Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > eess > arXiv:2501.01157

帮助 | 高级搜索

电气工程与系统科学 > 图像与视频处理

arXiv:2501.01157 (eess)
[提交于 2025年1月2日 ]

标题: 基于物理感知神经算子的超声肺部通气图

标题: Ultrasound Lung Aeration Map via Physics-Aware Neural Operators

Authors:Jiayun Wang, Oleksii Ostras, Masashi Sode, Bahareh Tolooshams, Zongyi Li, Kamyar Azizzadenesheli, Gianmarco Pinton, Anima Anandkumar
摘要: 肺部超声在临床上作为一种诊断和监测急性和慢性肺部疾病的方法正在迅速发展,这是由于其低成本和易于获取。 肺部超声通过发射诊断脉冲,接收压力波并将其转换为射频(RF)数据,然后通过波束成形器将这些数据处理成B模式图像,供放射科医生进行解读。 然而,与用于软组织解剖成像的传统超声不同,肺部超声的解读因无法穿透空气而在胸膜界面产生复杂的混响而变得复杂。 间接的B模式图像使得解读高度依赖于读者的专业知识,需要多年的培训,这限制了其广泛应用,尽管在熟练人员手中具有高准确性潜力。 为了解决这些挑战,并将肺部超声成像民主化为一种可靠的诊断工具,我们提出了LUNA,这是一种直接从RF数据重建肺部通气图的AI模型,绕过了传统波束成形器和B模式图像的间接解读需求。 LUNA使用了一种傅里叶神经算子,该算子在傅里叶空间中高效处理RF数据,从而实现肺部通气图的准确重建。 LUNA为传统的半定量肺部超声评分方法提供了一种定量、与读者无关的替代方案。 LUNA的发展涉及合成数据和真实数据:我们使用经过实验验证的方法模拟合成数据,并扫描离体猪肺作为真实数据。 LUNA在大量模拟数据上进行训练,并用少量真实世界数据进行微调,实现了稳健的性能,在离体肺部扫描中的通气估计误差为9%。 我们展示了从RF数据重建肺部通气图的潜力,为提高肺部超声的可重复性和诊断效用奠定了基础。
摘要: Lung ultrasound is a growing modality in clinics for diagnosing and monitoring acute and chronic lung diseases due to its low cost and accessibility. Lung ultrasound works by emitting diagnostic pulses, receiving pressure waves and converting them into radio frequency (RF) data, which are then processed into B-mode images with beamformers for radiologists to interpret. However, unlike conventional ultrasound for soft tissue anatomical imaging, lung ultrasound interpretation is complicated by complex reverberations from the pleural interface caused by the inability of ultrasound to penetrate air. The indirect B-mode images make interpretation highly dependent on reader expertise, requiring years of training, which limits its widespread use despite its potential for high accuracy in skilled hands. To address these challenges and democratize ultrasound lung imaging as a reliable diagnostic tool, we propose LUNA, an AI model that directly reconstructs lung aeration maps from RF data, bypassing the need for traditional beamformers and indirect interpretation of B-mode images. LUNA uses a Fourier neural operator, which processes RF data efficiently in Fourier space, enabling accurate reconstruction of lung aeration maps. LUNA offers a quantitative, reader-independent alternative to traditional semi-quantitative lung ultrasound scoring methods. The development of LUNA involves synthetic and real data: We simulate synthetic data with an experimentally validated approach and scan ex vivo swine lungs as real data. Trained on abundant simulated data and fine-tuned with a small amount of real-world data, LUNA achieves robust performance, demonstrated by an aeration estimation error of 9% in ex-vivo lung scans. We demonstrate the potential of reconstructing lung aeration maps from RF data, providing a foundation for improving lung ultrasound reproducibility and diagnostic utility.
主题: 图像与视频处理 (eess.IV) ; 机器学习 (cs.LG); 医学物理 (physics.med-ph)
引用方式: arXiv:2501.01157 [eess.IV]
  (或者 arXiv:2501.01157v1 [eess.IV] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01157
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Jiayun Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 1 月 2 日 09:24:34 UTC (11,733 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
eess.IV
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-01
切换浏览方式为:
cs
cs.LG
eess
physics
physics.med-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号