Nowatorskie podejście do tomografii ultradźwiękowej: wykrywanie obiektów z wykorzystaniem głębokiego uczenia maszynowego 

Zespół badaczy z Centrum Badawczo-Rozwojowego NETRIX S.A. opracował innowacyjną metodę detekcji obiektów w obrazowaniu ultradźwiękowym, opartą na zastosowaniu zaawansowanych modeli głębokiego uczenia maszynowego. Nowa technologia osiąga wyjątkowo wysoką dokładność przy jednoczesnym ograniczeniu liczby czujników pomiarowych, co czyni ją atrakcyjną alternatywą dla kosztownych i czasochłonnych systemów klasycznych. Rozwiązanie to otwiera nowe możliwości zarówno w diagnostyce przemysłowej, jak i medycznej. 

W opublikowanych na łamach czasopisma PLOS ONE badaniach przedstawiono układ doświadczalny składający się z trzech przetworników ultradźwiękowych rozmieszczonych na obrzeżu zbiornika testowego wypełnionego wodą. Obiekty umieszczone wewnątrz medium stanowią podstawę dla analizy sygnałów rejestrowanych przez system. W odróżnieniu od standardowych rozwiązań, opracowany model sieci neuronowej łączy warstwy konwolucyjne, odpowiedzialne za ekstrakcję cech charakterystycznych sygnału, z warstwami gęstymi, służącymi do prognozowania parametrów obiektów – takich jak liczba, pozycja oraz średnica. 

Osiągnięcia metody są imponujące. Model klasyfikacyjny osiągnął współczynnik determinacji R² na poziomie 99,8%, natomiast model regresyjny – 98,4%. Oznacza to niemal idealne dopasowanie przewidywań sieci do rzeczywistych danych eksperymentalnych. Co więcej, wysoka dokładność została uzyskana przy wykorzystaniu jedynie trzech czujników, co znacząco obniża koszty systemu i skraca czas potrzebny na analizę. 

Opracowane rozwiązanie wykazuje dużą uniwersalność zastosowań. Może być wykorzystane w przemyśle, na przykład do detekcji defektów materiałowych czy monitorowania przepływów w zbiornikach, a także w medycynie – do lokalizacji zmian patologicznych w tkankach. Dzięki niewielkiej liczbie czujników i szybkości działania system może znaleźć zastosowanie w mobilnych i niskonakładowych urządzeniach diagnostycznych. 

Zespół badawczy planuje dalszy rozwój metody. W przyszłości system może zostać rozszerzony o możliwość pracy w trzech wymiarach, co umożliwi przestrzenną lokalizację obiektów. Planowane jest również zwiększenie liczby wykrywanych struktur, co pozwoli na analizę bardziej złożonych układów geometrycznych i materiałowych. 

Technologia ta stanowi znaczący krok naprzód w rozwoju tomografii ultradźwiękowej, łącząc wysoką dokładność z prostotą implementacji i niskimi kosztami. Jej dalszy rozwój może zrewolucjonizować obrazowanie zarówno w środowisku laboratoryjnym, jak i w warunkach operacyjnych. 

Pełna publikacja dostępna jest w czasopiśmie PLOS ONE: 
link do publikacji