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在光聲領(lǐng)域，圖片質(zhì)量取決于設(shè)備傳感器的數(shù)量和分布，傳感器越多，布置的范圍越廣，圖片的質(zhì)量就越高。
為了讓成本降低，使用少量超聲波傳感器就能提高低成本光聲設(shè)備中的圖像質(zhì)量，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世大學(xué)的研究人員就將目光轉(zhuǎn)向了機(jī)器學(xué)習(xí)。他們開發(fā)了一個(gè)框架，可以利用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從稀疏的光聲數(shù)據(jù)中有效恢復(fù)圖像質(zhì)量，同時(shí)他們展示了他們進(jìn)行小鼠體內(nèi)全身成像的方法。
為了生成準(zhǔn)確的高分辨率參考圖像來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該團(tuán)隊(duì)首先開發(fā)了具有512個(gè)傳感器的光聲掃描儀，然后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析并了解該設(shè)備生成的高質(zhì)量圖像的特征。接著，研究人員從設(shè)備中移除大多數(shù)傳感器，從而使其成像質(zhì)量下降。 由于數(shù)據(jù)不足，圖像中出現(xiàn)了條紋型偽像。但是，之前訓(xùn)練有素的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠糾正大多數(shù)此類失真，使圖像質(zhì)量接近設(shè)備具有全部512個(gè)傳感器時(shí)獲得的測(cè)量結(jié)果。此外，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠提高在狹窄范圍內(nèi)記錄的圖像的質(zhì)量。Daniel Razansky教授說：“這對(duì)于臨床應(yīng)用尤為重要，因?yàn)榧す饷}沖無(wú)法穿透整個(gè)人體，因此成像區(qū)域通常只能從一個(gè)方向進(jìn)入。” 而在使用合成或幻像數(shù)據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)，收效甚微，這表明了使用全視圖掃描儀獲取的高質(zhì)量體內(nèi)圖像進(jìn)行訓(xùn)練的重要性。
研究小組表示，該方法可以應(yīng)用于其他成像技術(shù)，因?yàn)樵摲椒ɑ谥亟ǖ膱D像，而不是原始記錄的數(shù)據(jù)。“您基本上可以使用相同的方法從任何種類的稀疏數(shù)據(jù)中生成高質(zhì)量圖像，” Razansky說。醫(yī)師通常面臨著解釋低質(zhì)量圖像的挑戰(zhàn)。他說：“我們證明，使用AI方法可以改善此類圖像，使其更容易獲得更準(zhǔn)確的診斷。”
通過減輕常見的圖像偽影，增強(qiáng)解剖對(duì)比度和圖像量化能力以及加速數(shù)據(jù)采集和圖像重建，該新方法可以使許多光聲成像應(yīng)用受益。它還可以促進(jìn)實(shí)用和實(shí)惠的光聲成像系統(tǒng)的開發(fā)。
對(duì)于他們目前的研究，科學(xué)家使用了為小動(dòng)物定制的光聲層析成像設(shè)備，并用小鼠的圖像訓(xùn)練了機(jī)器學(xué)習(xí)算法。他們的下一步是將他們的方法應(yīng)用于人類患者的光聲圖像。
(原標(biāo)題:AI將提升光聲成像的質(zhì)量和可用性)
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