A Unifying Approach to Inverse Problems of Ultrasound Beamforming and Deconvolution

波束赋形 反褶积 盲反褶积 计算机科学 算法 点扩散函数 反问题 数学优化 人工智能 数学 电信 数学分析
作者
Sobhan Goudarzi,Adrian Basarab,Hassan Rivaz
出处
期刊:IEEE transactions on computational imaging 卷期号:9: 197-209 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tci.2023.3248945
摘要

Beamforming is an essential step in the ultrasound image formation pipeline and has recently attracted growing interest. An important goal of beamforming is to increase the image spatial resolution, or in other words to narrow down the system Point Spread Function (PSF). In parallel to beamforming approaches, deconvolution methods have also been explored in ultrasound imaging to mitigate the adverse effects of PSF. Unfortunately, these two steps have only been considered separately in a sequential approach. Herein, a novel framework for unifying beamforming and deconvolution in ultrasound image reconstruction is introduced. More specifically, the proposed formulation is a regularized inverse problem including two linear models for beamforming and deconvolution plus additional sparsity constraint. We take advantage of the alternating direction method of multipliers algorithm to find the solution of the joint optimization problem. The performance evaluation is presented on a set of publicly available simulations, real phantoms, and in vivo data. As compared to Delay-And-Sum (DAS) beamforming, simulation results indicate improvements of 45% and 44% in terms of axial and lateral resolution, respectively. Moreover, the proposed method improves the contrast of simulation data by 6.7% in comparison to DAS. The superiority of the proposed approach in comparison with the sequential approach as well as the state-of-the-art beamforming and deconvolution approaches is also shown.
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