論文の概要: UltraRay: Full-Path Ray Tracing for Enhancing Realism in Ultrasound Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.05828v1
- Date: Fri, 10 Jan 2025 10:07:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-13 15:26:40.735780
- Title: UltraRay: Full-Path Ray Tracing for Enhancing Realism in Ultrasound Simulation
- Title（参考訳）: 超音波シミュレーションにおける現実性向上のためのフルパス光トレーシング
- Authors: Felix Duelmer, Mohammad Farid Azampour, Nassir Navab,
- Abstract要約: レイトレーシングアルゴリズムを用いてエコーデータを生成する新しい超音波シミュレーションパイプラインを提案する。
先進的な超音波イメージングを再現するため,平面波イメージングに最適化されたレイエミッション方式を導入し,遅延とステアリング機能を取り入れた。
提案手法であるUltraRayは,視覚的品質の向上だけでなく,シミュレーション画像のリアリズムの向上にも寄与する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.433512581459176
- License:
- Abstract: Traditional ultrasound simulators solve the wave equation to model pressure distribution fields, achieving high accuracy but requiring significant computational time and resources. To address this, ray tracing approaches have been introduced, modeling wave propagation as rays interacting with boundaries and scatterers. However, existing models simplify ray propagation, generating echoes at interaction points without considering return paths to the sensor. This can result in unrealistic artifacts and necessitates careful scene tuning for plausible results. We propose a novel ultrasound simulation pipeline that utilizes a ray tracing algorithm to generate echo data, tracing each ray from the transducer through the scene and back to the sensor. To replicate advanced ultrasound imaging, we introduce a ray emission scheme optimized for plane wave imaging, incorporating delay and steering capabilities. Furthermore, we integrate a standard signal processing pipeline to simulate end-to-end ultrasound image formation. We showcase the efficacy of the proposed pipeline by modeling synthetic scenes featuring highly reflective objects, such as bones. In doing so, our proposed approach, UltraRay, not only enhances the overall visual quality but also improves the realism of the simulated images by accurately capturing secondary reflections and reducing unnatural artifacts. By building on top of a differentiable framework, the proposed pipeline lays the groundwork for a fast and differentiable ultrasound simulation tool necessary for gradient-based optimization, enabling advanced ultrasound beamforming strategies, neural network integration, and accurate inverse scene reconstruction.
- Abstract（参考訳）: 従来の超音波シミュレーターは波動方程式を解き、圧力分布場をモデル化し、精度は高いが計算時間と資源がかなり必要である。
これを解決するために、波動伝搬を境界や散乱体と相互作用する線としてモデル化するレイトレーシング手法が導入された。
しかし、既存のモデルは光伝搬を単純化し、センサーへの帰還経路を考慮せずに相互作用点でのエコーを生成する。
これは非現実的なアーティファクトをもたらし、妥当な結果に注意深いシーンチューニングを必要とします。
本稿では,エコーデータを生成するためにレイトレーシングアルゴリズムを用いた新しい超音波シミュレーションパイプラインを提案する。
先進的な超音波イメージングを再現するため,平面波イメージングに最適化されたレイエミッション方式を導入し,遅延とステアリング機能を取り入れた。
さらに、エンドツーエンドの超音波画像形成をシミュレートするために、標準信号処理パイプラインを統合する。
骨などの高反射性物体を特徴とする合成シーンをモデル化し, 提案するパイプラインの有効性を示す。
提案手法であるUltraRayは、視覚的品質を向上するだけでなく、二次反射を正確に捉え、不自然なアーティファクトを減らすことで、シミュレーション画像のリアリズムを向上させる。
このパイプラインは、微分可能なフレームワークの上に構築することにより、勾配に基づく最適化に必要な高速で微分可能な超音波シミュレーションツールの基礎を成し、高度な超音波ビームフォーミング戦略、ニューラルネットワークの統合、正確な逆シーン再構築を可能にする。
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