I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  A u g u s t   20 25 ,   p p .   3 7 7 9 ~ 3 7 9 4   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 4 . pp 3 7 7 9 - 3 7 9 4           3779       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha ncing   ultras o und ima g e quali ty using  deep  stru cture  o f  residua l net wo rk       Ade  I ria ni Sa pitr i,  S it i N ur m a ini ,   M uh a m m a d Na ufa l  Ra chm a t ull a h,  Anni s a   Da rm a wa hy un i,    F irda us   F irda u s ,   Ang g un   I s l a m i,  B a m ba ng   T utuk o ,   Ak hi a r  Wis t a   Arum   I n t e l l i g e n t   S y st e m  R e s e a r c h   G r o u p ,   F a c u l t y   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   U n i v e r s i t a s Sr i w i j a y a ,   P a l e mb a n g ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ap r   5 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma y   2 4 ,   2 0 2 5       Ultras o n o g ra p h y ,   a   m e d ica l  ima g in g   tec h n iq u e ,   is  o f ten   a ffe c ted   b y   v a rio u s   ty p e s  o f  n o ise   a n d   lo w   b r ig h tn e ss ,   wh ich   c a n   re su l t  i n   l o w  ima g e   q u a li ty .   Th e se   d ra wb a c k s   c a n   si g n if ica n tl y   im p e d e   a c c u ra te  i n terp re tati o n   a n d   h i n d e r   e ffe c ti v e   m e d ica l  d ia g n o se s.  T h e re fo re ,   imp ro v in g   ima g e   q u a li ty   is  a n   e ss e n ti a l  a sp e c t  o f  t h e   field   o f   u lt ra so u n d   sy ste m s.  T h is  st u d y   a ims   t o   e n h a n c e   t h e   q u a li t y   o f   u lt ra so u n d   ima g e s  u si n g   d e e p   lea rn i n g   (DL).   T h e   e x p e rime n t  is  c o n d u c ted   u si n g   a   c u sto m   d a tas e t  c o n sisti n g   o f  2 , 1 7 5   in fa n t   h e a rt  u lt ra so u n d   ima g e s  c o l lec ted   fro m   In d o n e sia n   h o s p it a ls,  a n d   t h e   m o d e l   is  su b se q u e n tl y   g e n e ra li z e d   u si n g   o th e r  d a tas e ts.  We  p r o p o se   e n h a n c e d   d e e p   re sid u a l  n e two r k   c o m b in e d   c o n v o lu ti o n a l   n e u ra l  n e two r k s  (EDR - CNN s)  t o   imp ro v e   t h e   ima g e   q u a li t y .   Af ter  th e   e n h a n c e m e n t  p r o c e ss ,   o u r  m o d e l   a c h iev e d   p e a k   sig n a l - to - n o ise   ra t io   (P S NR)  a n d   stru c tu ra l  sim il a r it y   in d e x   m e tri c s  (S S IM )  sc o re s  o f  3 8 . 3 5   a n d   0 . 9 2   re sp e c ti v e ly ,   o u t p e rfo r m in g   o t h e r   m e th o d s.  T h e   b e n c h m a rk i n g   wit h   o th e r  u l tras o u n d   m e d ica l  ima g e s  in d ica tes   th a t  o u r  p r o p o se d   m o d e l  p ro d u c e s   g o o d   p e rfo rm a n c e ,   a s e v id e n c e d   b y   h ig h e r   P S NR,  l o we r  S S IM ,   a   d e c re a se   in   m e a n   sq u a re   e rro r  ( M S E),   a n d   a   l o we r   c o n tras t  imp r o v e m e n t  i n d e x   (CII) .   In   c o n c lu si o n ,   t h is  stu d y   e n c a p s u late s  th e   fo rth c o m i n g   tren d s  i n   a d v a n c i n g   l o w - il l u m in a ti o n   ima g e   e n h a n c e m e n t,   a lo n g   wit h   e x p lo ri n g   t h e   p re v a il in g   c h a ll e n g e s  a n d   p o ten ti a l  d ire c ti o n s  fo r   fu rth e r  re se a rc h .   