Restoration of metabolic functional metrics from label-free, two-photon human tissue images using multiscale deep-learning-based denoising algorithms

降噪 计算机科学 人工智能 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 模式识别(心理学) 噪音(视频) 算法 基本事实 信噪比(成像) 预处理器 图像(数学) NAD+激酶 核磁共振 物理 电信
作者
Nilay Vora,Christopher Polleys,Filippos Sakellariou,Georgios Georgalis,Hong-Thao Thieu,Elizabeth M. Genega,Narges Jahanseir,Abani Patra,Eric L. Miller,Irene Georgakoudi
出处
期刊:Journal of Biomedical Optics [SPIE]
卷期号:28 (12) 被引量:3
标识
DOI:10.1117/1.jbo.28.12.126006
摘要

SIGNIFICANCE: Label-free, two-photon excited fluorescence (TPEF) imaging captures morphological and functional metabolic tissue changes and enables enhanced understanding of numerous diseases. However, noise and other artifacts present in these images severely complicate the extraction of biologically useful information. AIM: We aim to employ deep neural architectures in the synthesis of a multiscale denoising algorithm optimized for restoring metrics of metabolic activity from low-signal-to-noise ratio (SNR), TPEF images. APPROACH: TPEF images of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) (NAD(P)H) and flavoproteins (FAD) from freshly excised human cervical tissues are used to assess the impact of various denoising models, preprocessing methods, and data on metrics of image quality and the recovery of six metrics of metabolic function from the images relative to ground truth images. RESULTS: Optimized recovery of the redox ratio and mitochondrial organization is achieved using a novel algorithm based on deep denoising in the wavelet transform domain. This algorithm also leads to significant improvements in peak-SNR (PSNR) and structural similarity index measure (SSIM) for all images. Interestingly, other models yield even higher PSNR and SSIM improvements, but they are not optimal for recovery of metabolic function metrics. CONCLUSIONS: Denoising algorithms can recover diagnostically useful information from low SNR label-free TPEF images and will be useful for the clinical translation of such imaging.
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