王雄课题组在TMTT上发表基于压缩感知的三维热声成像算法

发布者:闻天明发布时间:2020-01-14浏览次数:63

近日,我院智能医学信息研究中心(SMIRC)王雄教授课题组提出了一种新的基于压缩感知的三维热声成像算法,该方法从热声效应的物理公式入手,提出了一种基于解析方法直接构建三维压缩感知字典的技术,第一次在三维实验环境中实现了基于压缩感知的热声成像,为低成本实时快速热声成像技术的实用奠定了基础,也使热声成像的某些特殊应用领域向临床应用迈出重要一步。该成果以“Three-Dimensional Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging Based on Compressive Sensing Using an Analytically Constructed Dictionary为题,在《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》 上发表。

图一:实验设置及样品示意图

图二:成像结果 (a)利用42组测试数据的压缩感知成像结果 (e) 利用42组测试数据的反投影成像结果 (f) 利用2880组测试数据的反投影成像结果

近年来,非侵害式成像技术受到了越来越多的关注并在诸多领域得到了长足的发展,热声成像是一种新型的具有极大潜力的非侵害式成像技术。传统的反投影算法需要对超声信号做密集的空间采样,为了保证成像质量,通常需要在至少数千个空间位置进行采样,这就使得采样时间非常长,整个系统也需配置密集的超声探头阵列及配套的数据采集器,提升了系统的成本。压缩感知算法相较于传统的反投影算法可以极大地减少空间采样的数量,从而缩短了采样时间,提高了热声成像多种相关应用的效率,推进了潜在的实际应用。目前同行已实现二维环境中的压缩感知热声成像,但是所提出的所有二维模式都是基于仿真方法建立压缩感知的字典,均无法被拓展到三维模式,限制了该技术的实际应用。本文首次提出通过解析方法建立三维压缩感知热声成像字典的技术,实现了该技术从二维至三维的实质性突破,并且进行了系统的仿真和实验验证,证明了三维压缩感知热声成像技术能够比传统反投影算法在采样数量上能减少至少200倍(仿真结果)或68倍(实验结果),为将来进一步改进该技术的性能奠定了理论及实验基础。

该项工作全部在上科大完成,2017级博士生王保胜是第一作者,王雄教授为通讯作者。上海科技大学为唯一完成单位,该项研究得到了国家自然科学基金以及上海浦江人才计划的支持。

文章链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8827964