Unmixing of multispectral photoacoustic images

Description

Photoacoustic imaging is an hybrid modality to image biological tissues. Using multispectral optical excitation, photoacoustic imaging allows to obtain functional images due to the fact that a tissue has a specific optical absorption depending on the used wavelengths. Quantification of multispectral photoacoustic images can be of great interest to different applications by quantifying oxygenated (HbO2) and deoxygenated (Hb) blood in tissue. Quantification can be done by examining the abundance maps resulting from unmixing methods. Two hyperspectral unmixing methods, namely Group Lasso with Unit sum and Positivity constraints (GLUP) and Fully Constrained Least-Square (FCLS), are used to quantify multispectral photoacoustic images. Experiments using two synthetic and one experimental dataset show that unmixing methods provide good quantification performances, which is of great interest for various medical applications.

Abstract (French)

L'imagerie photoacoustique est une modalité hybride qui permet d'imager les tissus biologiques. L'illumination d'une zone d'intérêt par des impulsions laser à différentes longueurs d'onde permet d'obtenir une technique d'imagerie fonctionnelle car l'absorption optique des tissus est spécifique à la longueur d'onde utilisée. Pour différentes applications médicales, l'analyse d'images photoacoustiques multispectrales par la quantification du sang oxygéné (HbO2) et désoxygéné (Hb) dans les tissus est intéressante. Celle-ci peut être réalisée en utilisant les cartes d'abondance issues de méthodes de démélange. Ici, des méthodes de démélange, Group Lasso with Unit sum and Positivity constraints (GLUP) et Fully Constrained Least-Square (FCLS), utilisées dans le domaine hyperspectrale, sont mises en oeuvre pour quantifier des images photoacoustiques multispectrales. Les résultats de cette étude sont présentés sur deux jeux de données synthétiques et un jeu de données expérimentales. Ceux-ci montrent que ces méthodes permettent de quantifier des images photoacoustiques multispectrales avec de bonnes performances.

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