Photoacoustic imaging (PAI) uniquely combines optical contrast with the penetration depth of ultrasound, making it critical for clinical applications. However, the quality of 3D PAI is often degraded due to reconstruction artifacts caused by the sparse and angle-limited configuration of detector arrays. Existing iterative or deep learning-based methods are either time-consuming or require large training datasets, significantly limiting their practical application. Here, we propose Zero-Shot Artifact2Artifact (ZS-A2A), a zero-shot self-supervised artifact removal method based on a super-lightweight network, which leverages the fact that reconstruction artifacts are sensitive to irregularities caused by data loss. By introducing random perturbations to the acquired PA data, it spontaneously generates subset data, which in turn stimulates the network to learn the artifact patterns in the reconstruction results, thus enabling zero-shot artifact removal. This approach requires neither training data nor prior knowledge of the artifacts, and is capable of artifact removal for 3D PAI. For maximum amplitude projection (MAP) images or slice images in 3D PAI acquired with arbitrarily sparse or angle-limited detector arrays, ZS-A2A employs a self-incentive strategy to complete artifact removal and improves the Contrast-to-Noise Ratio (CNR). We validated ZS-A2A in both simulation study and $ in\ vivo $ animal experiments. Results demonstrate that ZS-A2A achieves state-of-the-art (SOTA) performance compared to existing zero-shot methods, and for the $ in\ vivo $ rat liver, ZS-A2A improves CNR from 17.48 to 43.46 in just 8 seconds. The project for ZS-A2A will be available in the following GitHub repository: https://github.com/JaegerCQ/ZS-A2A.


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医学影像领域自世纪之交以来,可谓一枝独秀,持续飞速发展,许多新技术新模式现已成为不同领域疾病诊疗途径的关键一步。光声成像(Photoacoustic imaging,PAI)就是成功兴起的一种新型光学成像的模式,它利用光声效应克服了生物组织中光学光子的高度散射,组织分子吸收光子能量引起瞬时的局部温度升高,进而通过热弹性膨胀产生压力波,这些压力波作为超声信号在组织中传播,可被声学探测器吸收以形成图像。
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