Enhancing Ultrasound Molecular Imaging: Toward Real-Time RPCA-Based Filtering to Differentiate Bound and Free Microbubbles
医学物理
2025-06-13 v1
摘要
超声分子成像 (UMI) 是一种显示前期癌症检测潜力的高级成像模态。它使用以微泡作为对比剂,这些微泡被功能化以结合在血管内皮细胞上过度表达的癌症生物标志物。UMI 的主要挑战在于隔离结合型微泡信号(代表分子成像信号),以区别于自由漂浮微泡信号(视为背景噪声)。本文提出一种基于鲁棒主成分分析 (RPCA) 的快速 GPU 方法,用于区分结合型和自由漂浮微泡。我们通过仿真实验测量方法的准确性,以 Dice 系数和均方根误差为函数,评估用于 RPCA 重构的帧数。使用静止和流动的微泡在组织模拟胚体进行实验验证该方法。此外,该方法被应用于十个乳腺癌发展的转基因小鼠模型,其中注射了针对 B7-H3 的微泡,以及两只注射了非靶向微泡的小鼠。结果显示,使用 20 帧的 RPCA 在 Dice 得分达到 0.95、计算时间为 0.2 秒的情况下,表明 20 帧可能适用于实时实现。在体内数据中,RPCA 使用 20 帧达到 Dice 得分 0.82,与 DTE 良好一致,考虑到两种方法的局限性。
引用
@article{arxiv.2506.10257,
title = {Enhancing Ultrasound Molecular Imaging: Toward Real-Time RPCA-Based Filtering to Differentiate Bound and Free Microbubbles},
author = {Hoda S. Hashemi and Dongwoon Hyun and Nathan Nguyen and Jihye Baek and Arutselvan Natarajan and Farbod Tabesh and Andrew Andrzejek and Ramasamy Paulmurugan and Jeremy J. Dahl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.10257},
year = {2025}
}