Performance of compressed sensing based image reconstruction for photoacoustic imaging

Fotoakustik Görüntüleme (FG), yüksek çözünürlük ve görüntü kontrastı sağlayan ve gelişmekte olan bir görüntüleme yöntemidir. FG'de tüm dizi dönüştürücü elemanlarındaki verilerin görüntü oluşturulması için kaydır-topla (KT) hüzme biçimlendirme tekniği kullanılır. FG'de sistem maliyetini düşürmek için görüntü yeniden yapılandırmada daha az örneklem kullanılması istenir. Dönüştürücünün açıklığını değiştirmeden dizinin aktif eleman sayısını azaltmak hesaplama maliyetini arttırmaktadır. Bununla birlikte, uzaysal seyrek örnekleme, düşük görüntü çözünürlüğü ve kontrastı ile sonuçlanır ve ızgara lobları olarak adlandırılan uzaysal artefaktlara neden olur. Sıkıştırılmış Algılama (SA) yöntemi, ilgilenilen sinyal ve ölçüm şeması hakkında önsel bilgi kullanarak alt örneklemenin etkilerini hafifleten bir veri tamamlama şemasıdır. SA görüntü oluşturma algoritması ile geleneksel KT hüzme şekillendirmesinin performanslarını karşılaştırmak için simülasyonlar ve deneyler gerçekleştirdik. Performans ölçütleri olarak Tam Genişlik Yarım Maksimum (TGYM) çözünürlük ve görüntü kontrast oranı ölçümlerini kullandık. Simülasyon sonuçları, SA kullanıldığında gelişmiş görüntü çözünürlüğü ve kontrastı sunuyor. KT hüzme biçimlendirilmiş görüntülerde yatay çözünürlük derinlikle birlikte kötüleşmektedir. Dönüştürücü elemanlarının yalnızca dörtte biri kullanılarak derinlikten bağımsız 150 µm'lik bir yanal çözünürlük elde edilir. Ancak, KT hüzme biçimlendirilmiş görüntülerin çözünürlüğü derinlik arttıkça 255 µm ila 508 µm arasında değişmektedir. Ayrıca SA'nın ızgara loblarının etkilerini bastırdığı ve kontrastı 14 dB'ye kadar iyileştirdiği gösterilmiştir. Sonuçların deneysel doğrulamasını da sunulmuştur. Deneylerde bir ultrason araştırma tarayıcısı, ayarlanabilir bir lazer sistemi ve bir fotoakustik fantom kullanılmıştır. SA yönteminin uzamsal alt örneklemenin etkilerini azalttığını ve kontrast açısından KT hüzme biçimlendirme yönteminden ortalama 10,81 dB daha iyi performans gösterdiğini deneysel olarak gösterdik. SA yöntemi ayrıca KT hüzme biçimlendirmenin sunduğu 750 µm'ye kıyasla 350 µm'lik gelişmiş bir yatay çözünürlük sunmaktadır.