<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?>
<dublin_core schema="dc">
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Lee,&#x20;Kyuheon</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Park,&#x20;Tae&#x20;Young</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Min,&#x20;Byeong-Kyong</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kim,&#x20;Hyungmin</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-12-03T06:00:22Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2024-12-03T06:00:22Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="created">2024-11-25</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="issued">2024-11-22</dcvalue>
<dcvalue element="identifier" qualifier="uri">https:&#x2F;&#x2F;pubs.kist.re.kr&#x2F;handle&#x2F;201004&#x2F;151270</dcvalue>
<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Purpose&#x0A;Focused&#x20;ultrasound&#x20;neuromodulation&#x20;is&#x20;gaining&#x20;significant&#x20;attention&#x20;due&#x20;to&#x20;its&#x20;ability&#x20;to&#x20;stimulate&#x20;the&#x20;brain&#x20;with&#x20;high&#x20;resolution&#x20;and&#x20;non-invasively.&#x20;Furthermore,&#x20;when&#x20;using&#x20;a&#x20;multi-element&#x20;transducer,&#x20;the&#x20;acoustic&#x20;focus&#x20;can&#x20;be&#x20;steered&#x20;without&#x20;physically&#x20;moving&#x20;the&#x20;device,&#x20;enhancing&#x20;the&#x20;clinical&#x20;experience.&#x20;Despite&#x20;these&#x20;advantages,&#x20;there&#x20;are&#x20;several&#x20;limitations&#x20;in&#x20;the&#x20;current&#x20;methods&#x20;for&#x20;monitoring&#x20;acoustic&#x20;focus.&#x20;First,&#x20;when&#x20;predicting&#x20;the&#x20;focus&#x20;using&#x20;only&#x20;geometric&#x20;information&#x20;from&#x20;the&#x20;optical&#x20;tracker,&#x20;acoustic&#x20;aberrations&#x20;caused&#x20;by&#x20;the&#x20;skull&#x20;cannot&#x20;be&#x20;accounted&#x20;for.&#x20;Additionally,&#x20;while&#x20;numerical&#x20;solvers&#x20;can&#x20;predict&#x20;the&#x20;acoustic&#x20;focus,&#x20;they&#x20;are&#x20;computationally&#x20;intensive,&#x20;making&#x20;real-time&#x20;clinical&#x20;applications&#x20;challenging.&#x20;To&#x20;overcome&#x20;these&#x20;issues,&#x20;AI-based&#x20;simulations&#x20;for&#x20;single-element&#x20;transducers&#x20;have&#x20;been&#x20;developed,&#x20;leading&#x20;to&#x20;advancements&#x20;in&#x20;simulation-guided&#x20;navigation.&#x20;In&#x20;this&#x20;study,&#x20;we&#x20;propose&#x20;an&#x20;AI&#x20;simulation&#x20;for&#x20;multi-element&#x20;transducers.&#x20;We&#x20;expect&#x20;this&#x20;approach&#x20;to&#x20;enable&#x20;real-time&#x20;monitoring&#x20;of&#x20;the&#x20;acoustically&#x20;steered&#x20;focus&#x20;in&#x20;response&#x20;to&#x20;phase&#x20;changes&#x20;in&#x20;each&#x20;element,&#x20;ultimately&#x20;enhancing&#x20;clinical&#x20;outcomes&#x20;in&#x20;transcranial&#x20;focused&#x20;ultrasound&#x20;stimulation&#x20;applications.&#x20;&#x0A;&#x0A;Materials&#x20;&amp;&#x20;Methods&#x0A;We&#x20;used&#x20;a&#x20;four-element,&#x20;annular-shaped&#x20;transducer&#x20;with&#x20;a&#x20;central&#x20;frequency&#x20;of&#x20;500&#x20;kHz.&#x20;Ground&#x20;truth&#x20;data&#x20;for&#x20;AI&#x20;model&#x20;training&#x20;was&#x20;generated&#x20;using&#x20;the&#x20;k-Wave&#x20;Matlab&#x20;toolbox.&#x20;Hounsfield&#x20;units&#x20;(HU)&#x20;from&#x20;CT&#x20;images&#x20;were&#x20;utilized&#x20;to&#x20;account&#x20;for&#x20;the&#x20;acoustic&#x20;properties&#x20;of&#x20;the&#x20;skull.