Acoustic Simulation for Transcranial Focused Ultrasound Using GAN-Based Synthetic CT

颅骨 超声波 磁共振成像 核医学 断层摄影术 放射科 材料科学 计算机科学 生物医学工程 医学 解剖
作者
Heekyung Koh,Tae Young Park,Yong An Chung,Jong‐Hwan Lee,Hyungmin Kim
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (1): 161-171 被引量:28
标识
DOI:10.1109/jbhi.2021.3103387
摘要

Transcranial focused ultrasound (tFUS) is a promising non-invasive technique for treating neurological and psychiatric disorders. One of the challenges for tFUS is the disruption of wave propagation through the skull. Consequently, despite the risks associated with exposure to ionizing radiation, computed tomography (CT) is required to estimate the acoustic transmission through the skull. This study aims to generate synthetic CT (sCT) from T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI) and investigate its applicability to tFUS acoustic simulation. We trained a 3D conditional generative adversarial network (3D-cGAN) with 15 subjects. We then assessed image quality with 15 test subjects: mean absolute error (MAE) = 85.72±9.50 HU (head) and 280.25±24.02 HU (skull), dice coefficient similarity (DSC) = 0.88±0.02 (skull). In terms of skull density ratio (SDR) and skull thickness (ST), no significant difference was found between sCT and real CT (rCT). When the acoustic simulation results of rCT and sCT were compared, the intracranial peak acoustic pressure ratio was found to be less than 4%, and the distance between focal points less than 1 mm.

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