Simulation-to-real generalization for deep-learning-based refraction-corrected ultrasound tomography image reconstruction

计算机科学 人工智能 人工神经网络 深度学习 稳健性(进化) 迭代重建 图像质量 预处理器 卷积神经网络 计算机视觉 模式识别(心理学) 机器学习 图像(数学) 生物化学 基因 化学
作者
Wenzhao Zhao,Yuling Fan,Hongjian Wang,H. Gemmeke,Koen W. A. van Dongen,Torsten Hopp,Jürgen Hesser
出处
期刊:Physics in Medicine and Biology [IOP Publishing]
卷期号:68 (3): 035016-035016 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-6560/acaeed
摘要

Abstract Objective . The image reconstruction of ultrasound computed tomography is computationally expensive with conventional iterative methods. The fully learned direct deep learning reconstruction is promising to speed up image reconstruction significantly. However, for direct reconstruction from measurement data, due to the lack of real labeled data, the neural network is usually trained on a simulation dataset and shows poor performance on real data because of the simulation-to-real gap. Approach . To improve the simulation-to-real generalization of neural networks, a series of strategies are developed including a Fourier-transform-integrated neural network, measurement-domain data augmentation methods, and a self-supervised-learning-based patch-wise preprocessing neural network. Our strategies are evaluated on both the simulation dataset and real measurement datasets from two different prototype machines. Main results . The experimental results show that our deep learning methods help to improve the neural networks’ robustness against noise and the generalizability to real measurement data. Significance . Our methods prove that it is possible for neural networks to achieve superior performance to traditional iterative reconstruction algorithms in imaging quality and allow for real-time 2D-image reconstruction. This study helps pave the path for the application of deep learning methods to practical ultrasound tomography image reconstruction based on simulation datasets.

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