In-silico investigation into optimal photoacoustic probe design using a digital thyroid phantom.

چکیده اصلی

SIGNIFICANCE: Thyroid nodules have a high incidence, but a low malignancy rate, placing demands on imaging specificity. Photoacoustic imaging is being studied as a method that could potentially help increase the unsatisfactory specificity of ultrasound, the current first-line imaging method, which would decrease the number of unnecessary clinical interventions. AIM: We employ a digital thyroid phantom and numerical simulations to evaluate photoacoustic probe designs on their suitability for thyroid nodule risk estimation. APPROACH: Using the SIMPA toolkit, we examined 1080 probe configurations with varying illumination geometry, detector shape, pitch, and wavelength combinations. The performance of each probe was quantified on its sensitivity and its accuracy of oxygen saturation estimation. RESULTS: Optimal performance was found using wavelengths 757 and 800 nm, and a curved detector (0.5 split, 0.40 mm pitch) for external illumination. However, performance increases significantly with endotracheal illumination, using wavelengths of 700 and 800 nm, and a curved detector (0.25 split, 0.40 mm pitch). CONCLUSIONS: These results could provide design guidance for optimizing photoacoustic hardware, assisting with the clinical adoption of PAI, which could improve the diagnosis of thyroid nodules.

ترجمه فارسی چکیده

نشان‌دهنده: توده‌های تیروئید شیوع بالایی دارند اما نرخ بدخیمی پایینی دارند که نیازمند حساسیت بالای تصویربرداری است. تصویربرداری اکو-صوتی به عنوان روشی مطالعه می‌شود که می‌تواند به افزایش حساسیت ناکافی فراصوت، روش اول خط تصویربرداری، کمک کند و تعداد مداخلات بالینی غیرضروری را کاهش دهد. هدف: ما از فانتوم تیروئید دیجیتال و شبیه‌سازی‌های عددی برای ارزیابی طراحی‌های سنسور اکو-صوتی بر اساس کارایی آن‌ها برای تخمین ریسک توده‌های تیروئید استفاده می‌کنیم. رویکرد: با استفاده از ابزار SIMPA، ۱۰۸۰ پیکربندی سنسور با هندسه روشنایی متغیر، شکل آشکارساز، فاصله و ترکیب طول موج بررسی شد. عملکرد هر سنسور بر حساسیت و دقت تخمین اشباع اکسیژن کمی‌سازی شد. نتایج: عملکرد بهینه با طول موج‌های ۷۵۷ و ۸۰۰ نانومتر و آشکارساز منحنی (۰.۵ تقسیم، ۰.۴۰ میلی‌متر فاصله) برای روشنایی خارجی یافت شد. با این حال، عملکرد با روشنایی داخل تراشه‌ای به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، با استفاده از طول موج‌های ۷۰۰ و ۸۰۰ نانومتر و آشکارساز منحنی (۰.۲۵ تقسیم، ۰.۴۰ میلی‌متر فاصله). نتیجه‌گیری: این نتایج می‌تواند راهنمایی طراحی برای بهینه‌سازی سخت‌افزار اکو-صوتی، همراه با پذیرش بالینی PAI، که می‌تواند تشخیص توده‌های تیروئید را بهبود بخشد، ارائه دهد.

متن کامل اصلی