Rapid 3D Ultrasound Tomography Reconstruction Methods for Guided Interventions
用于引导干预的快速 3D 超声断层扫描重建方法
基本信息
- 批准号:10509562
- 负责人:
- 金额:$ 7.06万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-08-01 至 2024-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-Dimensional3D Print3D ultrasoundAlgorithmsAnatomyArtificial IntelligenceBiopsyBrainBreastCaliberClinicClinicalDataDiagnosisDiagnosticDimensionsFaceFlowchartsGeometryHumanImageImage-Guided SurgeryInterventionLeadLightMammary UltrasonographyMathematicsMeasurementMethodsModalityModelingNatureNeckNoiseOperative Surgical ProceduresPatientsPerformanceProceduresProstateResearchResearch DesignResistanceResolutionSpeedStatistical Data InterpretationSystemThinnessTimeTissuesTransducersWorkX-Ray Computed Tomographybaseclinical applicationcontrol theorydata exchangediagnostic valuedigitalhigh dimensionalityimage guidedimage reconstructionimaging modalityimaging systemimprovednoveloperationpersonalized medicineportabilityreal-time imagesreconstructionresponsesoundtheoriestomographytoolultrasoundvirtualvirtual clinical trial
项目摘要
Project Summary/Abstract
Background: As a portable non-radioactive modality, ultrasound has been increasingly used in guided interven-
tions such as biopsy and surgery procedure in breast, prostate, brain, face and neck. Current 2D handheld ultra-
sound and 3D Automated Breast Ultrasound System (ABUS) both use only ultrasound reflection data to generate
images. 3D Ultrasound Computed Tomography (USCT) was developed to use both reflection and transmission
data to provide improved image quality and potentially better diagnostic value.
Challenge: USCT image reconstruction presents a historical challenge of heavy computational complexity, due
to its non-linear, non-convex nature. To our best knowledge, all existing USCT algorithms with high fidelity are
iterative, optimization-based, and thus suffer a heavy computation load. This computation load is especially
cumbersome when higher number of transducers are added to the system to obtain more anatomical information.
Therefore, there is an urgent need to develop an USCT imaging method to provide high fidelity and high speed
at the same time to satisfy the requirement of guided intervention.
Method: We hypothesize that boundary control method will achieve non-iterative USCT image reconstruction,
leading to significant increase in computational efficiency while warranting fidelity and robustness to noise. This
idea has been mathematically proven and validated by our preliminary research with a 10-fold increase in com-
putation speed while maintaining high fidelity level. The developed method will serve as an ideal non-radioactive
intra-operative imaging guide, and bring new perspective to USCT imaging reconstruction algorithm research. Al-
though this project is not intended for clinical use, we will perform a virtual clinical trial to systematically evaluate
the developed system with computationally simulated phantoms, 3D-printed phantoms, and digital patient-based
phantoms.
Impact: Upon completion, this work will have achieved a computationally light, high-fidelity, near real-time 3D
USCT imaging system, ideal for guided intervention. This system has the potential to:
· Efficiently support considerably more transducers without compromising image quality.
· Enable portable USCT to provide powerful tools for guided intervention and other clinical applications.
· Lead to genuine real-time 3D USCT imaging and inspire new applications of USCT.
项目摘要/摘要
背景:作为便携式非放射性方式,超声已越来越多地用于导向
乳房,前列腺,大脑,脸部和颈部的活检和手术手术等方法。当前的2D手持式超级
声音和3D自动乳房超声系统(ABU)都仅使用超声反射数据来生成
图像。开发了3D超声计算机断层扫描(USCT)以同时使用反射和传输
数据可提供改进的图像质量和潜在的更好的诊断价值。
挑战:USCT图像重建提出了重度计算复杂性的历史挑战,
具有非线性,非凸性的性质。据我们所知,所有现有的USCT算法都具有很高的资金
迭代,基于优化,因此遭受了沉重的计算负载。该计算负载尤其是
当将较高数量的换能器添加到系统中以获取更多解剖信息时,笨拙。
因此,迫切需要开发一种USCT成像方法来提供高层和高速
同时满足指导干预的要求。
方法:我们假设边界控制方法将实现非文字USCT图像重建,
导致计算效率的显着提高,同时警告噪声和稳健性。这
通过我们的初步研究,想法已在数学上证明和验证,并提高了10倍
推杆速度,同时保持高层水平。开发的方法将作为理想的非放射性活性
术中成像指南,并为USCT成像重建算法研究带来新的视角。 al
尽管该项目不供临床使用,但我们将进行虚拟临床试验以系统评估
开发的系统具有计算模拟的幻影,3D打印幻影和基于数字患者的系统
幻影。
影响:完成后,这项工作将在计算上实现一项计算轻,高层的实时3D
USCT成像系统,非常适合指导干预。该系统有可能:
·有效地支持更多的传感器,而不会损害图像质量。
·使便携式USCT能够为指导干预和其他临床应用提供强大的工具。
·导致真正的实时3D USCT成像并激发USCT的新应用。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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