Domain-aware contrastive learning for ultrasound hip image analysis

计算机科学 超声波 人工智能 翻译(生物学) 相似性(几何) 图像质量 余弦相似度 三维超声 计算机视觉 软件可移植性 图像(数学) 模式识别(心理学) 放射科 医学 基因 信使核糖核酸 生物化学 化学 程序设计语言
作者
Abhilash Rakkunedeth Hareendranathan,Arpan Tripathi,Mahesh Raveendranatha Panicker,Yuyue Zhou,Jessica Knight,Jacob L. Jaremko
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:149: 106004-106004 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2022.106004
摘要

Early diagnosis of Developmental Dysplasia of Hip (DDH) using ultrasound can result in simpler and more effective treatment options. Handheld ultrasound probes are ideally suited for such screening due to their low cost and portability. However, images from the pocket-sized probes are of lower quality than conventional probes. Image quality can be enhanced by image translation techniques that generate a pseudo-image mimicking the image quality of conventional probes. This can also help in generalizing the performance of AI-based automatic interpretation techniques to multiple probes. We develop a new domain-aware contrastive unpaired translation (D-CUT) technique for translating between images acquired from different ultrasound probes. Our approach embeds a Bone Probability Map (BPM) as part of the loss function which enforces higher structural similarity around bony regions in the image. Using the D-CUT model we translated 575 images acquired from a Philips Lumify handheld probe to generate pseudo-3D ultrasound (3DUS) images similar (Fréchet Inception Distance = 92) to those acquired from a conventional ultrasound probe (Philips iU22). The pseudo-3DUS images showed high structural similarity (SSIM = 0.68, Cosine Similarity = 0.65) with the original images and improved the contrast around the bony regions. This study establishes the feasibility of using D-CUT to improve the quality of data acquired from handheld ultrasound probes. Among other potential applications, clinical use of this tool could result in wider use of ultrasound for DDH screening programs.
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