K ey w o r d s :   Dee p   lear n in g   E n h an ce m e n t   Me d ical  im ag e   R esid u al  n etwo r k   Ultr aso n o g r ap h y   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sit i N u r m ain i   I n tellig en t Sy s tem   R esear ch   Gr o u p ,   Facu lty   o f   C o m p u ter   Sci en ce ,   Un iv er s itas   Sriwijay a   Palem b an g ,   So u t h   Su m ater a,   I n d o n esia   E m ail: sit i_ n u r m ain i@ u n s r i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   E n h an cin g   th e   q u ality   o f   m e d ical  im ag es,  p a r ticu lar ly   i n   u ltra s o u n d   s y s tem s ,   is   a  cr u c ial  ar ea   o f   f o cu s   in   th e  m ed ical  f ield .   T h i s   is   p r im ar ily   attr ib u ted   to   th e  ex ten s iv e  u tili za tio n   o f   u ltra s o u n d   tech n o lo g y   in   m ed ical  d iag n o s is   an d   a  wid e  r an g e  o f   m ed ica l  p r o ce d u r es.  Ultr aso u n d   im ag es  o f te n   s u f f e r   f r o m   is s u es  s u ch   as  n o is e  an d   b l u r ,   wh ic h   ca n   s ig n if ican tly   im p ed e  m e d ic al  in ter p r etatio n   a n d   ac c u r ate   d iag n o s is   [ 1 ] – [ 4 ] .  Sev er al  f ac to r s   co n tr ib u te  to   t h e  lo w  q u ality   o f   u ltra s o u n d   i m ag es.  On e  o f   th ese  f ac to r s   is   ac o u s tic  v ar iab ilit y ,   wh er e  th e   u ltra s o u n d   im ag e   is   af f ec ted   b y   ac o u s tic  v ar iatio n s   in   th e   b o d y ,   ca u s in g   n o is e  in   th e  im a g e   [ 5 ] – [ 8 ] .  I n   ad d itio n ,   s ig n al  d ef icien cie s   o r   atten u atio n s   m ay   o cc u r   a s   th e  u ltra s o u n d   s ig n al  p ass es  th r o u g h   d if f e r en t   b o d y   tis s u es,  an d   r eso lu tio n   lim itatio n s   m ay   ar is e  d u e  to   p atien t  m o v em e n t,  s u b o p tim al  p o s itio n in g ,   o r   th e   u s e  o f   less   s o p h is ticated   u ltra s o u n d   tech n o lo g y   [ 9 ] – [ 1 1 ] .   T h ese  p r o b lem s   ca n   s ig n if ican tly   af f ec t  th e   qua lity   o f   u ltra s o u n d   im ag es   an d   m a k e  m ed ical  i n ter p r eta tio n   an d   d iag n o s is   ch allen g in g .   T o   a d d r ess   th is   p r o b lem ,   m an y   r esear ch   s tu d i es  h av e  f o cu s ed   o n   d e v elo p in g   m eth o d s   to   im p r o v e   th e  q u ality   o f   u ltra s o u n d   im ag es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  Au g u s t   20 25 :   3 7 7 9 - 3794   3780   T h er e  ar e   two   b r o ad   ca te g o r ie s   o f   tr ad itio n a l   m eth o d s   f o r   lo w - lig h t  en h a n ce m en t  s u ch   as  h is to g r am   eq u aliza tio n   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ]   a n d   R etin ex   m o d els  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e   h is to g r am   tech n iq u e  aim s   to   en h an ce   th e   co n tr ast   o f   an   im a g e  b y   r ed is tr ib u tin g   th e  in ten s ity   v alu es o f   t h e  p ix el s ,   r esu ltin g   in   a  b r i g h ter   an d   m o r e  v ib r a n t im ag e .   W h er ea s   a  ty p ical  ap p r o ac h   b ased   o n   R etin ex   m o d els  d ec o m p o s es  a  lo w - lig h t  im ag e  in to   tw o   co m p o n en ts :  th e  r ef lectio n   co m p o n en t  a n d   th e   illu m in atio n   co m p o n e n t  u s in g   p r io r s   o r   r eg u lar izatio n s .   T h e   esti m ated   r ef lectio n   c o m p o n en t   is   co n s i d er ed   t h e  e n h an ce d   r esu lt.   