Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging

Ultrasound super resolution imaging is gaining more and more ground in clinical applications as it provides information of tissue perfusion and knowledge of the haemodynamic properties of a certain region of interest. It is based upon the injection of micro-bubbles capable of reaching small capillar...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Νταλιάνης, Ευάγγελος
Άλλοι συγγραφείς: Ntalianis, Evangelos
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/16498
id nemertes-10889-16498
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Ultrasound Imaging
Microbubbles
Prostate cancer
Micorbubble tracking
Super-resolution imaging
Απεικόνιση υπερήχων
Μιρκοφυσαλίδες
Καρκίνος προστάτη
Παρακολούθηση μικροφυσαλίδων
Απεικόνιση υπερ-υψηλής ανάλυσης
spellingShingle Ultrasound Imaging
Microbubbles
Prostate cancer
Micorbubble tracking
Super-resolution imaging
Απεικόνιση υπερήχων
Μιρκοφυσαλίδες
Καρκίνος προστάτη
Παρακολούθηση μικροφυσαλίδων
Απεικόνιση υπερ-υψηλής ανάλυσης
Νταλιάνης, Ευάγγελος
Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
description Ultrasound super resolution imaging is gaining more and more ground in clinical applications as it provides information of tissue perfusion and knowledge of the haemodynamic properties of a certain region of interest. It is based upon the injection of micro-bubbles capable of reaching small capillaries into the blood stream and their tracking in the temporal domain. The bubbles are non-linear scatterers of the incident sound waves increasing the echogenicity and thus the contrast between blood and local tissue. They are composed by a gaseous inner layer and an outer layer that can be fabricated by a variety of material like phospholipids. Replacing the inner gas with a drug substance, treatment in cellular level is feasible. The current MB tracking algorithms are divided into deterministic and probabilistic approaches. The first group is primarily based on a nearest neighbour scheme associating bubbles that are the least further apart. Although this approach can yield above average performance, it requires a high frame rate which decreases the penetration depth. The second tracking approach, incorporates appropriate filters to predict the next state of a MB. The majority of them utilize Kalman filter along with a motion model to foresee the future position, velocity and acceleration of the current bubble and link with a bubble that satisfy this prediction. This thesis considers the parameters used in a previously developed tracking algorithm, which are developed upon hypotheses of the blood flow and attempts to improve the overall performance. Firstly, the pre-defined thresholds are altered based on conclusions obtained by manually collected tracks, which is considered as the most accurate method of linking. After determining a new set of thresholds, a new approach of transforming the parameters into cost functions and then accumulating them into a total cost, is introduced. The performance of the new approaches is assessed via appropriate feature maps and statistical analysis of the produced tracks.
author2 Ntalianis, Evangelos
author_facet Ntalianis, Evangelos
Νταλιάνης, Ευάγγελος
author Νταλιάνης, Ευάγγελος
author_sort Νταλιάνης, Ευάγγελος
title Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
title_short Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
title_full Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
title_fullStr Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
title_full_unstemmed Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
title_sort performance analysis of super-resolution ultrasound imaging
publishDate 2022
url http://hdl.handle.net/10889/16498
work_keys_str_mv AT ntalianēseuangelos performanceanalysisofsuperresolutionultrasoundimaging
AT ntalianēseuangelos analysēapodosēstēsyperypsēlēsanalysēsapeikonisēsyperēchōn
_version_ 1771297346023325696
