Efficient methods for iterative ultrasound image reconstruction using L1 and L2 norm regularization

正规化(语言学) 超声波 规范(哲学) 数学 迭代重建 计算机科学 人工智能 计算机视觉 算法 应用数学 放射科 医学 哲学 认识论
作者
Marko Jakovljevic,Ettore Biondi,Anthony E. Samir
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:155 (3_Supplement): A172-A172
标识
DOI:10.1121/10.0027208
摘要

Ultrasound image reconstruction can be posed as an inverse problem, with image pixels as parameters to a model of wave propagation that are estimated from raw ultrasound channel data. Such framework allows one to make assumptions about channel signals and image properties in form of regularization that can be used to improve reconstruction accuracy in the presence of electronic and acoustic noise. A simple model assumes spherical wave propagation from point sources in a homogeneous medium, similar to delay-and-sum (DAS) beamforming; solving such problems numerically can require many iterations and can result in blurred images when traditional L2 norm regularization is used. We use Fast Iterative Shrinkage Thersholding Algorithm (FISTA) to reduce the number of iterations to less than 10, and to apply L1-norm regularization to the data, which improves edge sharpness and image contrast. We demonstrate the concept using FIELD II simulated ultrasound signals from point, speckle, and anechoic targets with controlled levels of electronic and speckle noise. The FISTA-reconstructed point targets show reduced sidelobe levels by 15 dB compared to the traditional DAS image, and the reduction in full-width at half maximum by a factor of 2. We also implement iterative reconstruction in omega-k frequency domain, which allows factoring the forward and adjoint operators at each spatial frequency and paves the way for an intuitive and more memory efficient, multi-threaded implementation of the method.

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