Ho wev er   s u ch   two   m et h o d s   h av e   s ev er al  lim itatio n s   [ 1 4 ] ,   i)   B o th   h is to g r am   eq u aliza tio n   an d   R etin ex   m o d els  ca n   b e  p ar ticu lar l y   p r o b lem atic  wh en   d ea lin g   with   im ag es c o n tain in g   s h ar p   ed g es   an d   tex tu r es,  as th ey   m ay   b ec o m e  ex ag g e r ated   an d   ap p ea r   a r tific ial; ii)   I n   s u ch   ap p r o ac h es,  th e   ex is tin g   n o i s e  in   th e  im a g es  is   o f te n   d is r eg ar d ed ,   lead in g   to   eith er   its   p er s is ten ce   o r   am p lific atio n   in   th e  e n h an ce d   r esu lts ;  iii)  C o m p lex   o p tim izatio n   p r o ce s s es  in v o lv e d   in   R etin ex   m o d els  an d   th e  co m p u tatio n   o f   im ag e   h is to g r am s   an d   cu m u lativ e  d i s tr ib u tio n   f u n ctio n s   in   h is to g r am   eq u aliza tio n   in cr ea s in g   th e  co m p u tatio n al  t im e,   an d   iv )   B o th   ap p r o ac h es n ec ess itate  m an u al  ad ju s tm en ts   an d   in ter v en tio n s   to   ac co m m o d ate  s p ec if ic  s ce n ar io s   o r   ed g e  ca s es.   I n   r ec en t  tim es,  p r o f o u n d   a d v an ce m e n ts   h av e  b ee n   m ad e  in   th e  r ea lm   o f   im a g e  en h an ce m en t   tech n iq u es,  s p ec if ically   lev er ag in g   DL   tech n i q u es  s u ch   as  co n v o lu ti o n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs)  [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .  T h ese  r em ar k ab le  d ev elo p m e n ts   h av e  s h o wn   g r ea t  p o ten ti al  in   r e d u cin g   n o is e,   au g m en tin g   r eso lu tio n ,   a n d   m itig atin g   ar tifa cts.  As  a  r esu lt,  C NN s   h av e  em er g ed   as  h i g h ly   p r o m is in g   s o lu tio n s   to   t ac k le  th e  p er s is ten t   ch allen g e  o f   en h an cin g   u ltr aso u n d   im a g e  q u ality ,   u ltim ately   lead in g   t o   a  s u b s tan ti al  im p r o v e m en t  in   d iag n o s tic  ac cu r ac y .   T h e r e  h as  b ee n   r esear ch   f o cu s ed   o n   d ev elo p in g   m o r e  s p ec ialized   an d   ef f ec tiv e  DL   tech n iq u es  to   im p r o v e   u ltra s o u n d   im ag e   q u ality ,   s u ch   as  u s i n g   tr a n s f er   lea r n in g   o n   e x is tin g   DL   ar ch itectu r es   [ 1 2 ] – [ 1 4 ] ,   [ 1 7 ] – [ 2 0 ] .   T h ese  a d v an ce s   co n tin u e   to   im p r o v e  t h e  q u ality   o f   u ltra s o u n d   im ag es  an d   im p r o v e   th e   ac cu r ac y   o f   m ed ical  d iag n o s es   an d   in ter v en tio n s .   T h is   r esear ch   co n tr ib u tes as f o llo ws:   a.   Pro p o s in g   a  cu s to m   d ee p   r esid u al  C NNs  ar ch itectu r e  to   im p r o v e  th e   q u ality   o f   u ltra s o u n d   i m ag es  in   ter m s   o f   b o t h   p er f o r m a n ce   an d   ef f ici en cy .   b.   Valid atin g   th e  ef f ec tiv en ess   o f   o u r   p r o p o s ed   m o d el  u s in g   r ig o r o u s   ex p er im en ts   an d   b en c h m ar k s   ag ain s t  estab lis h ed   s tate - of - th e - ar t D L   m o d els.   c.   Dem o n s tr atin g   th e   p r o p o s ed   cu s to m   ar ch itectu r e   with   f o u r   u ltra s o u n d   d atasets   i.e . ,   i n f an t  h ea r t,  f etal  h ea r t,  f etal  h ea d ,   an d   ab d o m en .   