>> Full length article (open access).
D. Kasaragod, S. Makita, Y.-J. Hong, and Y. Yasuno, ``Machine-learning based segmentation of the optic nerve head using multi-contrast Jones matrix optical coherence tomography with semi-automatic training dataset generation,'' Biomed. Opt. Express 9, 3220-3243 (2018).

Monday, June 25, 2018

Publication: Multi-contrast segmentation of pathological posterior eye

Our colleague Shinnosuke Azuma recently reported a brand-new method to automatically highlight retinal pigment epithelium (RPE) and choroid. This highlighting, i.e., segmentation multiple contrast information obtained by Jones matrix OCT, and does not use any morphological information. And hence, it is applicable not only to normal eyes but also severely damaged retina.

Based on this segmentation, he also established several en face visualization methods of eye pathology. Among several of them, melano layer thickness maps was found to have strong similarity of near-infrared fundus auto fluorescence (FAF) image. Owing to this similarity and depth resolution nature of OCT, we now can interpret the en face FAF image in three-dimensional manner.

The details of the methods and its clinical results are reported in Biomedical Optics Express.

>> Full length article (open access)
S. Azuma, S. Makita, A. Miyazawa, Y. Ikuno, M. Miura, and Y. Yasuno, ``Pixel-wise segmentation of severely pathologic retinal pigment epithelium and choroidal stroma using multi-contrast Jones matrix optical coherence tomography,'' Biomed. Opt. Express 9, 2955-2973 (2018).

当研究室の博士課程後期で勉強している東神之介さんが、Jones matrix OCT でえられる複数のコントラストを組み合わせることで眼底の特定の組織を検出・表示する手法を開発しました。この手法では、Jones matrix OCTで得られる様々なタイプの光特性を四則演算や閾値によって処理することで、色素上皮や脈絡膜実質部位の抽出を行っています。この手法は組織の形態に関する情報を用いいずに組織抽出を行っています。そのため、従来の組織抽出しようとはことなり、大きく形状が変化したような重篤な疾患眼でも組織の抽出を行うことができます。

また、抽出された色素上皮の形態から en face メラニン量マップも作成しました。このマップを近赤外眼底自発蛍光を比べると、この両者が極めて類似していることがわかりました。この類似性と、Jones matrix OCTの三次元計測特性を用いることで、近赤外眼底自発蛍光発生の様子を三次元的に理解することが可能になってきています。

この研究の詳細はアメリカ
光学会の論文誌 Biomedical Optics Express に掲載されています。

>> Full length article (open access)
S. Azuma, S. Makita, A. Miyazawa, Y. Ikuno, M. Miura, and Y. Yasuno, ``Pixel-wise segmentation of severely pathologic retinal pigment epithelium and choroidal stroma using multi-contrast Jones matrix optical coherence tomography,'' Biomed. Opt. Express 9, 2955-2973 (2018).

Monday, May 14, 2018

Publication: Polarization sensitive imaging of glaucoma surgery

Our collaborator Shinichi Fukuda recently reported his comparative study among optical coherence tomography (OCT), conventional polarization sensitive OCT (PS-OCT's phase retardation imaging) and our new PS-OCT imaging method, i.e., birefringence imaging findings of bleb structure created in glaucoma surgery. As he concluded, the phase retardation imaging is particularly sensitive to slight alteration of bleb tissue, where as the birefringence imaging can highlight localized alteration of the tissue. He also found that the birefringence imaging can visualize "plate-like birefringence change" in the bleb, and it is associated with poor outcome of the surgery.

The details of study is described in Scientific Reports.

S. Fukuda, A. Fujita, D. Kasaragod, S. Beheregaray, Y. Ueno, Y. Yasuno, and T. Oshika, ``Comparison of intensity, phase retardation, and local birefringence images for filtering blebs using polarization-sensitive optical coherence tomography,'' Scientific Reports 8, 7519 (2018).

