핵의학

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  • [Sci Rep .] Enhanced resolution and sensitivity acoustic-resolution photoacoustic microscopy with semi/unsupervised GANs

    [Sci Rep .] Enhanced resolution and sensitivity acoustic-resolution photoacoustic microscopy with semi/unsupervised GANs

    전남대 / Thanh Dat Le, 이창호*

  • 출처
    Sci Rep .
  • 등재일
    2023 Aug 17
  • 저널이슈번호
    13(1):13423. doi: 10.1038/s41598-023-40583-x.
  • 내용

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    Abstract
    Acoustic-resolution photoacoustic microscopy (AR-PAM) enables visualization of biological tissues at depths of several millimeters with superior optical absorption contrast. However, the lateral resolution and sensitivity of AR-PAM are generally lower than those of optical-resolution PAM (OR-PAM) owing to the intrinsic physical acoustic focusing mechanism. Here, we demonstrate a computational strategy with two generative adversarial networks (GANs) to perform semi/unsupervised reconstruction with high resolution and sensitivity in AR-PAM by maintaining its imaging capability at enhanced depths. The b-scan PAM images were prepared as paired (for semi-supervised conditional GAN) and unpaired (for unsupervised CycleGAN) groups for label-free reconstructed AR-PAM b-scan image generation and training. The semi/unsupervised GANs successfully improved resolution and sensitivity in a phantom and in vivo mouse ear test with ground truth. We also confirmed that GANs could enhance resolution and sensitivity of deep tissues without the ground truth.

     

     

    그림 (a, b) 마우스 귀 미세 혈관의 광음향 현미경 영상과 깊이 영상. (i) 저해상도 원본 광음향 현미경 영상, (ii) cGAN 영상 출력 결과, (iii) CycleGAN 영상 출력 결과, (iv) 고해상도 원본 영상

     

     

    Affiliations

    Thanh Dat Le 1, Jung-Joon Min 2, Changho Lee 3 4
    1Department of Artificial Intelligence Convergence, Chonnam National University, Gwangju, 61186, Korea.
    2Department of Nuclear Medicine, Chonnam National University Medical School and Hwasun Hospital, 264, Seoyang-ro, Hwasun-eup, Hwasun-gun, 58128, Jeollanam-do, Korea.
    3Department of Artificial Intelligence Convergence, Chonnam National University, Gwangju, 61186, Korea. ch31037@jnu.ac.kr.
    4Department of Nuclear Medicine, Chonnam National University Medical School and Hwasun Hospital, 264, Seoyang-ro, Hwasun-eup, Hwasun-gun, 58128, Jeollanam-do, Korea. ch31037@jnu.ac.kr.

  • 연구소개
    레이저와 초음파 영상 기술이 융합된 광음향 영상 기술은 기존의 광학 영상의 영상 깊이 한계 (약 1 mm)를 극복가능하여, 최근 다양한 의료영상 분야에 활용이 되고 있습니다. 하지만, 여전히 빛과 초음파의 높은 산란과 흡수로 깊은 조직 내에서 높은 공간 해상도 구현이 어려운 물리적인 한계가 있습니다. 본 연구에서는 준지도/비지도형 생산적 적대 신경망 (semi supervised/ unsupervised GAN)을 활용하여, 고해상도의 3차원 광음향 현미경 영상과 깊은 조직에서 획득한 저해상도 3차원 광음향 영상을 상호 학습시켜서 깊은 조직에서도 높은 공간 해상도 구현이 가능한 방법을 제시하였습니다. 본 기술을 활용하여, 현재 다양하게 개발 중인 고해상도 광음향 현미경의 개발 깊은 조직 영상 구현과 이를 활용한 미세 혈관 조영술 연구에 기여 할 것으로 기대 됩니다.
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