Fotoakustična tomografija (PAT) je hibridna tehnika snimanja koja kombinuje optičko osvetljenje sa ultrazvučnom detekcijom za snimanje dubokih tkiva visoke rezolucije. Koristeći fotoakustički (PA) efekat, PAT pruža izrazitu prednost sa skalabilnom rezolucijom, većom dubinom slike i visokokontrastnom slikom. Koristi nanosekundne laserske impulse da osvetli tkivo od interesa, omogućavajući njihovim hromoforima da apsorbuju upadnu lasersku energiju. Ovo dovodi do lokalnog porasta temperature i generiše talase pritiska koji se šire do granice tkiva kao ultrazvučni talasi. Ovi PA talasi se zatim dobijaju uz pomoć ultrazvučnog pretvarača i pretvaraju u mape unutrašnje apsorpcije pomoću algoritama za rekonstrukciju.
Ovaj proces generisanja početnih mapa pritiska može da se sprovede sa nekoliko različitih algoritama za rekonstrukciju slike, uključujući jednostavni oblik za odlaganje i zbir (DAS). Ovaj algoritam povratno projektuje dobijene signale sa različitih lokacija tkiva, koji se zatim dodaju na svaki piksel u rekonstruisanoj slici. Međutim, ovo čini DAS beamformer računski skupim i dugotrajnim, a rezultira artefaktima, tj. anomalijama, u rekonstruisanim slikama. Uprkos ovim nedostacima, njegova jednostavnost i lakoća implementacije čine ga popularnim izborom za PAT rekonstrukciju.
Tipično, implementacija ovakvih algoritama rekonstrukcije zahteva radnu stanicu, desktop ili laptop sa velikim računarskim resursima. Ali računarska snaga mobilnih telefona poslednjih godina raste. Iako su mobilni telefoni predloženi za različite modalitete mikroskopije, uključujući ultrazvučno snimanje, njihova korisnost za fotoakustične slike kao što je PAT rekonstrukcija slike nije istražena.
Koristeći naprednu sposobnost obrade mobilnih telefona, istraživači iz Singapura i Sjedinjenih Država su sada razvili aplikaciju zasnovanu na Androidu za rekonstrukciju PAT slike. Studiju je vodio Manojit Pramanik, vanredni profesor Northrop Grumman na Odseku za elektrotehniku i računarstvo na Državnom univerzitetu u Ajovi, a objavljena je u časopisu Journal of Biomedical Optics (JBO).
Razvijena aplikacija koristi DAS beamformer algoritam baziran na ultrazvučnom pretvaraču sa jednim elementom (SUT) za rekonstrukciju slike na Kivi-u — višeplatformski Pithon 3.9.5 okvir.
Istraživači su verifikovali njegove performanse na različitim mobilnim telefonima koristeći simulirane i eksperimentalne PAT skupove podataka. Dok su se simulirani skupovi podataka sastojali od tačkastih meta, trouglastog oblika i oblika moždanih sudova pacova, eksperimentalni skupovi podataka su se sastojali od fantoma izvora tačke, fantoma trouglastog oblika i krvnih sudova u mozgu živih pacova.
„Razvijena aplikacija može uspešno da rekonstruiše PAT podatke u visokokvalitetne PAT slike sa vrednostima odnosa signal-šum iznad 30 decibela“, komentariše Pramanik.
Zanimljivo je da je vreme računanja algoritma na mobilnom telefonu Huavei P20 bilo uporedivo sa onim na laptopu za male skupove podataka. Štaviše, dvostruko smanjenje uzorkovanja originalnog skupa podataka smanjilo je vreme računanja uz održavanje kvaliteta slike, omogućavajući tako brzu i kvalitetnu rekonstrukciju slike. Nasuprot tome, trostruko smanjenje uzorkovanja vidljivo je degradiralo PAT slike.
Štaviše, istraživači su otkrili da se sa naprednim procesorom Samsung Galaki S21+ PAT rekonstrukcija može postići za samo 2,4 sekunde. „Ovo je značajno skraćeno vreme rada za rekonstrukciju slike i naglašava efikasnost aplikacije za mobilni telefon“, primećuje Pramanik.
Glavni urednik JBO-a Brian Pogue, katedra za medicinsku fiziku na Univerzitetu Viskonsin-Medison, primećuje: „Ova prva aplikacija ove vrste pruža priliku za rekonstrukciju PAT slike na jeftinim, prenosivim i široko dostupnim mobilnim telefonima. U nastavku, aplikacija može učiniti PAT sisteme prilagodljivijim i proširivim na druga polja biomedicinskog snimanja, olakšavajući dijagnozu na mestu nege.“ On dodaje: „Kod za ovu aplikaciju zasnovanu na Android-u je besplatno dostupan na GitHub-u, što ga čini glavnom uslugom za zajednicu biomedicinskih slika.“
