A Cost-Efficient Multi-Angle Fusion Deep Learning for Ultrasound Localization Microscopy

杂乱 人工智能 计算机科学 深度学习 计算机视觉 奇异值分解 自动目标识别 融合 模式识别(心理学) 图像融合 加速 显微镜 微气泡 医学影像学 迭代重建 目标捕获 生物医学工程 一般化 人工神经网络 超声波 传感器融合 目标检测
作者
Xiaopeng Zhang,Peinan Liu,Xuejun Qian
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:PP: 1-11
标识
DOI:10.1109/tbme.2025.3623140
摘要

Ultrasound localization microscopy (ULM) enables super-resolution imaging of microvascular structures by localizing microbubbles from clutter-filtered ultrafast ultrasound data. However, conventional clutter filtering methods, particularly those based on singular value decomposition, are computationally intensive and thus impractical for real-time applications. In this study, we introduce AF-UNet, a lightweight multi-angle deep learning framework designed to accelerate clutter filtering in ULM. The model processes spatiotemporal slices from rotated 3D in-phase/quadrature data and fuses them to suppress tissue signals and reconstruct microvascular volumes. AF-UNet demonstrates robust performance across diverse anatomical organs, including brain, eye, and kidney, achieving strong generalization with consistently high image fidelity. Systematic analysis reveals optimal angular acquisition settings that enhance fusion performance, with peak improvements observed at 2$^\circ$-3$^\circ$ separations for ocular datasets and slightly larger angles for rat kidney and brain datasets. AF-UNet achieves over 20-fold computational speedup compared to conventional SVD filtering while preserving microvascular details, offering a practical pathway toward real-time, clinically applicable ULM.
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