SLSC 波束成形可减少 PA 成像结果的偏差
发布时间：2023-10-18 10:36:37 阅读数： 77
光声（PA）成像是一种无创手段，可用于获取有关各种医疗状况的分子和功能信息。然而，当光线照射皮肤时获取的 PA 图像质量会受到皮肤黑色素含量的影响。表皮黑色素含量越高，皮肤对光线的吸收就越多，从而增加了出现噪声和伪影的几率。
为了减轻 PA 成像中的肤色偏差，约翰霍普金斯大学和圣保罗大学的研究人员开发了一种技术，可以从颜色较深、吸光性较强的皮肤图像中过滤出不需要的信号。通过将短滞后空间相干（SLSC）波束成形技术应用到 PA 成像中，研究小组发现可以更准确地获取深色皮肤个体内部生物结构的位置和存在的详细信息。
同一深色皮肤研究对象的两张 PA 图像对比显示，用传统方法拍摄的图像杂乱无章，而新的成像技术则更容易发现动脉。由约翰-霍普金斯大学和巴西圣保罗大学提供。
"穆伊纳图-贝尔（Muyinatu Bell）教授说："当你用光透过皮肤成像时，这就有点像房间里的大象，与肤色较浅的人相比，肤色较深的人存在着重要的偏差和挑战。
研究人员使用从 18 名不同皮肤色素沉着程度的志愿者的前臂采集的 750、810 和 870 纳米波长的 PA 数据，研究了表皮黑色素含量对传统的、基于振幅的 PA 图像的影响。他们还检验了 SLSC 波束成形减少杂波伪影的能力。他们分析了信噪比 (SNR)、杂波电平、皮肤信号和径向动脉 (RA) 信号，为传统 PA 成像和 SLSC 提供了肤色、杂波电平和图像质量关系的定量特征。
SLSC 波束成形技术为所有研究参与者的前臂动脉生成了清晰的图像。在使用传统方法制作的 PA 图像中，几乎无法分辨出肤色较深参与者的动脉。
研究人员证明，来自皮肤的 PA 信号与表皮黑色素含量成正比。随着肤色由浅到深，整个成像平面的光通量降低，杂波水平增加，这是由于皮肤的光学吸收系数增加所致。
两个不同研究参与者的 PA 图像对比，通过深色皮肤成像比通过浅色皮肤成像显示出更多的信号杂波，掩盖了动脉。由约翰-霍普金斯大学和巴西圣保罗大学提供。
对于肤色较浅的受试者，传统的、基于振幅的 PA 图像可以合理地显示 RA，杂波极少（例如，相对于 RA 为 -16 dB）。然而，随着肤色变深，杂波增加到 -8 dB。由于杂波水平较高，研究人员无法在深肤色的传统 PA 图像中将 RA 与背景区分开来。这种偏差导致深肤色的信噪比降低。
当研究人员使用 SLSC 波束成形时，研究中所有肤色和波长的信噪比都有所提高。SLSC 波束成形的信噪比中值提高了 3.8 dB，从而使所有肤色的 RA 可视化效果更好。深肤色的 SLSC 图像的信噪比与浅肤色使用传统 PA 成像时的信噪比相当。
"贝尔说："我们不仅证明了目前的方法存在问题，更重要的是，我们能做些什么来减少这种偏差。"我们的工作表明，公平成像技术是可能实现的。
研究人员证明，SLSC 波束成形可以减轻 PA 成像中的肤色偏差，从而使图像具有良好的信噪比，并能清晰显示一系列肤色类别的 RA。他们现在正努力将研究成果应用于乳腺癌成像，因为血管会聚集在肿瘤内部和周围。贝尔相信，他的团队的工作将改善手术导航和医疗诊断。
"我们的目标是通过考虑更广泛的人群多样性，无论是肤色、乳房密度还是体重指数，来减轻并在理想情况下消除成像技术中的偏差。这些目前都是标准成像技术的异常值，"贝尔说。"我们的目标是最大限度地发挥成像系统的功能，让更多患者受益。
这项研究发表在《Photoacoustics》（www.doi.org/10.1016/j.pacs.2023.100555）上。
