作者:Tali Ilovitsh et al. 来源:Communications Biology 发布时间:2018/6/13 12:58:18
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利用声学结构光照明技术来实现超高分辨率的超声成像

论文题目: Acoustical structured illumination for super-resolution ultrasound imaging

作者:Tali Ilovitsh et al.

发表日期:2018/1/22

数字识别码:10.1038/s42003-017-0003-5

摘要:Structured illumination microscopy is an optical method to increase the spatial resolution of wide-field fluorescence imaging beyond the diffraction limit by applying a spatially structured illumination light. Here, we extend this concept to facilitate super-resolution ultrasound imaging by manipulating the transmitted sound field to encode the high spatial frequencies into the observed image through aliasing. Post processing is applied to precisely shift the spectral components to their proper positions in k-space and effectively double the spatial resolution of the reconstructed image compared to one-way focusing. The method has broad application, including the detection of small lesions for early cancer diagnosis, improving the detection of the borders of organs and tumors, and enhancing visualization of vascular features. The method can be implemented with conventional ultrasound systems, without the need for additional components. The resulting image enhancement is demonstrated with both test objects and ex vivo rat metacarpals and phalanges.

本周《通讯-生物学》发表的一项研究Acoustical structured illumination for super-resolution ultrasound imaging 用结构光照明显微法的原理来加强超声成像技术,从而提高医学影像检查的精度与准确性。

医学影像检查是诊断病症的一个重要的工具。 在众多的现有的影像检查手段里,超声波的使用最为广泛,因为它的安全系数高,性价比高,且入侵性低。但是超声波测试的效果经常不够理想,因为它的分辨率不够高,对比不够强烈,且信号强度与噪音强度的比率不够高。

加州大学戴维斯分校的Katherine W. Ferrar和同事采用和延伸了结构光照明显微法 (Structured illumination microscopy-SIM)的光学原理来增强超声波图的分辨率。在本世纪初被开发,在过去十多年间得到迅速发展的SIM 采用的光学和计算技术的组合方法,通过在样本或图像上叠加明确定义的图案来修饰照明光,用计算技术除去结构光照明对图像的影响,从而改善图像的质量,使一些在常规照明方式下无法分辨的高分辨率信息变得可见。结构光照明显微方法使得宽场荧光成像技术突破了传统透镜的分辨率限制,已经成为细胞生物学里对微观物体进行观察的关键技术。

在本文中,Ferrar和同事将这个概念加以应用和扩展,通过操纵传输的声场和将高空间频率的编码混叠到图像中促进超声成像的分辨率。在后处理过程中,作者将光谱分量精准地移动到它们在k-空间上正确的位置,使重建图像的空间分辨率达到单向聚焦的两倍。Ferrar的团队已经通过对大鼠,和大鼠的掌骨和指骨的测试证明了这种方法是能够增强图像的分辨度的。

SIM和超声波的联手在病症诊断上会有广泛的应用,包括检测早期癌症的小病灶,在割除肿瘤的手术中改善对器官和肿瘤边界的检测以保证肿瘤的完全的切除,以及通过观察肿瘤的血管特征来研究其新陈代谢。这个方法应用方便,不需要额外的部件,可以直接附加在传统的超声系统上,不但不会影响超声波的高安全系数和低入侵性,而且会增加性价比和应用效果。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s42003-017-0003-5(来源:科学网)

 
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