深層強化学習による超音波プローブの標準走査面への自律ナビゲーション
Autonomous Navigation of an Ultrasound Probe Towards Standard Scan Planes with Deep Reinforcement Learning
深層強化学習で仮想超音波プローブの6自由度姿勢をリアルタイム画像フィードバックに基づき制御し、標準走査面へ誘導する手法を提案。画質最適化を信頼度ベースで学習に組み込み、脊椎画像データのシミュレーションで有効性を検証した。
著者: Keyu Li, Jian Wang, Yangxin Xu, Hao Qin, Dongsheng Liu, Li Liu, Max Q. -H. Meng
分類: cs.RO, cs.AI, cs.LG
原文アブストラクト
Autonomous ultrasound (US) acquisition is an important yet challenging task, as it involves interpretation of the highly complex and variable images and their spatial relationships. In this work, we propose a deep reinforcement learning framework to autonomously control the 6-D pose of a virtual US probe based on real-time image feedback to navigate towards the standard scan planes under the restrictions in real-world US scans. Furthermore, we propose a confidence-based approach to encode the optimization of image quality in the learning process. We validate our method in a simulation environment built with real-world data collected in the US imaging of the spine. Experimental results demonstrate that our method can perform reproducible US probe navigation towards the standard scan plane with an accuracy of $4.91mm/4.65^\circ$ in the intra-patient setting, and accomplish the task in the intra- and inter-patient settings with a success rate of $92\%$ and $46\%$, respectively. The results also show that the introduction of image quality optimization in our method can effectively improve the navigation performance.
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