Kredit: Institut Beckman untuk Sains dan Teknologi Lanjutan
Para peneliti di Beckman Institute for Advanced Science and Technology telah menggunakan pembelajaran mendalam untuk mengembangkan kerangka kerja baru untuk ultrasonografi beresolusi super.
Teknik ultrasonografi beresolusi super tradisional menggunakan gelembung mikro: bola gas kecil yang terbungkus dalam protein atau cangkang lipid. Gelembung mikro dianggap sebagai agen kontras, yang artinya dapat disuntikkan ke dalam pembuluh darah untuk meningkatkan kejernihan gambar ultrasound.
USG konvensional telah biasa selama lebih dari 50 tahun. Perkembangan teknologi super-resolusi dalam dekade terakhir telah menghadirkan tantangan baru. Ultrasonografi beresolusi super memberikan gambaran yang jauh lebih jelas daripada metode tradisional. Meskipun berguna untuk penelitian dan diagnostik, kecepatan pemrosesannya jauh lebih lambat.
“Pencitraan konvensional tidak dapat membedakan kapal yang terlalu dekat satu sama lain,” kata Pengfei Song, asisten profesor teknik kelistrikan dan komputer di University of Illinois Urbana-Champaign dan penulis makalah. “Dengan pencitraan super-resolusi, Anda benar-benar dapat membuat perbedaan itu dan mengetahui apakah ada dua pembuluh darah atau satu pembuluh darah. Anda dapat mengetahui bentuk pembuluh darah, dan terkadang ada implikasi diagnostik, seperti tumor kanker. Tapi terjemahan klinis memiliki sulit karena tidak ada yang akan menunggu di rumah sakit selama berjam-jam untuk memproses gambar-gambar ini.
“Ultrasound diharapkan menjadi modalitas pencitraan real-time.”
Tantangan ini mendorong Song untuk bekerja sama dengan sesama peneliti Beckman Dr. Daniel Llano, seorang profesor fisiologi molekuler dan integratif dan ahli saraf di Carle Foundation Hospital. Bersama-sama, para peneliti menguji pendekatan baru untuk teknologi ultrasonografi beresolusi super.
Makalah mereka muncul di IEEE Transactions on Medical Imaging.
“Sebagai insinyur, kami mengembangkan alat yang menurut kami akan berguna bagi para peneliti, tetapi terkadang kami kehilangan sasaran,” kata Song. “Ini adalah kasus di mana pengguna teknologi, seperti Profesor Llano, memberi tahu kami bagaimana kami harus meningkatkan teknologi: membuatnya lebih cepat.” Video tambahan menunjukkan kemampuan pencitraan vaskular fungsional beresolusi super dari pemrosesan Deep-SMV. Selama waktu akuisisi ultrasound (1,6 detik) pulsasi siklik terlihat di seluruh jaringan pembuluh CAM pada frekuensi yang kira-kira sesuai dengan laju siklus jantung yang diharapkan pada tahap perkembangan embrionik ini (2-3 Hz). Kredit: Xi Chen; Matius R. Lowerison; Zhijie Dong; Nathiya Vaithiyalingam Chandra Sekaran; Daniel A.Llano; Lagu Peng Fei.
Teknik ultrasonografi beresolusi super tradisional menghasilkan gambar yang tajam dan hidup, tetapi prosesnya lama karena memerlukan konsentrasi gelembung mikro yang sangat rendah. Bagi peneliti seperti Llano, setiap menit berarti.
Menanggapi umpan balik Llano, grup Song kembali ke papan gambar dan memutuskan untuk mengubah teknologi resolusi super, meninggalkan pelokalan dan pelacakan microbubble sepenuhnya. Alih-alih mengevaluasi data bingkai demi bingkai, para peneliti menggunakan pendekatan holistik dan mengevaluasi informasi secara spatiotemporal—melalui ruang dan waktu. Menggunakan jaringan kecerdasan buatan, teknologi tersebut mampu menentukan kecepatan aliran darah dan mengubah gambar buram menjadi lebih jelas dengan resolusi tinggi.
“Dalam USG resolusi super konvensional, sinyalnya sangat kabur,” kata Matt Lowerison, seorang Postdoctoral Fellow Beckman Institute dan seorang penulis di atas kertas. “Kami harus mencoba dan menemukan pusat dari titik yang sangat buram ini untuk menghasilkan titik-titik yang sangat terlokalisasi ini pada sebuah gambar. Dan kemudian seiring waktu, kami perlahan-lahan dapat mulai mengumpulkan titik-titik ini menjadi gambar yang sangat jelas. Tapi batasan besar adalah bahwa itu memakan waktu lama. Pendekatan kami, yang menggunakan jaringan pembelajaran mendalam, menghindari seluruh proses yang sangat mahal ini dan hanya menghasilkan gambar beresolusi super tanpa harus mengkhawatirkan identifikasi gelembung mikro yang eksplisit ini.”
Karena ultrasonografi super-resolusi konvensional sangat lambat, produk akhirnya disamakan dengan gambar diam. Namun dengan metode baru para peneliti, aliran darah dapat divisualisasikan secara real time.
“Sejauh pengetahuan kami, ini adalah makalah pertama yang mencapai perhitungan langsung dari kecepatan aliran darah, baik kecepatan dan arah, menggunakan data ultrasound mentah tanpa lokalisasi atau pelacakan microbubble yang eksplisit,” kata Song.
Akibatnya, kecepatan pemrosesan berkurang dari menit ke detik, dan pasca-pemrosesan dapat dilakukan dalam waktu nyata. Para peneliti berharap bahwa mempercepat teknologi beresolusi tinggi akan menjadikannya pilihan yang berguna bagi dokter.
“Kami telah melakukan pencitraan manusia sebelumnya dengan pencitraan konvensional, tapi itu menantang,” kata Song. “Kami berpikir bahwa teknik ini memiliki potensi super-resolusi untuk akhirnya digunakan dalam pengaturan klinis.”
Kolaborasi antara kedua kelompok penelitian dimungkinkan melalui lingkungan bersama di Beckman.
“Departemen rumah Profesor Llano adalah biologi molekuler dan seluler, jadi tanpa Beckman kolaborasi ini tidak akan mungkin terjadi, karena kita perlu memiliki ruang lab bersama,” kata Song. “Ini benar-benar ruang fisik umum yang membuat ini terjadi.”
Informasi lebih lanjut: Xi Chen et al, Velosimetri microbubble beresolusi super bebas pelokalan menggunakan jaringan saraf memori jangka pendek yang panjang, Transaksi IEEE pada Pencitraan Medis (2023). DOI: 10.1109/TMI.2023.3251197
Disediakan oleh Beckman Institute for Advanced Science and Technology
Kutipan: Tim mengembangkan kerangka kerja baru untuk USG resolusi super (2023, 25 Mei) diambil 25 Mei 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-05-team-framework-super-resolution-ultrasound.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.