การเรียนรู้เชิงลึกช่วยเร่งการถ่ายภาพโฟโตอะคูสติกความละเอียดสูง

การถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกเป็นเทคนิคแบบผสมผสานที่ใช้ในการรับข้อมูลระดับโมเลกุล กายวิภาค และหน้าที่จากภาพที่มีขนาดตั้งแต่ไมครอนถึงมิลลิเมตร ที่ความลึกตั้งแต่หลายร้อยไมครอนไปจนถึงหลายเซนติเมตร วิธีการถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกความละเอียดสูง ซึ่งใช้เฟรมภาพหลายเฟรมของเป้าหมายซ้อนทับกันเพื่อให้ได้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงมาก สามารถระบุเป้าหมายขนาดเล็กมาก 

เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง

หรือหยดของสีย้อมที่ฉีดเข้าไป วิธีการ “การสร้างภาพแบบโลคัลไลเซชัน” นี้ช่วยปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ในการศึกษาทางคลินิกอย่างมีนัยสำคัญ แต่ทำได้โดยใช้ความละเอียดชั่วคราวทีมวิจัยข้ามชาติได้ใช้เทคโนโลยีการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อเพิ่มความเร็วในการรับภาพอย่างมากโดยไม่ทำให้คุณภาพ

ของภาพลดลง ทั้งสำหรับโฟโตอะคูสติกไมโครสโคป (PAM) และโฟโตอะคูสติกคอมพิวเต็ดโทโมกราฟี (PACT) วิธีการที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ซึ่งอธิบายไว้ให้ความเร็วในการถ่ายภาพเพิ่มขึ้น 12 เท่า และลดจำนวนภาพที่ต้องการได้มากกว่า 10 เท่า ความก้าวหน้านี้ช่วยให้สามารถใช้เทคนิคการถ่ายภาพ

ด้วยแสงอะคูสติกแบบโลคัลไลเซชันในการใช้งานพรีคลินิกหรือทางคลินิกที่ต้องการทั้งความเร็วสูงและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดี เช่น การศึกษาการตอบสนองของยาในทันทีการถ่ายภาพแบบโฟโตอะคูสติกใช้การกระตุ้นด้วยแสงและการตรวจจับแบบอัลตราโซนิกเพื่อเปิดใช้งานการถ่ายภาพ หลายระดับ 

ในร่างกาย เทคนิคนี้ทำงานโดยการฉายแสงเลเซอร์สั้นๆ ลงบนชีวโมเลกุล ซึ่งจะดูดซับพัลส์แสงกระตุ้น ทำให้เกิดการขยายตัวของเทอร์โมอิลาสติกชั่วคราว และเปลี่ยนพลังงานให้เป็นคลื่นอัลตราโซนิก คลื่นโฟโตอะคูสติกเหล่านี้จะถูกตรวจจับโดยทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์และใช้เพื่อสร้างภาพ 

นักวิจัยได้พัฒนากลยุทธ์การคำนวณโดยใช้โครงข่ายประสาทเทียมเชิงลึก (DNNs) ที่สามารถสร้างภาพความละเอียดสูงที่มีความหนาแน่นสูงจากกรอบภาพดิบที่น้อยลง เฟรมเวิร์กที่ใช้การเรียนรู้เชิงลึกใช้โมเดล DNN ที่แตกต่างกันสองโมเดล: โมเดล 3 มิติสำหรับ PAM (OR-PAM) ความละเอียดออปติคอล

โลคัลไลเซชัน

แบบโลคัลไลเซชันแบบไม่มีฉลาก และแบบจำลอง 2 มิติสำหรับ PACT การแปลเชิงระนาบผู้ตรวจสอบหลักผู้อำนวย การศูนย์นวัตกรรมอุปกรณ์การแพทย์ และเพื่อนร่วมงานอธิบายว่าเครือข่ายสำหรับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น OR-PAM มีเลเยอร์การวนรอบ 3 มิติเพื่อรักษาข้อมูลโครงสร้าง 3 มิติของภาพ

เชิงปริมาตร ในขณะที่เครือข่ายสำหรับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น PACT มีเลเยอร์การวนรอบ 2 มิติ เรียนรู้การแปลง จากภาพโฟโตอะคูสติกแบบเบาบางหรือแบบหนาแน่น นักวิจัยได้ฝึกฝนทั้งสองเครือข่ายพร้อมกัน และเมื่อการฝึกอบรมดำเนินไป เครือข่ายจะได้เรียนรู้การกระจายของภาพจริง

