Freehand 3D ultrasound (US) has important clinical value due to its low cost and unrestricted field of view. Recently deep learning algorithms have removed its dependence on bulky and expensive external positioning devices. However, improving reconstruction accuracy is still hampered by difficult elevational displacement estimation and large cumulative drift. In this context, we propose a novel deep motion network (MoNet) that integrates images and a lightweight sensor known as the inertial measurement unit (IMU) from a velocity perspective to alleviate the obstacles mentioned above. Our contribution is two-fold. First, we introduce IMU acceleration for the first time to estimate elevational displacements outside the plane. We propose a temporal and multi-branch structure to mine the valuable information of low signal-to-noise ratio (SNR) acceleration. Second, we propose a multi-modal online self-supervised strategy that leverages IMU information as weak labels for adaptive optimization to reduce drift errors and further ameliorate the impacts of acceleration noise. Experiments show that our proposed method achieves the superior reconstruction performance, exceeding state-of-the-art methods across the board.


翻译:3D 超声波(US) 因其低成本和不受限制的视野,具有重要的临床价值。 最近深层次的学习算法已经消除了对大宗和昂贵的外部定位装置的依赖性。 但是,重建的准确性仍然受到难以提高的高度偏移估计和大量累积漂移的阻碍。 在这方面,我们提议建立一个新型的深度运动网络(MoNet),从速度角度将图像和称为惯性测量单位(IMU)的轻量感应器(IMU)整合起来,从速度角度出发,以减轻上述障碍。我们的贡献是双重的。 首先,我们首次引入IMU加速度,以估计飞机外的海拔偏移。我们提议建立一个时间和多管结构,以覆盖低信号对噪音比率(SNR)的宝贵信息。 其次,我们提议采用多模式的在线自我监督战略,将IMU信息作为适应优化的薄弱标签,以减少漂移误差,并进一步提高加速噪音的影响。 实验表明,我们提出的方法取得了卓越的重建业绩,超过了全局的先进方法。

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