Differential phase contrast (DPC) microscopy, a central quantitative phase imaging (QPI) technique in cell biology, facilitates label-free, real-time monitoring of intrinsic optical phase variations in biological samples. The existing DPC imaging theory, while important for QPI, is grounded in paraxial diffraction theory. However, this theory lacks accuracy when applied to high numerical aperture (NA) systems that are vital for high-resolution cellular studies. To tackle this limitation, we have, for the first time, formulated a nonparaxial DPC imaging equation with a transmission cross-coefficient (TCC) for high NA DPC microscopy. Our theoretical framework incorporates the apodization of the high NA objective lens, nonparaxial light propagation, and the angular distribution of source intensity or detector sensitivity. Thus, our TCC model deviates significantly from traditional paraxial TCCs, influenced by both NA and the angular variation of illumination or detection. Our nonparaxial imaging theory could enhance phase retrieval accuracy in QPI based on high NA DPC imaging.
Dynamic contrast enhanced (DCE) magnetic resonance (MR) imaging plays an important role in non-invasive detection and characterization of primary and metastatic lesions in the liver. Recently, efforts have been made to improve spatial and temporal resolution of DCE liver MRI for arterial phase imaging. Review of recent publications related to arterial phase imaging of the liver indicates that there exist primarily two approaches: breath-hold and free-breathing. For breath-hold imaging, acquiring multiple arterial phase images in a breath-hold is the preferred approach over conventional single-phase imaging. For free-breathing imaging, a combination of three-dimensional (3D) stack-of-stars golden-angle sampling and compressed sensing parallel imaging reconstruction is one of emerging techniques. Self-gating can be used to decrease respiratory motion artifact. This article introduces recent MRI technologies relevant to hepatic arterial phase imaging, including differential subsampling with Cartesian ordering (DISCO), golden-angle radial sparse parallel (GRASP), and X-D GRASP. This article also describes techniques related to dynamic 3D image reconstruction of the liver from golden-angle stack-of-stars data.
We propose a compact differential interference contrast microscopic module, which enables snapshot measurements for quantitative phase imaging. The proposed module adopts the lateral shearing interferometric principle, which can obtain self-interference without a reference. Due to the absence of the reference, the system is more stable than the typical interferometric systems. It uses a polarization grating to generate two laterally shifted wavefronts based on its birefringence and polarizing beam-splitting characteristics. Furthermore, the use of a polarization camera does not require sequential measurements for the phase extraction. In the experiments, we observe and measure the timely varying changes of various specimens to verify the system performance with the bright field images and phase contrast images. Because the proposed microscopic module also has the merit of being adaptable to typical microscopy instead of using an imaging camera, it can conveniently replace conventional contrast microscopy.
Kim, Myungkeun;Oh, Ohsung;Lee, Seho;Lee, Seung Wook
Journal of the Korean Society of Radiology
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v.14
no.7
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pp.937-946
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2020
The grating interferometer provides the differential phase contrast image of an phase object due to refraction of the wavefront by the object, and it needs to be converted to the phase contrast image. The line-integration process to obtain the phase contrast image from a differential phase contrast image accumulates noise and generate stripe artifacts. The stripe artifacts have noise and distortion increases to the integration direction in the line-integrated phase contrast image. In this study, we have configured and compared several machine learning methods to reduce the artifacts. The machine learning methods have been applied to simulated numerical phantoms as well as experimental data from the X-ray and neutron grating interferometer for comparison. As a result, the combination of the wavelet preprocessing and machine learning method (WCNN) has shown to be the most effective.
