High‐Speed Hemodynamic Imaging with Low‐Fluence Photoacoustic Microscopy and Self‐Supervised Single Volume Denoising

生物医学中的光声成像 材料科学 通量 体积热力学 降噪 显微镜 光学 生物医学工程 血流动力学 计算机视觉 计算机科学 物理 医学 激光器 心脏病学 量子力学
作者
Fenghe Zhong,Xin Huang,Minglu Sun,Dongyu Li,Peng Fei
出处
期刊:Laser & Photonics Reviews [Wiley]
标识
DOI:10.1002/lpor.202401291
摘要

Abstract Photoacoustic microscopy (PAM) enables label‐free imaging of the 3D vasculature and functional information with 2D lateral scan. The unique capacity in probing metabolism makes it ideal for animal research and clinical application. However, the high‐excitation power impedes the high‐speed monitoring of hemodynamics due to thermal accumulation and photon damage. To address this challenge, a self‐supervised photoacoustic single volume denoising (PSVD) approach, which combines 3D random sampling and noise augmentation to achieve 6 dB signal‐to‐noise‐ratio and contrast‐to‐noise‐ratio increases for the customized optical‐resolution photoacoustic microscope, is developed. Using PSVD, high‐quality PAM images of the mouse ear are acquired with only 10% fluence of normal excitation. Functional imaging is validated with this PSVD‐empowered low‐fluence PAM. Accurate oxygen saturation maps and high‐contrast flow kymographs are obtained. Moreover, the capability of this approach in the live mouse ear under hypercapnia is demonstrated. Further transformation into clinical imaging with low fluence will broaden the application of PAM.

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