Three Dimensional Microwave Data Inversion in Feature Space for Stroke Imaging

体素 计算机科学 自编码 人工智能 微波成像 特征向量 像素 模式识别(心理学) 反演(地质) 特征(语言学) 特征提取 迭代重建 计算机视觉 微波食品加热 深度学习 地质学 哲学 古生物学 构造盆地 电信 语言学
作者
Rui Guo,Zhichao Lin,Jingyu Xin,Maokun Li,Fan Yang,Shenheng Xu,Aria Abubakar
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (4): 1365-1376 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tmi.2023.3336788
摘要

Microwave imaging is a promising method for early diagnosing and monitoring brain strokes. It is portable, non-invasive, and safe to the human body. Conventional techniques solve for unknown electrical properties represented as pixels or voxels, but often result in inadequate structural information and high computational costs. We propose to reconstruct the three dimensional (3D) electrical properties of the human brain in a feature space, where the unknowns are latent codes of a variational autoencoder (VAE). The decoder of the VAE, with prior knowledge of the brain, acts as a module of data inversion. The codes in the feature space are optimized by minimizing the misfit between measured and simulated data. A dataset of 3D heads characterized by permittivity and conductivity is constructed to train the VAE. Numerical examples show that our method increases structural similarity by 14% and speeds up the solution process by over 3 orders of magnitude using only 4.8% number of the unknowns compared to the voxel-based method. This high-resolution imaging of electrical properties leads to more accurate stroke diagnosis and offers new insights into the study of the human brain.
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