d.   I m p lem en tin g   th e  p r o p o s ed   m o d el  f o r   p r e d ictin g   th e  f etal  h e ar t   s u b s tr u ctu r e  ab n o r m ality .       2.   M AT E R I AL S AN D  M E T H O D   T h e  g en e r al  m eth o d o lo g y   o f   o u r   ex p er im en t  is   d e p icted   in   Fig u r e   1 ,   c o n s is tin g   o f   f o u r   m ain   s tag es.  T h e  f ir s t  s tag e,   d ata  ac q u is itio n   is   ca r r ied   o u t.  Data   f o r   th e   a cq u is itio n   was  o b tain ed   f r o m   s ev er al  p r ev io u s ly   co llected   u ltra s o u n d   v id eo s .   T h e  d ata   is   th en   ex tr ac ted   b ased   o n   th e  f r am e  a n d   cr o p p ed   th e   h ea r t  o b ject   d ir e ctly .   T h e  s ec o n d   s tag e  in v o lv es  d ata  p r e - p r o ce s s in g ,   wh er e  lo w - r eso lu tio n   d ata  u s in g   n o is e  in jectio n   an d   h ig h   r eso lu tio n   ar e  g e n er ated   as  tar g ets.  T h is   p r o ce s s   in v o lv es  lab elin g   th e  d ata  f o r   f u r t h er   an aly s is .   I n   th e  th ir d   s tag e,   th e  p r o p o s ed   d ee p   lear n in g   alg o r ith m   p r o p o s es  an   en h an ce d   r esid u al  C NN  ar c h itectu r e.   T h e  f in al   s tag e  in v o lv es  p er f o r m an ce   m ea s u r em en t,  wh e r e  th e   p ea k   s ig n al - to - n o is e  r atio   ( PS NR ) ,  s tr u ctu r al  s im ilar ity   in d ex   m etr ics  ( SS I M) ,  m ea n   s q u ar e  er r o r   ( MSE ) ,   an d   c o n tr a s t  im p r o v em en t  in d ex   ( C I I)   v a lu es  ar e  ca lcu lated   to   ev alu ate  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  p r o p o s ed   d ee p - lear n in g   m o d el.   T h e  wh o le  s tep s   co n s titu te  th e  g en er al  m eth o d o l o g y   o f   o u r   e x p er im e n t.           Fig u r e  1 .   T h e  g e n er al  m eth o d o lo g y   o f   o u r   ex p er im en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   u ltr a s o u n d   ima g e  q u a lity u s in g   d ee p   s tr u ctu r e  o f   r esid u a l n etw o r k   ( A d e  I r ia n i  S a p itr i )   3781   2 . 1 .     Da t a   a cquis it io n   T h e  d ataset  u s ed   in   th is   r ese ar ch   co n s is ts   o f   m ed ical  im ag es  ac q u ir ed   f r o m   u ltra - s o u n d   d ev ices,   in clu d in g   im ag es  o f   in f a n t  h ea r ts ,   f etal  h ea r ts ,   f etal  h ea d s ,   an d   ab d o m en s .   W h ile  in f an t  an d   f etal  h ea r t  d atasets   ar e  cu s to m - m ad e  f r o m   I n d o n esian   h o s p itals ,   th e  r em ain in g   d atas ets  ar e  s o u r ce d   f r o m   p u b lic   r ep o s ito r ies.  T h e   d ata   d is tr ib u tio n   o f   o u r   p r o p o s ed   m o d el   ca n   b e   f o u n d   in   T ab le   1 .   T h e   s tu d y   was  ca r r ied   o u t   in   two   m ain   s tag es:  i)   I n   th e  f i r s t  s tag e,   we  f o cu s ed   o n   g e n er atin g   an   im a g e  en h a n ce m en t m o d el  u s in g   im ag es   o f   in f a n t  h ea r ts ,   an d   ii)  Su b s e q u en tly ,   t h e  en h a n ce m en t  m o d el  th at  d em o n s tr ated   th e  b es t  p er f o r m an ce   was  s elec ted   an d   ap p lied   t o   th e  o th er   d atasets   f o r   b en c h m ar k in g   p u r p o s es.       T ab le  1 .   Data   d is tr ib u tio n   f o r   t h e   lear n in g   p r o ce s s .   