구조화 조명 기법을 통한 초음파 영상의 측면 해상도 향상

Abstract

기존의 초음파 이미징은 회절 한계로 인해 공간 분해능이 제한된다. 초음파 지역화 현미경(Ultrasound Localization Microscopy, ULM)은 조영제를 사용하여 이 회절 한계를 극복하고 초고해상도 이미징을 달성할 수 있으나, 주로 혈관 이미징에 제한되며 단일 고해상도 이미지를 생성하기 위해 수만 장의 저해상도 이미지를 획득해야한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구는 새로운 초음파 기반 구조화 조명 현미경(ultrasound-based Structured Illumination Microscopy, uSIM) 기법을 제안한다. 본 논문에서 제안한 기법은 초음파 시뮬레이션 및 인체조직 모사팬텀 실험에서 평가되었으며, 개선된 공간 분해능을 보여주었다. 실험 결과는 uSIM 기법이 특정 조직에 국한되지 않고 개선된 공간 분해능을 달성하며, 고해상도 이미지를 생성하는데 단 9장의 저해상도 영상만 필요함을 보여주었다. 본 기법은 다양한 의료용 초음파 진단 응용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Conventional ultrasound imaging is limited by the diffraction limit, which constrains its spatial resolution. Although Ultrasound Localization Microscopy (ULM) can overcome this diffraction limit to achieve super-resolution imaging through the use of contrast agents, it is primarily restricted to vascular imaging and requires the acquisition of tens of thousands of low-resolution images to generate a single high-resolution image. To address these challenges, we propose a novel ultrasound-based Structured Illumination Microscopy (uSIM) technique. This method improves lateral resolution as evidenced by both in-silico and in-vitro phantom experiments. Our results demonstrate that uSIM achieves superior spatial resolution without being confined to specific tissues, requiring only nine images to reconstruct high-resolution image. This proposed technique is expected to be applicable in various medical ultrasound diagnostic applications.