Yasuno gives BiOS Hot Topic Talk at SPIE Photonics West

私達の研究グループの安野が来年1月にサンフランシスコで開かれる国際会議 Photonics West / BiOS のプレナリーセッション（全員セッション）である BiOS Hot Topics において「マルチコントラスト OCT」を紹介します。

Photonics West / BiOS は 米光工学回（SPIE）が主催する世界最大の生体医用光学に関する学会です。BiOS Hot Topics セッションでは、生体医用光学の研究の最もホットなトピック８つを選び、それぞれの中心となる研究者がそれぞれの全体像を紹介するものです。

今回安野は、ホットな研究トピックとして、マルチコントラスト OCT/ Jones matrix OCT を紹介します。

詳細は SPIE/Photonics West のウェブサイトに掲載されています。

It is my honor to announce that Yasuno is going to give a plenary presentation at BiOS Hot Topic, SPIE Photonics West (San Francisco, January, 2019).

SPIE Photonics West / BiOS is the world largest conference conference of laser and biomedical optics. BiOS Hot Topic session is a plenary session, in which eight selected speakers introduce eight hottest topics in the year. Yasuno was designated to speak about recent activities on multi-functional optical coherence tomography.

The details of the session is available on  web-site of SPIE/Photonics West.

Publication: Pigment and flow imaging for posterior eye

Our colleague Shuichi Makita recently reported a new type of retinal optical coherence tomography (OCT), which visualizes the abnormality of retinal pigment epithelium (RPE) and vasculature in the eye. This OCT is referred to as ``pigment and flow imaging OCT'', or ``PAF-OCT'' in short. It uses a polarization diversity detection scheme to measure the polarization uniformity within the retina, and the polarization uniformity corresponds to the melanin distribution. In addition, the retinal flow is visualized by OCT angiography technique, simultaneously.

Since all optical fiber components are packed in a compact retinal scanner, it is good to use in an ophthalmic clinic. The PAF-OCT is, actually, now utilized in clinical investigation at Tokyo Medical University Ibaraki Medical Center. This compactness, easy operation and non-invasive ability to visualize the RPE and vascular abnormality make PAF-OCT a promising too for retinal diagnosis.

The details are reported in Biomedical Optics Express.

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S. Makita, T. Mino, T. Yamaguchi, M. Miura, S. Azuma, and Y. Yasuno, "Clinical prototype of pigment and flow imaging optical coherence tomography for posterior eye investigation," Biomed. Opt. Express 9, 4372–4389 (2018).

私達が新たに開発した網膜の色素・血流の三次元イメージング装置である「Pigment-and-flow Imaging Optical Coherence Tomography」 (PAF-OCT) について、米光学会の論文誌 Biomedical Optics Express に論文発表を行いました。この技術は、偏波分離検出メカニズムとOCTA（光断層干渉計アンギオグラフィー）技術を用いることにより、網膜内のメラニン色素の分布と血流の分布を三次元的に可視化するものです。これによって、外部からの外部からの薬剤の注入などを行わず、完全に非侵襲に網膜の色素上皮と循環系の異常を可視化することができます。

また、今回は発表した PAF-OCT 装置では、すべての機器コンポーネントをコンパクトな筐体（網膜スキャナー）の中に搭載することに成功しました。これにより、この装置は眼科医院などの臨床現場での安定稼働が可能になりました。実際に、現在この PAF-OCT 装置は東京医科大学茨城医療センター眼科で臨床試験を行っています。

PAF-OCT のもつこの安定性、容易な操作性、そして色素上皮と循環系の非侵襲可視化という機能は、加齢黄斑変性などの眼科疾患の検出に力を発揮すると考えられます。

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

>>  Full length article (Open access)

S. Makita, T. Mino, T. Yamaguchi, M. Miura, S. Azuma, and Y. Yasuno, "Clinical prototype of pigment and flow imaging optical coherence tomography for posterior eye investigation," Biomed. Opt. Express 9, 4372–4389 (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).

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.

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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).

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.

>> Full length article (open access)

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。

>> Full length article (open access)

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).

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].

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.

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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)