และสังเคราะห์ภาพใหม่ที่คล้ายกับภาพจริงมากขึ้นเพื่อทดสอบวิธีการของพวกเขา นักวิจัยใช้ เพื่อถ่ายภาพบริเวณที่สนใจในหูของหนู ด้วยการใช้เฟรมที่เลือกแบบสุ่ม 60 เฟรม พวกเขาสร้างอิมเมจ ที่โลคัลไลเซชันหนาแน่นขึ้นใหม่ ใช้เป็นเป้าหมายสำหรับการฝึกอบรมและความจริงพื้นฐานสำหรับ

การประเมิน พวกเขายังสร้างอิมเมจ OR-PAM ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นแบบกระจายขึ้นใหม่โดยใช้เฟรมที่น้อยลงสำหรับอินพุตลงใน DNN เวลาในการถ่ายภาพสำหรับภาพที่หนาแน่นคือ 30 วินาที ในขณะที่ภาพที่กระจัดกระจายโดยใช้ 5 เฟรม จะใช้เวลาเพียง 2.5 วินาที

ภาพที่หนาแน่นและสร้างขึ้นโดย DNN มีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่สูงกว่าและการเชื่อมต่อเรือที่มองเห็นได้ดีกว่าภาพที่กระจัดกระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลอดเลือดที่มองไม่เห็นในภาพที่เบาบางถูกเปิดเผยด้วยความเปรียบต่างสูงในภาพที่อิงตามการแปล DNN

นักวิจัยยังใช้ PACT เพื่อถ่ายภาพสมองของหนูในร่างกายหลังจากฉีดหยดสีย้อม พวกเขาสร้างภาพ ที่มีการโลคัลไลเซชันแบบหนาแน่นขึ้นใหม่โดยใช้หยดสีย้อม 240,000 หยด บวกกับภาพที่กระจัดกระจายโดยใช้หยดสี 20,000 หยด เวลาในการถ่ายภาพลดลงจาก 30 นาทีสำหรับภาพที่หนาแน่นเป็น 2.5 นาที

สำหรับภาพ

ข้อได้เปรียบเฉพาะของการนำเฟรมเวิร์ก DNN ไปใช้กับการถ่ายภาพด้วยโฟโตอะคูสติกคือสามารถปรับขนาดได้ ตั้งแต่การใช้กล้องจุลทรรศน์ไปจนถึงการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถนำไปใช้กับแอปพลิเคชันพรีคลินิกและทางคลินิกในระดับต่างๆ ได้ การใช้งานจริงอย่างหนึ่ง

อาจเป็นการวินิจฉัยสภาพผิวและโรคที่ต้องการข้อมูลโครงสร้างที่แม่นยำ และเนื่องจากเฟรมเวิร์กสามารถลดเวลาในการถ่ายภาพลงได้อย่างมาก จึงสามารถตรวจสอบการทำงานของระบบไหลเวียนโลหิตในสมองและกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้ผู้เขียนสรุป “ความละเอียดของเวลาที่ได้รับการปรับปรุง

ทำให้การตรวจสอบคุณภาพสูงเป็นไปได้โดยการสุ่มตัวอย่างในอัตราที่สูงขึ้น ทำให้สามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วซึ่งไม่สามารถสังเกตได้ด้วยความละเอียดของเวลาต่ำแบบเดิม” ผู้เขียนสรุป

ที่กระจัดกระจาย สัณฐานวิทยาของหลอดเลือดนั้นยากต่อการจดจำในภาพที่เบาบาง 

ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้ออกซิเจนบนเครื่องบินเมื่อออกจากชั้นบรรยากาศ ดังนั้นยานปล่อยที่ขับเคลื่อนด้วย จะมีมวลต่ำกว่าสำหรับน้ำหนักบรรทุกที่กำหนดมากกว่ายานจรวดทั่วไป ผลประโยชน์จำนวนมากนี้สามารถแลกกับระบบที่ช่วยให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และมีลักษณะเหมือนเครื่องบิน 

เช่น ปีก โครงใต้ท้องรถ และระบบป้องกันความร้อน ซึ่งเป็นคุณสมบัติทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการนำยานลำเดิมไปบินซ้ำแล้วซ้ำอีก และประสบความสำเร็จในการเปิดตัวหลายร้อยครั้งการนำกลับมาใช้ใหม่จะไม่เพียงช่วยลดต้นทุนการเปิดตัวเท่านั้น ยานปล่อยที่ขับเคลื่อนด้วย จะบินขึ้นเหมือนเครื่องบินแทนที่จะปล่อยในแนวดิ่งเหมือนยานจรวดทั่วไป ผลก็คือพวกเขาจะแนะนำเวลาตอบสนองที่เร็วขึ้น 

credit: coachwebsitelogin.com assistancedogsamerica.com blogsbymandy.com blogsdeescalada.com montblanc–pens.com getthehellawayfromsalliemae.com phtwitter.com shoporsellgold.com unastanzatuttaperte.com servingversusselling.com