مکاترونیک نیوز | محققان از تصویربرداری فوتواکوستیک برای گرفتن عکس از فضای داخلی بدن انسان استفاده می کنند

به گزارش مکاترونیک نیوز، تصور کنید دانشمندان بتوانند به یکباره به درون کل بدن انسان، به تمام بافت‌ها و اندام‌ها نگاه کنند و شاهد عبور دارو از هر اینچ از وجود ما باشند. به احتمالات فکر کنید: چنین ظرفیتی می تواند به ما امکان تشخیص و ردیابی بیماری را مانند گذشته بدهد، و به مزایای تولید دارو نیز اشاره نکنیم. یک رویکرد تصویربرداری با وضوح فوق العاده که اهداف بسیار کوچک، مانند گلبول های قرمز خون یا قطرات رنگ فوتوآکوستیک تزریقی را بومی سازی می کند، به طور قابل توجهی وضوح فضایی را در روش های مختلف تصویربرداری بیولوژیکی و پزشکی بهبود بخشیده است.

تصویربرداری فوتوآکوستیک (PAI)، تکنیکی که از این پدیده برای گرفتن عکس داخل بدن استفاده می‌کندو به عنوان یک دستگاه تصویربرداری پزشکی برتر جدید برای کاربردهای پیش بالینی و کاربردی در حال بررسی است.

در این موضوع، از استراتژی محاسباتی مبتنی بر شبکه‌های عصبی عمیق (DNN) برای بازسازی تصاویر با وضوح فوق‌العاده با چگالی بالا استفاده شده است. استراتژی محلی‌سازی را می‌توان هم برای میکروسکوپ فوتوآکوستیک با وضوح نوری (OR-PAM) و هم برای توموگرافی کامپیوتری فوتوآکوستیک محلی‌سازی برچسب‌دار دوبعدی (PACT) اعمال کرد. برای اولی، تعداد مورد نیاز قاب های حجمی خام از میزان ده ها مقدار به کمتر از ده کاهش می یابد. برای دومی، تعداد مورد نیاز فریم های 2 بعدی خام 12 برابر کاهش می یابد. 

بنابراین، روش پیشنهادی به طور همزمان وضوح زمانی (از طریق DNN) و مکانی (از طریق روش محلی‌سازی) را در هر دو میکروسکوپ بدون برچسب و توموگرافی برچسب‌دار بهبود داده است. تصویربرداری PA محلی سازی مبتنی بر یادگیری عمیق، به طور بالقوه می تواند یک ابزار عملی در مطالعات پیش بالینی و بالینی ارائه دهد که به وضوح زمانی و مکانی سریع نیاز دارند.

فناوری PAI اخیراً از روش “تصویربرداری محلی سازی” استفاده کرده است که مستلزم آن است که تصویربرداری مکرر از همان منطقه برای رسیدن به وضوح فضایی بسیار بالا فراتر از آن محدودیت فیزیکی، صرف نظر از عمق تصویربرداری انجام شود. با این حال، چون فریم های متعددی که هر کدام حامل هدف محلی سازی هستند، باید روی هم سوار شوند تا بتوانند تولید یک تصویر با وضوح فوق العاده با چگالی نمونه برداری شده بالا را داشته باشند ، این وضوح فضایی بالاتر با هزینه تفکیک زمانی انجام می شود. این امر استفاده از آن را برای تحقیقاتی که نیاز به پاسخ فوری دارند را دشوار کرده است.

تصویربرداری فوتوآکوستیک (PAI)، یک فناوری تصویربرداری ترکیبی که از تحریک نوری و تشخیص اولتراسونیک استفاده می‌کند، تصویربرداری چند مقیاسی را در داخل بدن در مقیاس‌هایی از اندامک‌ها تا اندام‌ها امکان‌پذیر می‌کند. PAI امواج اولتراسونیک را با تابش پالس‌های لیزر کوتاه بر روی مولکول‌های زیستی تولید می‌کند که پالس‌های نور تحریک را جذب می‌کنند، تحت انبساط گرما الاستیک گذرا قرار می‌گیرند و انرژی آنها را به امواج اولتراسونیک تبدیل می‌کنند که امواج فوتوآکوستیک (PA) نامیده می‌شوند. امواج PA القا شده توسط یک مبدل اولتراسوند (US) شناسایی می شود. بسته به الگوی روشنایی نور، فرکانس مبدل ایالات متحده و عمق تصویربرداری هدف، روش PAI معمولاً به دو حالت تقسیم می‌شود: میکروسکوپ فوتوآکوستیک (PAM) و توموگرافی کامپیوتری فوتوآکوستیک (PACT).

پروفسور Chulhong Kim، پروفسور Seungchul Lee، دانشجوی دکترا جونگ بئوم کیم، و خانم Gyuwon Kim ريیس دانشکده مهندسی برق، مهندسی Convergence IT و مهندسی مکانیک در دانشگاه علم و صنعت پوهانگ کره جنوبی، با پروفسور لیهونگ وانگ و فوق دکترا در این زمینه با یکدیگر همکاری کردند.

دستیار تحقیقاتی لی لی از موسسه فناوری کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا،یک نرم افزار محلی سازی PAI بر اساس هوش مصنوعی برای رفع ایرادات کاهش سرعت تصویربرداری ایجاد کردند که مقاله آنها در علوم و کاربرد نور منتشر شده است.
این تحقیقات توانسته است با به کارگیری عمیق هر سه این نگرانی ها را به طور همزمان مدیریت کند:افزایش سرعت تصویربرداری و یادگیری وکاهش تعداد پرتوهای لیزر روی بدن.

تیم تحقیقاتی توانست تعداد عکس های استفاده شده در این روش را در بیشتر از سه لایه قطع کند و سرعت تصویربرداری با استفاده از فن آوری یادگیری عمیق، را تا 12 برابر افزایش دهد.

زمان توموگرافی کامپیوتری فوتوآکوستیک و تصویربرداری میکروسکوپی فوتو آکوستیک محلی سازی به ترتیب از 30 ثانیه به 2.5 ثانیه و از 30 دقیقه به 2.5 دقیقه کاهش یافت.

این توسعه امکان استفاده از تکنیک های PAI را برای بومی سازی در انواع کاربردهای پیش بالینی یا کاربردی که هم به سرعت بالا و هم فضایی با وضوح عالی نیاز دارند مانند مطالعات واکنش های دارویی و همودینامیک آنی باز می کند.
مزیت قابل توجه این فناوری این است که هم قرار گرفتن بدن زنده در معرض پرتو لیزر و زمان تصویربرداری را و همچنین فشار روی بیمار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

منبع خبر: www.azorobotics.com

نام خبرنگار : منا بنهری