Adaptive Ultrasound Beamforming Using Deep Learning

波束赋形 计算机科学 稳健性(进化) 人工智能 自适应波束形成器 深度学习 计算机视觉 信号处理 图像质量 迭代重建 人工神经网络 图像处理 图像(数学) 数字信号处理 电信 基因 生物化学 化学 计算机硬件
作者
Ben Luijten,Regev Cohen,Frederik J. de Bruijn,Harold A. W. Schmeitz,Massimo Mischi,Yonina C. Eldar,Ruud J. G. van Sloun
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:39 (12): 3967-3978 被引量:149
标识
DOI:10.1109/tmi.2020.3008537
摘要

Biomedical imaging is unequivocally dependent on the ability to reconstruct interpretable and high-quality images from acquired sensor data. This reconstruction process is pivotal across many applications, spanning from magnetic resonance imaging to ultrasound imaging. While advanced data-adaptive reconstruction methods can recover much higher image quality than traditional approaches, their implementation often poses a high computational burden. In ultrasound imaging, this burden is significant, especially when striving for low-cost systems, and has motivated the development of high-resolution and high-contrast adaptive beamforming methods. Here we show that deep neural networks, that adopt the algorithmic structure and constraints of adaptive signal processing techniques, can efficiently learn to perform fast high-quality ultrasound beamforming using very little training data. We apply our technique to two distinct ultrasound acquisition strategies (plane wave, and synthetic aperture), and demonstrate that high image quality can be maintained when measuring at low data-rates, using undersampled array designs. Beyond biomedical imaging, we expect that the proposed deep learning based adaptive processing framework can benefit a variety of array and signal processing applications, in particular when data-efficiency and robustness are of importance.
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