Semi-Blind Spatially-Variant Deconvolution in Optical Microscopy with Local Point Spread Function Estimation By Use Of Convolutional Neural Networks

We present a semi-blind, spatially-variant deconvolution technique aimed at optical microscopy that combines a local estimation step of the point spread function (PSF) and deconvolution using a spatially variant, regularized Richardson-Lucy algorithm. To find the local PSF map in a computationally tractable way, we train a convolutional neural network to perform regression of an optical parametric model on synthetically blurred image patches. We deconvolved both synthetic and experimentally-acquired data, and achieved an improvement of image SNR of 1.00 dB on average, compared to other deconvolution algorithms.Comment: 2018/02/11: submitted to IEEE ICIP 2018 - 2018/05/04: accepted to IEEE ICIP 201

Fundamental and Harmonic Ultrasound Image Joint Restoration

L'imagerie ultrasonore conserve sa place parmi les principales modalités d'imagerie en raison de ses capacités à révéler l'anatomie et à inspecter le mouvement des organes et le flux sanguin en temps réel, d'un manière non invasive et non ionisante, avec un faible coût, une facilité d'utilisation et une grande vitesse de reconstruction des images. Néanmoins, l'imagerie ultrasonore présente des limites intrinsèques en termes de résolution spatiale. L'amélioration de la résolution spatiale des images ultrasonores est un défi actuel et de nombreux travaux ont longtemps porté sur l'optimisation du dispositif d'acquisition. L'imagerie ultrasonore à haute résolution atteint cet objectif grâce à l'utilisation de sondes spécialisées, mais se confronte aujourd'hui à des limites physiques et technologiques. L'imagerie harmonique est la solution intuitive des spécialistes pour augmenter la résolution lors de l'acquisition. Cependant, elle souffre d'une atténuation en profondeur. Une solution alternative pour améliorer la résolution est de développer des techniques de post-traitement comme la restauration d'images ultrasonores. L'objectif de cette thèse est d'étudier la non-linéarité des échos ultrasonores dans le processus de restauration et de présenter l'intérêt d'incorporer des images US harmoniques dans ce processus. Par conséquent, nous présentons une nouvelle méthode de restauration d'images US qui utilise les composantes fondamentales et harmoniques de l'image observée. La plupart des méthodes existantes sont basées sur un modèle linéaire de formation d'image. Sous l'approximation de Born du premier ordre, l'image RF est supposée être une convolution 2D entre la fonction de réflectivité et la réponse impulsionelle du système. Par conséquent, un problème inverse résultant est formé et résolu en utilisant un algorithme de type ADMM. Plus précisément, nous proposons de récupérer la fonction de reflectivité inconnue en minimisant une fonction composée de deux termes de fidélité des données correspondant aux composantes linéaires (fondamentale) et non linéaires (première harmonique) de l'image observée, et d'un terme de régularisation basé sur la parcimonie afin de stabiliser la solution. Pour tenir compte de l'atténuation en profondeur des images harmoniques, un terme d'atténuation dans le modèle direct de l'image harmonique est proposé sur la base d'une analyse spectrale effectuée sur les signaux RF observés. La méthode proposée a d'abord été appliquée en deux étapes, en estimant d'abord la réponse impulsionelle, suivi par la fonction de réflectivité. Dans un deuxième temps, une solution pour estimer simultanément le réponse impulsionelle et la fonction de réflectivité est proposée, et une autre solution pour prendre en compte la variabilité spatiale du la réponse impulsionelle est présentée. L'intérêt de la méthode proposée est démontré par des résultats synthétiques et in vivo et comparé aux méthodes de restauration conventionnelles

Statistical methods for analysis and processing of medical ultrasound: applications to segmentation and restoration

In this thesis two major topics inherent with medical ultrasound images are addressed: deconvolution and segmentation. In the first case a deconvolution algorithm is described allowing statistically consistent maximum a posteriori estimates of the tissue reflectivity to be restored. These estimates are proven to provide a reliable source of information for achieving an accurate characterization of biological tissues through the ultrasound echo. The second topic involves the definition of a semi automatic algorithm for myocardium segmentation in 2D echocardiographic images. The results show that the proposed method can reduce inter- and intra observer variability in myocardial contours delineation and is feasible and accurate even on clinical data

Blind deconvolution of medical ultrasound images: parametric inverse filtering approach

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