Alternative Breast Imaging: Four Model-Based Approaches

تصویربرداری پزشکی در طول 30 سال گذشته با ظهور توموگرافی کامپیوتری (CT)، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) و پیشرفت‌های مختلف در تکنیک‌های اشعه ایکس و اولتراسونیک متحول شده است. . یک نیروی توانمند در پشت این پیشرفت، قدرت فزاینده (تاکنون) تصاعدی کامپیوترها بوده است که کشف رویکردهای اساسی جدید را عملی کرده است. به طور خاص، آنچه گروه ما روش‌های «مبتنی بر مدل» می‌نامد - که تصاویر ویژگی بافت را از داده‌ها با استفاده از تکنیک‌های مدل‌سازی عددی غیرخطی و تکراری تولید می‌کند - به طور فزاینده‌ای امکان‌پذیر شده است.

تصویربرداری جایگزین پستان: چهار رویکرد مبتنی بر مدل، تحقیقات ما را در مورد چهار روش، به ویژه با توجه به تصویربرداری از پستان، بررسی می‌کند: (1) الاستوگرافی MR (MRE)، (2) طیف‌سنجی امپدانس الکتریکی (EIS)، (3) تصویربرداری مایکروویو. طیف‌سنجی (MIS)، و (4) تصویربرداری طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (NIS). فصل 1 وضعیت فعلی تصویربرداری پستان را معرفی می‌کند و در مورد اینکه چگونه روش‌های جایگزین ما می‌توانند در این زمینه کمک کنند، بحث می‌کند. فصل 2 به زمینه مشترک محاسباتی مشترک بین هر چهار روش می پردازد. فصول 2 تا 10 به چهار روش اختصاص داده شده است که هر روش ابتدا در یک فصل تئوری و سپس در یک فصل اجرا و نتایج مورد بحث قرار می گیرد. فصل یازدهم و آخر، روش‌های آماری برای تجزیه و تحلیل تصویر را در چارچوب این چهار روش جایگزین تصویربرداری مورد بحث قرار می‌دهد.

تصویربرداری برای تشخیص سرطان پستان یک کاربرد خاص جالب و مرتبط است. چهار روش تصویربرداری مورد بحث در این کتاب. سرطان سینه یک مشکل بهداشتی بسیار شایع برای زنان است. موسسه ملی سرطان تخمین می زند که از هر هشت زن آمریکایی، یک زن حداقل یک بار در طول زندگی خود به سرطان سینه مبتلا می شود. با این حال، اثربخشی تست تشخیص زودهنگام استاندارد (و بسیار ناراحت کننده)، ماموگرافی اشعه ایکس، اخیرا مورد بحث قرار گرفته است، به ویژه برای زنان جوان. بنابراین شرایط برای توسعه تکنیک‌های مقرون‌به‌صرفه که جایگزین یا مکمل ماموگرافی می‌شوند، آماده است. سینه هم از نظر آناتومیک در دسترس است و هم به اندازه کافی کوچک است که قدرت محاسباتی مورد نیاز برای مدل سازی آن مقرون به صرفه است.

تصویربرداری جایگزین پستان: چهار رویکرد مبتنی بر مدل برای برآوردن نیازها ساختار یافته است. یک مخاطب حرفه ای متشکل از محققان و دست اندرکاران صنعت. این کتاب همچنین برای دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد در رشته های علوم کامپیوتر، مهندسی برق و تصویربرداری زیست پزشکی مناسب است.

Medical imaging has been transformed over the past 30 years by the advent of computerized tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and various advances in x-ray and ultrasonic techniques. An enabling force behind this progress has been the (so far) exponentially increasing power of computers, which has made it practical to explore fundamentally new approaches. In particular, what our group terms "model-based" modalities-which produce tissue property images from data using nonlinear, iterative numerical modeling techniques-have become increasingly feasible.

Alternative Breast Imaging: Four Model-Based Approaches explores our research on four such modalities, particularly with regard to imaging of the breast: (1) MR elastography (MRE), (2) electrical impedance spectroscopy (EIS), (3) microwave imaging spectroscopy (MIS), and (4) near infrared spectroscopic imaging (NIS). Chapter 1 introduces the present state of breast imaging and discusses how our alternative modalities can contribute to the field. Chapter 2 looks at the computational common ground shared by all four modalities. Chapters 2 through 10 are devoted to the four modalities, with each modality being discussed first in a theory chapter and then in an implementation-and-results chapter. The eleventh and final chapter discusses statistical methods for image analysis in the context of these four alternative imaging modalities.

Imaging for the detection of breast cancer is a particularly interesting and relevant application of the four imaging modalities discussed in this book. Breast cancer is an extremely common health problem for women; the National Cancer Institute estimates that one in eight US women will develop breast cancer at least once in her lifetime. Yet the efficacy of the standard (and notoriously uncomfortable) early-detection test, the x-ray mammogram, has been disputed of late, especially for younger women. Conditions are thus ripe for the development of affordable techniques that replace or complement mammography. The breast is both anatomically accessible and small enough that the computing power required to model it, is affordable.

Alternative Breast Imaging: Four Model-Based Approaches is structured to meet the needs of a professional audience composed of researchers and practitioners in industry. This book is also suitable for graduate-level students in computer science, electrical engineering and biomedical imaging.