MMV-Net: A Multiple Measurement Vector Network for Multifrequency Electrical Impedance Tomography

电阻抗断层成像 计算机科学 稳健性(进化) 人工智能 算法 反问题 正规化(语言学) 深度学习 电阻抗 数学 工程类 数学分析 生物化学 化学 基因 电气工程
作者
Zhou Chen,Jinxi Xiang,Pierre Bagnaninchi,Yunjie Yang
出处
期刊:University of Edinburgh - Edinburgh Research Explorer 被引量:35
标识
DOI:10.1109/tnnls.2022.3154108
摘要

Multifrequency electrical impedance tomography (mfEIT) is an emerging biomedical imaging modality to reveal frequency-dependent conductivity distributions in biomedical applications. Conventional model-based image reconstruction methods suffer from low spatial resolution, unconstrained frequency correlation, and high computational cost. Deep learning has been extensively applied in solving the EIT inverse problem in biomedical and industrial process imaging. However, most existing learning-based approaches deal with the single-frequency setup, which is inefficient and ineffective when extended to the multifrequency setup. This article presents a multiple measurement vector (MMV) model-based learning algorithm named MMV-Net to solve the mfEIT image reconstruction problem. MMV-Net considers the correlations between mfEIT images and unfolds the update steps of the Alternating Direction Method of Multipliers for the MMV problem (MMV-ADMM). The nonlinear shrinkage operator associated with the weighted l2,1 regularization term of MMV-ADMM is generalized in MMV-Net with a cascade of a Spatial Self-Attention module and a Convolutional Long Short-Term Memory (ConvLSTM) module to better capture intrafrequency and interfrequency dependencies. The proposed MMV-Net was validated on our Edinburgh mfEIT Dataset and a series of comprehensive experiments. The results show superior image quality, convergence performance, noise robustness, and computational efficiency against the conventional MMV-ADMM and the state-of-the-art deep learning methods.
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