هوش مصنوعی با یادگیری عمیق در پزشکی هسته ای و رادیولوژی

هوش مصنوعی با یادگیری عمیق در پزشکی هسته ای

خلاصه

استفاده از یادگیری عمیق در تصویربرداری پزشکی در چند سال گذشته به سرعت افزایش یافته است و کاربردهایی را در کل خط لوله رادیولوژی پیدا کرده است، از بهبود عملکرد اسکنر گرفته تا تشخیص و تشخیص خودکار بیماری. این پیشرفت ها منجر به ایجاد طیف گسترده ای از رویکردهای یادگیری عمیق شده است که چالش های منحصر به فرد را برای روش های مختلف تصویربرداری حل می کند. این مقاله مروری بر این تحولات از نقطه نظر فنی ارائه می‌کند، روش‌های مختلف را دسته‌بندی می‌کند و اجرای آنها را خلاصه می‌کند. ما مقدمه ای بر طراحی شبکه های عصبی و روش آموزش آنها ارائه می دهیم، پس از آن نگاهی گسترده به کاربرد آنها در تصویربرداری پزشکی می اندازیم. ما بخش‌های مختلف خط لوله رادیولوژی را پوشش می‌دهیم، برخی از آثار تأثیرگذار را برجسته می‌کنیم و در مورد محاسن و محدودیت‌های رویکردهای یادگیری عمیق در مقایسه با سایر روش‌های سنتی بحث می‌کنیم. به این ترتیب، این بررسی در نظر گرفته شده است تا یک نمای کلی و در عین حال مختصر برای خواننده علاقه مند ارائه دهد، که پذیرش و تحقیقات بین رشته ای یادگیری عمیق در زمینه تصویربرداری پزشکی را تسهیل می کند.

زمینه

هوش مصنوعی (AI) در چند دهه اخیر پیشرفت سریعی داشته است که به دلیل افزایش روزافزون توان محاسباتی، الگوریتم‌های جدید و داده‌های موجود امکان‌پذیر شده است. این حجم رو به رشد داده در تمام صنایع از جمله مراقبت های بهداشتی مشاهده می شود. انواع داده‌های بیمار ثبت و در پرونده‌های سلامت الکترونیکی مانند نتایج آزمایشگاهی، گزارش‌ها، تجزیه و تحلیل DNA و داده‌های فعالیت و سلامت از پوشیدنی‌ها ثبت و ذخیره می‌شوند. حجم عمده ای از داده های مراقبت های بهداشتی از تصویربرداری پزشکی به دست می آید. با توجه به پیشرفت‌هایی که در کسب تصویر پزشکی صورت گرفته، روش‌های تصویربرداری جدید معرفی شده‌اند و میزان روش‌های تصویربرداری تشخیصی به سرعت در حال رشد است [1]. از پرتوهای ایکس دو بعدی در روزهای اولیه، تصویربرداری پزشکی به توموگرافی کامپیوتری چندوجهی، دینامیک و سه بعدی (CT)، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی کامپیوتری گسیل تک فوتون (SPECT) و توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) تکامل یافت. این افزایش حجم و پیچیدگی داده های تصویربرداری، بار کاری رادیولوژیست ها را افزایش می دهد. ب

اپتیک در مغز

اپتیک و مغز (مغز)

محققانی را که در تمام جنبه‌های اپتیک در مغز کار می‌کنند گرد هم می‌آورد و به عنوان یک انجمن برای بحث در مورد تکنیک‌های موجود و نوظهور و همچنین جهت‌گیری‌های آینده که قادر به ایجاد نور جدیدی بر مغز سالم و بیمار هستند، خدمت می‌کند.

فناوری‌های جدیدی را شناسایی کرده‌اند که می‌توانند مغز در حال کار را در تمام سطوح، از نورون‌های منفرد گرفته تا کل ارگانیسم‌های دارای رفتار، کاوش کنند. اپتیک یک جعبه ابزار منحصر به فرد برای تصویربرداری چند مقیاسی از مغز زنده و دست نخورده ارائه می دهد، در حالی که استراتژی های برچسب گذاری ژنتیکی جدید کنتراست نوری را با عملکرد عصبی فراهم می کند و اپتوژنتیک امکان کنترل عملکرد سلولی را با نور فراهم می کند.

این نشست با گرد هم آوردن یک گروه بین‌المللی از مهندسین، دانشمندان نوری و پزشکی، زیست‌شناسان، شیمی‌دانان و پزشکان برجسته، حوزه تحقیقاتی بسیار بین‌رشته‌ای این موضوع را منعکس می‌کند. 

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

تدریس آنلاین با مهندس شکوفه ساتری

ترجمه کتاب

پژوهش بین رشته ای

مهندس شکوفه ساتری

مهندسی پزشکی

تجهیزات پزشکی

تصویربرداری پزشکی

پردازش تصویر

فیزیک پزشکی

مجله فوتونیک پیشرفته

مجله فوتونیک پیشرفته

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری 

Advanced Photonics که توسط SPIE و چاپ لیزری چینی منتشر شده است، یک مجله بین المللی بسیار گزینشی، با دسترسی باز و منتشر کننده تحقیقات نوآورانه در همه زمینه های اپتیک و فوتونیک، از جمله تحقیقات بنیادی و کاربردی است.