spelling nemertes-10889-164982022-09-05T20:30:29Z Performance analysis of super-resolution ultrasound imaging Ανάλυση απόδοσης της υπερ-υψηλής ανάλυσης απεικόνισης υπερήχων Νταλιάνης, Ευάγγελος Ntalianis, Evangelos Ultrasound Imaging Microbubbles Prostate cancer Micorbubble tracking Super-resolution imaging Απεικόνιση υπερήχων Μιρκοφυσαλίδες Καρκίνος προστάτη Παρακολούθηση μικροφυσαλίδων Απεικόνιση υπερ-υψηλής ανάλυσης Ultrasound super resolution imaging is gaining more and more ground in clinical applications as it provides information of tissue perfusion and knowledge of the haemodynamic properties of a certain region of interest. It is based upon the injection of micro-bubbles capable of reaching small capillaries into the blood stream and their tracking in the temporal domain. The bubbles are non-linear scatterers of the incident sound waves increasing the echogenicity and thus the contrast between blood and local tissue. They are composed by a gaseous inner layer and an outer layer that can be fabricated by a variety of material like phospholipids. Replacing the inner gas with a drug substance, treatment in cellular level is feasible. The current MB tracking algorithms are divided into deterministic and probabilistic approaches. The first group is primarily based on a nearest neighbour scheme associating bubbles that are the least further apart. Although this approach can yield above average performance, it requires a high frame rate which decreases the penetration depth. The second tracking approach, incorporates appropriate filters to predict the next state of a MB. The majority of them utilize Kalman filter along with a motion model to foresee the future position, velocity and acceleration of the current bubble and link with a bubble that satisfy this prediction. This thesis considers the parameters used in a previously developed tracking algorithm, which are developed upon hypotheses of the blood flow and attempts to improve the overall performance. Firstly, the pre-defined thresholds are altered based on conclusions obtained by manually collected tracks, which is considered as the most accurate method of linking. After determining a new set of thresholds, a new approach of transforming the parameters into cost functions and then accumulating them into a total cost, is introduced. The performance of the new approaches is assessed via appropriate feature maps and statistical analysis of the produced tracks. Η υψηλής ανάλυσης απεικόνιση υπερήχων κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος σε κλινικές εφαρμογές καθώς παρέχει πληροφορίες για την αιμάτωση ιστού και γνώση των αιμοδυναμικών ιδιοτήτων μιας περιοχής ενδιαφέροντος. Βασίζεται στην έγχυση μικροφυσαλίδων, ικανών να φτάσουν σε μικρά τριχοειδή αγγεία, στην κυκλοφορία του αίματος και την παρακολούθηση τους στο χρόνο. Οι φυσαλίδες αντανακλούν τα προσπίπτοντα ηχητικά κύματα με μη γραμμικό τρόπο αυξάνοντας την ηχογένεια και συνεπώς την αντίθεση μεταξύ αίματος και τοπικού ιστού. Αποτελούνται από αεριούχο εσωτερικό στρώμα και ένα εξωτερικό στρώμα που μπορεί να κατασκευαστεί από μια ποικιλία υλικών όπως τα φωσφολιπίδια. Αντικαθιστώντας το εσωτερικό αέριο με μια φαρμακευτική ουσία, είναι εφικτή η θεραπεία σε κυτταρικό επίπεδο. Οι τρέχοντες αλγόριθμοι παρακολούθησης μικροφυσαλίδων χωρίζονται σε ντετερμινιστικές και πιθανοτικές. Η πρώτη ομάδα βασίζεται στην έννοια του πλησιέστερου γείτονα συνδυάζοντας φυσαλίδες οι οποίες έχουν τη μικρότερη απόσταση μεταξύ τους. Αν και αυτή η προσέγγιση παρουσιάζει άνω του μετρίου απόδοση, απαιτεί υψηλό ρυθμό δειγματοληψίας που μειώνει το βάθος διείσδυσης του ηχητικού κύματος. Η δεύτερη προσέγγιση παρακολούθησης, ενσωματώνει κατάλληλα φίλτρα για την πρόβλεψη της επόμενης κατάστασης μιας φυσαλίδας. Οι περισσότεροι από αυτούς χρησιμοποιούν το φίλτρο Kalman μαζί με ένα μοντέλο κίνησης για να προβλέψουν τη μελλοντική θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση της τρέχουσας φυσαλίδας και για να συνδεθούν με μια φυσαλίδα που ικανοποιεί αυτήν την πρόβλεψη. Αυτή η εργασία εξετάζει τις παραμέτρους που χρησιμοποιήθηκαν σε έναν ήδη ανεπτυγμένο αλγόριθμο παρακολούθησης, οι οποίοι αναπτύχθηκαν βάσει ορισμένων υποθέσεων της ροής του αίματος και αποσκοπεί στη βελτίωση της συνολικής απόδοσης. Αρχικά, τα προκαθορισμένα όρια τροποποιούνται με βάση συμπεράσματα που λήφθηκαν από τροχιές φυσαλίδων που αποκτήθηκαν με οπτική παρακολούθησή τους,η οποία θεωρείται ως η πιο ακριβής μέθοδος σύνδεσης δύο φυσαλίδων. Μετά τον καθορισμό ενός νέου συνόλου ορίων, εισάγεται μια νέα προσέγγιση για τη μετατροπή των παραμέτρων σε συναρτήσεις κόστους και στη συνέχεια τη συσσωμάτωσής τους σε ένα συνολικό κόστος. Η απόδοση των νέων προσεγγίσεων αξιολογείται μέσω κατάλληλων χαρτών και στατιστικής ανάλυσης των παραχθέντων τροχιών. 2022-07-12T10:55:58Z 2022-07-12T10:55:58Z 2021-07-07 http://hdl.handle.net/10889/16498 en application/pdf