tFUSFormer:物理指导超分辨率变压器用于模拟大脑刺激中的超焦超声波传播

科学领域:

• 神经外科 神经外科
• 生物医学工程 生物医学工程
• 人工智能的人工智能

背景情况:

• 跨焦超声波 (tFUS) 是一种非侵入性脑刺激 (NIBS) 技术,提供精确的空间准.
• 头骨骨会扭曲声波,影响tFUS的焦点精度和压力水平.
• 高分辨率 (HR) 数字模拟是计算密集的,限制了实际应用.

研究的目的:

• 开发超分辨率 (SR) 旋转变压器方法,精确估计tFUS声压场.
• 为了提高tFUS.US针对特定大脑区域的准确性.
• 为了减少与tFUS.HR数值模拟相关的计算负担.

主要方法:

• 采用一个在多变量数据集上训练的4×SR旋转变压器模型.
• 使用体内人类头骨CT图像进行了超低 (2.0 [公式:见文本]) 和高 (0.5 [公式:见文本]) 分辨率的数值模拟.
• 将声压场特性,波速和头骨CT数据纳入3DSR模型.

主要成果:

• 达到 87.99 ± 4.28% 的准确度,使焦点体积与已知的头骨数据相一致.
• 证明了对焦体积与未知的头骨数据一致的82.32 ± 5.83%准确性.
• 与传统的人力资源模拟相比,计算效率提高了99.4%.

结论:

• 在SR旋转变压器方法准确估计tFUS声压场,克服头骨引起的扭曲.
• 这种由人工智能驱动的方法显著提高了tFUS规划的计算效率.
• 该技术有可能通过引导传感器放置来提高tFUS治疗的安全性和有效性.