روی جلد: تصویر بر اساس تحقیقات ارائه شده در مقاله "Mechanically reprogrammable Pancharatnam–Berry metasurface for microwaves

یک میکروسکوپ جدید امکان تصویربرداری اپتیکال تطبیقی سه بعدی با توان بالا را فراهم می کند

میکروسکوپ ها ابزار مهمی در تحقیقات زیست پزشکی هستند زیرا امکان مشاهده و تصویربرداری دقیق از بافت ها را فراهم می کنند. از آنجایی که مواد بیولوژیکی ذاتاً مات هستند، پراکندگی شدید نور هنگام عبور نور از بافت‌ها رخ می‌دهد که باعث ایجاد سطح بالایی از نویز پس‌زمینه و انحراف نوری پیچیده می‌شود. بنابراین، میکروسکوپ‌های نوری معمولی عمدتاً به ما امکان دیدن سطح بافت‌ها را می‌دهند و جزئیاتی که لایه‌های سلولی متعددی در اعماق آنها قرار دارند برای بسیاری از میکروسکوپ‌ها دور از دسترس هستند. این باعث می شود که گرفتن تصاویر نوری با وضوح بالا از ریزساختارها در عمق بافت ها بسیار چالش برانگیز باشد.

حدود یک سال پیش، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور چوی وونشیک از مرکز طیف‌سنجی و دینامیک مولکولی (CMSD) در موسسه علوم پایه (IBS) یک تکنیک تصویربرداری به نام «میکروسکوپ ماتریس بازتاب» را به نمایش گذاشتند که ترکیبی از قدرت‌های اپتیک تطبیقی ​​پیشرفته سخت افزاری و محاسباتی. برخلاف تصویربرداری معمولی، یک ماتریس بازتابی را اندازه گیری می کند که حاوی تمام اطلاعات قابل دسترس در مورد رابطه بین فیلدهای ورودی و خروجی یک سیستم تصویربرداری، از جمله اشیاء مورد علاقه است. سپس می‌توان یک تصویر واضح و بدون تحریف از شی را از ماتریس اندازه‌گیری شده با پردازش تصویر پس از دیجیتال استخراج کرد.

به این ترتیب، این فناوری به عنوان یک کاندید مناسب برای تصویربرداری نوری غیرتهاجمی بدون برچسب در عمق بافت‌های بیولوژیکی ظاهر شد. تصویربرداری ماتریسی مطمئناً از اکثر AO های معمولی بهتر عمل می کند. به عنوان مثال، محققان نشان دادند که این فناوری به اندازه کافی قدرتمند است تا جمجمه دست نخورده موش را ببیند و امکان تصویربرداری دقیق از نورون‌های زیر را فراهم کند.

همجوشی محصور شدن اینرسی با استفاده از لیزر

شماتیک مراحل همجوشی محصور شدن اینرسی با استفاده از لیزر. فلش های آبی نشان دهنده تابش هستند. نارنجی دمنده است. بنفش انرژی حرارتی را به داخل منتقل می کند.

پرتوهای لیزر یا اشعه ایکس تولید شده توسط لیزر به سرعت سطح هدف همجوشی را گرم می کنند و یک پوشش پلاسمایی اطراف را تشکیل می دهند.

سوخت توسط دمیدن موشک مانند مواد سطح داغ فشرده می شود.

در مرحله نهایی انفجار کپسول، هسته سوخت به 20 برابر چگالی سرب می رسد و در 100000000 درجه سانتیگراد مشتعل می شود.

سوختگی هسته ای به سرعت از طریق سوخت فشرده پخش می شود و چندین برابر انرژی ورودی تولید می کند.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

به زودی با کلی برنامه ها...

گروه آموزشی و پژوهشی مهندس شکوفه ساتری

برنامه مدیریت نوآوری و کارآفرینی

برنامه مدیریت نوآوری و کارآفرینی در رشته مهندسی اپتیک و لیزر با تیم مهندس شکوفه ساتری

الاستوگرافی نوری و بیومکانیک بافت

روش های الاستوگرافی نوری به طور کلی

توموگرافی انسجام نوری/الاستوگرافی

ردیابی لکه و ذرات و هولوگرافی

روش های پردازش سیگنال برای الاستوگرافی نوری

روش های کمی، از جمله ترکیب مدل سازی و اندازه گیری

طرح های بارگذاری جدید، مانند اولتراسوند متمرکز، فتوترمال و مغناطیسی

روش های اندازه گیری خواص ویسکوالاستیک به ویژه

فوتوآکوستیک به سمت بیومکانیک

پراکندگی بریلوین برای بیومکانیک

موچین های نوری برای خواص مکانیکی سلولی و درون سلولی اعمال می شود

کاوشگر اسکن و سایر روش های نانومقیاس برای بیومکانیک

روش های پویا برای مشخص کردن ارتعاش بافت، مانند گوش و تارهای صوتی

کاربردهای الاستوگرافی نوری به طور کلی

الاستوگرافی in vivo

الاستوگرافی برای شناسایی آسیب شناسی بافتی در شرایط in vivo و in vivo استفاده می شود

کاربردهای الاستوگرافی حین عمل

الاستوگرافی در قلب و عروق

بیومکانیک چشم

کاربردهای چشمی الاستوگرافی نوری

بیومکانیک بافت سخت در استخوان ها و کاربردهای دندانی

بیومکانیک در مدل های حیوانی

بیومکانیک در مهندسی بافت

بیومکانیک در زیست شناسی رشد

اندازه گیری میکرورئولوژی با استفاده از تکنیک های نوری

میکروسکوپ نیروی کششی و روشهای مرتبط

روش های مکانیک سلولی