筑波大学眼科の福田慎一先生が、私達との共同研究である「緑内障手術痕の光干渉断層計(OCT)、偏光位相差トモグラフィー、複屈折トモグラフィー観察の比較」に関して Scientific Reports 誌で報告しています。この研究によって、偏光位相差トモグラフィーは緑内障手術痕における組織のごく弱い変化を検出することが可能であり、一方、複屈折トモグラフィーは組織の局所的な変化をとらえられることがわかりました。また、複屈折トモグラフィーで手術痕を観察したさい見られることのある「プレート状複屈折構造」が、手術予後不良を示す指標になることがしめされました。

この研究の詳細は Scientific Reports 誌で報告されています。


S. Fukuda, A. Fujita, D. Kasaragod, S. Beheregaray, Y. Ueno, Y. Yasuno, and T. Oshika, ``Comparison of intensity, phase retardation, and local birefringence images for filtering blebs using polarization-sensitive optical coherence tomography,'' Scientific Reports 8, 7519 (2018).

Friday, April 13, 2018

Opening for Student Positions

We are recruiting graduate (masters and PhD) and exchange students with scientific enthusiasm.  The students are expected to work for optical coherence tomography and microscopy. And the students will be fully or partially monetarily-supported. See the flyer for details. And contact Yasuno (yasuno@optlab2.bk.tsukuba.ac.jp)!

Links
Flyer for student recruit [PDF].

Tuesday, February 27, 2018

Publication: Eye-motion-corrected OCT angiography

Yiwei Chen recently reported our new results about a motion-free and non-invasive angiography method for living human eye. This method is based on OCT angiography (OCT-A) with newly designed special scanning pattern. The usage of Lissajous scan pattern is the key to achieve motion-free OCT-A. However, standard Lissajous scan is not compatible with OCT-A detection. So, Yiwei modified it to scan the same position on a tissue multiple times and enabled blood flow detection by OCT-A.  He further developed motion estimation and correction algorithms, successfully removed image distortion due to eye movements.

The details are reported in Biomedical Optics Express.

>>  Full length article (Open access)

Yiwei Chen, Young-Joo Hong, Shuichi Makita, and Yoshiaki Yasuno, ``Eye-motion-corrected optical coherence tomography angiography using Lissajous scanning,'' Biomed. Opt. Express 9, 1111-1129 (2018).


Yiwei Chen  研究員が私たちの最新の研究である「モーションフリー眼底血管イメージング手法」に関する論文を発表しました。これは、リサージュと呼ばれる連続曲線パターンで網膜を走査することで眼の動きによる画像の歪みを補正しながら、OCT造影(OCTA)と呼ばれる手法で眼底の血流を可視化する技術です。
 以前の研究で私たちは、リサージュ走査を用いた画像の歪みのない三次元眼底形状の撮影に成功していました。しかし、このリサージュ走査は OCTA と組み合わせることのできない操作方法でした。今回 Yiwei はリサージュ曲線の一部を、スキャンの連続性を維持しながら繰返すことで、OCTAで利用可能にしました。この技術を使うことで、眼球運動による歪みのない眼底血管分布を可視化することが可能になりました。

この研究の詳細はアメリカ光学会の論文誌 Biomedical Optics Express に掲載されました。

>>  Full length article (Open access)

Yiwei Chen, Young-Joo Hong, Shuichi Makita, and Yoshiaki Yasuno, "Eye-motion-corrected optical coherence tomography angiography using Lissajous scanning," Biomed. Opt. Express 9, 1111-1129 (2018) 

Tuesday, December 19, 2017

2017年度 応用物理特論 資料

筑波大学の講義「応用物理特論」(2017年度)で私たちのグループの研究室紹介を行いました。筑波大の学生さんだけでなく、私たちの研究に興味のある方のために資料を公開します。さらに興味のある方は RESEARCH ページと合わせて御覧ください。

>> 資料 PDF (6 MB)



Tuesday, December 12, 2017

東神之介君がOPJ優秀講演賞を受賞しました!

当研究室の東神之介君が、11月に開催されたOptics & Photonics Japan(OPJ 日本光学会年次講演会)第3回OPJ優秀講演賞を受賞しました。

東君は昨年の卒業研究で眼底検査用 Jones 行列OCTを開発し、今年4月の修士課程進学後は眼底Jones 行列OCTで得られる情報を用いた医療画像処理アルゴリズムの研究をしています。今回の受賞はその中でも眼底黄斑部の病変を可視化する画像処理手法に対するものでした。

東君にとって初めての学会発表での受賞となります。現在、東君はこの成果を英文論文として取りまとめています。東君の今後のさらなる活躍に期待しています!

受賞対象演題: "Macular analysis by multi-contrast segmentation of retinal pigment epithelium and choroid by Jones-matrix OCT"
>> 学会アナウンスサイト