&#x20;The&#x20;transducer&#x20;position&#x20;remained&#x20;fixed&#x20;throughout&#x20;the&#x20;process.&#x20;The&#x20;phase&#x20;combinations&#x20;for&#x20;the&#x20;training&#x20;data&#x20;were&#x20;randomly&#x20;assigned&#x20;and&#x20;did&#x20;not&#x20;overlap&#x20;with&#x20;the&#x20;test&#x20;data.&#x20;The&#x20;AI&#x20;simulation&#x20;model&#x20;was&#x20;designed&#x20;as&#x20;a&#x20;U-shaped&#x20;encoder&#x20;decoder&#x20;network,&#x20;integrating&#x20;both&#x20;CNN&#x20;and&#x20;Swin&#x20;Transformer&#x20;architectures.&#x20;It&#x20;takes&#x20;the&#x20;phase&#x20;of&#x20;each&#x20;element,&#x20;along&#x20;with&#x20;transducer’s&#x20;geometric&#x20;information&#x20;and&#x20;HU,&#x20;as&#x20;input&#x20;to&#x20;generate&#x20;the&#x20;simulation&#x20;results.&#x20;&#x0A;&#x0A;Results&#x0A;The&#x20;accuracy&#x20;of&#x20;our&#x20;AI&#x20;model&#x20;was&#x20;assessed&#x20;by&#x20;comparing&#x20;the&#x20;peak&#x20;pressure&#x20;ratio&#x20;and&#x20;the&#x20;dice&#x20;similarity&#x20;coefficient&#x20;(DSC)&#x20;for&#x20;the&#x20;full-width&#x20;at&#x20;half&#x20;maximum&#x20;(FWHM)&#x20;between&#x20;the&#x20;AI&#x20;predictions&#x20;and&#x20;the&#x20;k-Wave&#x20;simulation&#x20;results.&#x20;In&#x20;free&#x20;water,&#x20;the&#x20;average&#x20;peak&#x20;pressure&#x20;error&#x20;was&#x20;5.6%,&#x20;and&#x20;the&#x20;average&#x20;DSC&#x20;was&#x20;88.94%.&#x20;In&#x20;the&#x20;human&#x20;skull,&#x20;the&#x20;average&#x20;peak&#x20;pressure&#x20;error&#x20;was&#x20;2%,&#x20;and&#x20;the&#x20;average&#x20;DSC&#x20;was&#x20;93.3%.&#x20;the&#x20;k-Wave&#x20;simulation&#x20;took&#x20;8&#x20;seconds&#x20;to&#x20;complete,&#x20;whereas&#x20;the&#x20;AI&#x20;model&#x20;achieved&#x20;the&#x20;inference&#x20;in&#x20;only&#x20;0.3&#x20;seconds.&#x20;&#x0A;&#x0A;Conclusion&#x0A;We&#x20;propose&#x20;an&#x20;AI&#x20;model&#x20;for&#x20;real-time&#x20;prediction&#x20;of&#x20;acoustic&#x20;pressure&#x20;distribution&#x20;based&#x20;on&#x20;phase&#x20;combinations.&#x20;Numerical&#x20;evaluations&#x20;demonstrate&#x20;that&#x20;the&#x20;model&#x20;achieves&#x20;results&#x20;comparable&#x20;to&#x20;k-Wave&#x20;simulations&#x20;while&#x20;significantly&#x20;reducing&#x20;processing&#x20;time,&#x20;thereby&#x20;enabling&#x20;real-time&#x20;monitoring&#x20;of&#x20;the&#x20;steered&#x20;focal&#x20;position.</dcvalue>
<dcvalue element="language" qualifier="none">English</dcvalue>
<dcvalue element="publisher" qualifier="none">대한치료초음파학회</dcvalue>
<dcvalue element="title" qualifier="none">Real-time&#x20;Simulation&#x20;of&#x20;Phased&#x20;Multi-element&#x20;Transducer&#x20;using&#x20;AI</dcvalue>
<dcvalue element="type" qualifier="none">Conference</dcvalue>
<dcvalue element="description" qualifier="journalClass">2</dcvalue>
<dcvalue element="identifier" qualifier="bibliographicCitation">대한치료초음파학회&#x20;제10차&#x20;정기학술대회</dcvalue>
<dcvalue element="citation" qualifier="title">대한치료초음파학회&#x20;제10차&#x20;정기학술대회</dcvalue>
<dcvalue element="citation" qualifier="conferencePlace">KO</dcvalue>
<dcvalue element="citation" qualifier="conferencePlace">서울&#x20;더케이호텔&#x20;별관</dcvalue>
<dcvalue element="citation" qualifier="conferenceDate">2024-11-22</dcvalue>
<dcvalue element="relation" qualifier="isPartOf">대한치료초음파학회&#x20;제10차&#x20;정기학술대회&#x20;초록집</dcvalue>
</dublin_core>
