One shot, one SoS: A real-time, single-shot global speed of sound estimator
Notice bibliographique
Résumé
• We devised the first experimentally validated single-shot global speed-of-sound (SoS) estimator for ultrasound imaging. • Our new algorithm can be readily coupled with an ultrasound imaging sequence to acquire SoS values in real-time. • Accurate SoS estimates with small mean signed difference were obtained in vitro (0.4 ± 6.5 m/s) and in vivo (3.8 ± 15.7 m/s). • This work serves well to advance the emerging use of SoS in quantitative tissue characterization. • This work also benefits other imaging processes that are influenced by SoS, such as beamforming and Doppler estimation. Speed of sound (SoS), or the propagation speed of acoustic waves through a medium, is an intrinsic property of human tissue and has emerged as a new biomarker in health diagnostics. Alas, no existing technique has practically demonstrated that the tissue SoS can be robustly measured from a single pulse-echo transmission with an imaging transducer, so incorporating SoS estimation into the ultrasound imaging pipeline remains technically challenging. In this paper, we propose a novel global SoS estimation algorithm that requires only a single steered plane wave transmission for operation. Our single-shot framework derives the SoS estimate by 1) calculating each pixel’s pre-beamformed sum of normalized autocorrelation coefficients (SNAC) derived from the time-delayed channel data ensemble for an assumed SoS; 2) constructing a loss metric that is defined as, for different SoS candidates, the negated total SNAC over different pixels; 3) finding the SoS with the minimum loss value. Our single-shot SoS estimator was implemented in real-time (50 ms processing time) on a portable ultrasound research scanner. It was tested in vitro using agar staircase phantoms (SoS range: 1508–1682 m/s) and in vivo using svelte human calves (SoS range: 1573–1589 m/s). All SoS estimates were validated with reference through-transmission measurements. Results show that our framework yielded accurate SoS estimates with a small mean signed difference (MSD) in vitro (0.4 ± 6.5 m/s) and in vivo (3.8 ± 15.7 m/s). When the framework was extended to a 10-angle multi-transmission sequence, its SoS estimation performance was further improved with a smaller MSD (0.2 ± 2.0 m/s). The advent of the proposed single-shot SoS estimator can help advance the emerging use of SoS in tissue characterization and improve other imaging processes that are influenced by SoS, such as beamforming and Doppler estimation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».