Foto-akoestische (PA) beeldvorming is een niet-invasieve diagnostische techniek die anatomische structuren – zoals slagaders en bloedvaten – tot enkele centimeters diep in het weefsel kan visualiseren. Maar hoewel deze beeldvormingsmodaliteit goed werkt voor mensen met lichtere huidtinten, kan deze geen even duidelijke beelden creëren van patiënten met een donkerdere huid.

PA-beeldvorming werkt door weefsel te verlichten met nabij-infraroodlicht. Het weefsel absorbeert de optische energie, waardoor het uitzet en akoestische golven genereert, die kunnen worden gedetecteerd door conventionele ultrasone transducers. Bij het in beeld brengen van een donkere huid absorbeert de verhoogde melanine echter meer van het invallende licht, waardoor de verlichtingsefficiëntie afneemt. Deze absorptie genereert ook PA-golven op het huidoppervlak, waardoor beeldartefacten ontstaan ​​die bekend staan ​​als akoestische rommel.

Een onderzoekssamenwerking tussen Johns Hopkins University en Universiteit van São Paulo heeft een manier gevonden om dit probleem aan te pakken, met behulp van een methode genaamd short-lag ruimtelijke coherentie (SLSC) beamforming, die de ongewenste cluttersignalen effectief verwijdert. Het team toonde aan dat het SLSC beamforming-algoritme de beeldkwaliteit bij alle deelnemers aanzienlijk verhoogde – en vooral goed werkte bij mensen met een donkere huidskleur – en rapporteerde hun bevindingen in Fotoakoestiek.

"Als je met licht door de huid kijkt, is het een soort olifant in de kamer: er zijn belangrijke vooroordelen en uitdagingen voor mensen met een donkere huid vergeleken met mensen met lichtere huidtinten", zegt co-senior auteur en SLSC-uitvinder Muyinatu-bel in een persverklaring. “Ons werk laat zien dat eerlijke beeldtechnologie mogelijk is.”

Om deze aanpak te testen, registreerde het team PA-gegevens van de onderarmen van 18 vrijwilligers met verschillende huidtinten, met behulp van excitatie bij 750, 810 en 870 nm. Om het effect van het melaninegehalte op conventionele op amplitude gebaseerde PA-beelden te bepalen, evenals de impact van SLSC-bundelvorming, berekenden ze de signaal-ruisverhouding (SNR) van de radiale slagader die door de onderarm loopt en het niveau van de omringende rommel. artefacten voor zowel conventionele als SLSC PA-beelden.

In plaats van de huidskleur te classificeren met de veelgebruikte, maar subjectieve Fitzpatrick-huidtypeschaal, gebruikten de onderzoekers een kwantitatieve methode. Door de individuele typologiehoek te meten, die correleert met het epidermale melaninegehalte, classificeerden ze de huidskleur van elke deelnemer als zeer licht, licht, middelmatig, bruin, bruin of donker.

In conventionele, op amplitude gebaseerde PA-beelden verkregen bij 810 nm, gaf het beeld van vrijwilliger 1 (die de lichtste huidskleur had) een goede visualisatie van de radiale slagader en de omliggende kleine bloedvaten. Het PA-beeld van vrijwilliger 18, die de donkerste huidskleur had, bevatte sterke rommelartefacten die de visualisatie van de radiale slagader in gevaar brachten.

Onderzoek van het huid-PA-signaalniveau als functie van de huidskleur voor elke vrijwilliger toonde aan dat de amplitude van dit signaal toenam met een toenemend epidermaal melaninegehalte. Het PA-signaal van de huid was ook afhankelijk van de golflengte van de optische verlichting, waarbij lagere signalen werden waargenomen bij hogere golflengten.

Conventionele PA-beelden van vrijwilliger 1 vertoonden minimale akoestische ruis op alle drie de golflengten. Bij vrijwilliger 18 waren er echter sterke rommelartefacten te zien in de beelden, vooral bij 750 nm, waar de radiale slagader niet van de achtergrond kon worden onderscheiden.

De SLSC PA-afbeeldingen bevatten daarentegen veel minder rommelige artefacten, voor zowel vrijwilligers met een lichte als een donkere huidskleur. Voor lichte huidtinten verminderde SLSC PA-beeldvorming het mediane ruisniveau met 0.7 dB, van −16.2 dB met op amplitude gebaseerde PA-beeldvorming tot −17.0 dB. Het effect was meer uitgesproken bij donkere huidtinten, waardoor de ruis met 6.1 dB afnam, van −7.9 naar −14.0 dB.

Dit verminderde niveau van rommel leidde tot een betere visualisatie van de radiale slagader. Bovendien onthulden SLSC PA-beelden van vrijwilliger 18 een klein bloedvat dat voorheen werd gemaskeerd door rommel in de conventionele PA-beelden.

Het berekenen van de SNR-waarden voor de radiale slagader (voor de drie golflengten gecombineerd) toonde aan dat bij alle vrijwilligers de SNR afnam voor donkere huidtinten in de conventionele PA-beelden. SLSC-beamforming verbeterde deze SNR met een mediaan van 3.8 dB voor alle huidtinten, waardoor de visualisatie van de radiale slagader werd verbeterd. Het team merkt op dat de SLSC SNR die werd bereikt met de donkerste huidskleur vergelijkbaar was met de conventionele SNR voor de lichtste huidskleur.

De onderzoekers concluderen dat de kwantificeerbare vertekening die door variaties in de huidskleur wordt geïntroduceerd, met succes is verzacht met SLSC-beamforming. Ze zijn nu bezig deze bevindingen toe te passen beeldvorming van borstkanker, om de bloedvaten in beeld te brengen die zich ophopen in en rond tumoren.

De huidskleur heeft invloed op foto-akoestische metingen van de bloedoxygenatie

“We streven ernaar om vooroordelen in beeldvormingstechnologieën te verzachten en idealiter te elimineren door een grotere diversiteit aan mensen in aanmerking te nemen, of het nu gaat om donkere huidtinten, hogere borstdichtheden of grotere body mass indexen – dit zijn momenteel uitschieters voor standaard beeldvormingstechnieken”, zegt Bell, die onlangs een Leiderschapsprijs voor wetenschappelijke diversiteit voor haar onderzoek naar inclusieve beeldtechnologieën. “Ons doel is om de mogelijkheden van onze beeldvormingssystemen te maximaliseren voor een breder scala van onze patiëntenpopulatie.”

“Voor zover wij weten, vertegenwoordigt ons onderzoek de eerste kwantitatieve analyse van de relaties tussen huidskleur, ruisniveau en beeldkwaliteit bij foto-akoestische beeldvorming”, zegt co-senior auteur Theo Pavan vertelt Natuurkunde wereld. "Onze bevindingen suggereren dat het nuttig zou zijn voor toekomstige klinische onderzoeken waarbij gebruik wordt gemaakt van foto-akoestische beeldvorming om informatie over de huidskleur van deelnemers in hun onderzoek op te nemen."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/high-quality-diagnostic-imaging-for-all-skin-tones/