Jeong, Boryeong;Kim, So Yeon;Kang, Hyo Jeong;Shin, Jinho
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.26
no.1
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pp.60-65
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2022
Gadoxetic acid-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) has been widely used to detect and characterize focal hepatic lesions. Because gadoxetic acid is a hepatocyte-specific contrast agent, its patterns during hepatobiliary phase enhancement provide useful information for differential diagnoses of focal hepatic lesions. Hepatic angiomyolipoma (AML) is a rare mesenchymal hepatic neoplasm composed of blood vessels, epithelioid cells, and varying amounts of adipose tissue components. Hepatic AMLs usually show marked hypointensity during the hepatobiliary phase of gadoxetic acid-enhanced MRI as hepatic AMLs are devoid of hepatocytes and fibrotic components. The present study describes a patient with hepatic AML and an atypical imaging feature. This tumor showed hyperintensity during the hepatobiliary phase of gadoxetic acid-enhanced MRI, mimicking hepatocellular tumors such as hepatocellular adenoma. The hepatobiliary hyperintensity of this lesion was likely due to multifocal entrapped hepatocytes resulting from an intrasinusoidal growth pattern of tumor cells and insufficient hepatic parenchymal enhancement during the hepatobiliary phase of gadoxetic acid-enhanced MRI.
Kim, Hyunghu;Kim, Seung-seob;Lee, Sunyoung;Lee, Myeongjee;Kim, Myeong-Jin
Investigative Magnetic Resonance Imaging
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v.25
no.4
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pp.313-322
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2021
Purpose: To find diagnostic image features, to compare diagnostic performance of multiphase CT versus gadoxetic acid disodium-enhanced MRI (GAD-MRI), and to evaluate the impact of analyzing Liver Imaging Reporting and Data System (LI-RADS) imaging features, for distinguishing combined hepatocellular-cholangiocarcinoma (CHC) from hepatocellular carcinoma (HCC). Materials and Methods: Ninety-six patients with pathologically proven CHC (n = 48) or HCC (n = 48), diagnosed June 2008 to May 2018 were retrospectively analyzed in random order by three radiologists with different experience levels. In the first analysis, the readers independently determined the probability of CHC based on their own knowledge and experiences. In the second analysis, they evaluated imaging features defined in LI-RADS 2018. Area under the curve (AUC) values for CHC diagnosis were compared between CT and MRI, and between the first and second analyses. Interobserver agreement was assessed using Cohen's weighted κ values. Results: Targetoid LR-M image features showed better specificities and positive predictive values (PPV) than the others. Among them, rim arterial phase hyperenhancement had the highest specificity and PPV. Average sensitivity, specificity, and AUC values were higher for MRI than for CT in both the first (P = 0.008, 0.005, 0.002, respectively) and second (P = 0.017, 0.026, 0.036) analyses. Interobserver agreements were higher for MRI in both analyses (κ = 0.307 for CT, κ = 0.332 for MRI in the first analysis; κ = 0.467 for CT, κ = 0.531 for MRI in the second analysis), with greater agreement in the second analysis for both CT (P = 0.001) and MRI (P < 0.001). Conclusion: Rim arterial phase hyperenhancement on GAD-MRI can be a good indicator suggesting CHC more than HCC. GAD-MRI may provide greater accuracy than CT for distinguishing CHC from HCC. Interobserver agreement can be improved for both CT and MRI by analyzing LI-RADS imaging features.
Park, Yeonok;Cho, Hyosung;Lim, Hyunwoo;Je, Uikyu;Park, Chulkyu;Cho, Heemoon;Kim, Kyuseok;Kim, Guna;Park, Soyoung
Progress in Medical Physics
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v.26
no.4
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pp.215-222
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2015
In this work, we performed a proof-of-concept experiment for phase-contrast x-ray imaging (PCXI) based on a single antiscatter grid and a polychromatic x-ray source. We established a table-top setup which consists of a focused-linear grid having a strip density of 200 lines/inch, a microfocus x-ray tube having a focal-spot size of about $5{\mu}m$, and a CMOS-type flat-panel detector having a pixel size of $48{\mu}m$. By using our prototype PCXI system and the Fourier demodulation technique, we successfully obtained attenuation, scattering, and differential phase-contrast images of improved visibility from the raw images of several selected samples at x-ray tube conditions of $90kV_p$ and 0.1 mAs. Further, fusion image (e.g., the attenuation+the scattering) may have an advantage in displaying details of the sample's structures that are not clearly visible in the conventional attenuation image. Our experimental results indicate that single-grid-based approach seems a useful method for PCXI with great simplicity and minimal requirements on the setup alignment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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