U S G   O b j e c t   Tr a i n i n g   V a l i d a t i o n   Te st i n g   U n see n   To t a l   I n f a n t 's  h e a r t   1 1 7 7   7 3 2   2 4 4   60   2 2 1 3   F e t a l   h e a r t   4 1 0   78   26   28   5 4 2   F e t a l   h e a d   9 1 5   2 7 9   84   56   1 3 3 4   A b d o me n   4 7 2   1 3 2   84   23   7 1 1       T h e  cu s to m   o f   th e   in f a n t  h ea r t  d ataset  is   o b tain ed   f r o m   a   g en er al  h o s p ital,  Dr .   Mo h am m ad   Ho esin ,   I n d o n esia.  Vid eo s   ar e  ca p tu r ed   u s in g   a  Ph ilip s   E PIQ   E lite u ltra s o u n d   m ac h in e  an d   v id eo   f ile  s ize s   r an g e  f r o m   30 - 5 0   MB.  T o   g en er ate  a  r elia b le  im ag e  en h an ce m en t  m o d el,   we  u s ed   1 , 1 7 1   tr ain in g   d ata  an d   9 7 6   v alid atio n   d at a.   All  th e  i m ag e  d ata  u s e d   to   b u ild   th e  im a g e  en h an ce m en t  m o d el  o r ig in ated   f r o m   im ag es  o f   a   ch ild ' s   h ea r t.  I t  ca n   b e  s ee n   a   s am p le  im ag e  o f   a n   in f a n t’ s   h ea r t   u s ed   f o r   m o d el  en h a n ce m e n t  d ev elo p m en t  in     Fig u r e   2.                                 Fig u r e  2 .   A  s am p le  im a g e  o f   a n   in f an t' s   h ea r t a s   r aw  d ata  f o r   th e  d ev elo p m en t  o f   th e  m o d el   en h an ce m e n t       2 . 2 .     Da t a   pre - pro ce s s ing   B ased   o n   th e  d ata  ac q u is itio n   p r o ce s s ,   p r ev io u s ly   co llected   s ev er al  u ltra s o u n d   v i d eo s .   Data   is   ex tr ac ted   f r a m e  b y   f r am e ,   a n d   all  d ata  is   cr o p p e d   to   8 0 0 × 6 0 0   s ize.   T h en ,   th e  d atas et  is   p r o ce s s ed   b y   p r o d u cin g   h ig h - r eso lu tio n   a n d   lo w - r eso lu tio n   im ag es  as  in p u t  f o r   m o d el   tr ain in g   as  s h o w n   in   Fig u r e   3 .   Hig h - r eso lu tio n   im ag es  ar e   th e  tar g et  o u tp u t  f r o m   th e  im a g e  p r o ce s s in g   p r o ce s s   an d   lo w - r e s o lu tio n   im ag es  is   g en er ated   as  th e  i n p u t   f o r   th e   im ag e  en h an ce m e n t  m o d el.   L o w - r eso lu tio n   im ag es  as  in p u t  m o d els  u s e  n o is e  in jectio n   wh ich   o f ten   o cc u r s   in   m ed ical  u ltra s o u n d   d ata  th at  ca n   g iv e   th e  r aw  im a g e  a  s m o o th er   o r   m o r e   b lu r r y   ap p ea r an ce .   Dif f er en t t y p es o f   n o is e  ar e  ad d ed ,   s u ch   as p o is o n ,   s alt - an d - p ep p er   n o i s e,   o r   s p ec k le  n o is e.   W e  co n tr o l th e  in ten s ity   an d   t y p e  o f   n o is e  to   ad d   b ased   o n   t h e  d if f er e n t settin g s   to   ac h iev e   th e  d esire d   lev el  o f   n o is e.   Hig h - r eso lu tio n   im ag es   s er v e  as  th e  tar g et  r esu lt  o f   im ag e  p r o ce s s in g ,   wh ile  lo w - r eso lu tio n   im ag es  ar e   th e  in p u t  n ee d ed   to   tr ain   th e  m o d el  to   lear n   p atter n s   in   l o w - r eso lu tio n   d ata  a n d   im p r o v e  im ag e  q u ality .   T h e   r esu l ts   o f   th e   p r e - p r o ce s s in g   s tag e  ar e  v is u alize d   in   Fig u r e   4 .   Af ter   lo w - r eso lu tio n   im a g es  ar e  en ter ed   in to   t h e   m o d el,   a   m u ltis ca le  in f o r m ati o n   r e p r esen tatio n   p r o ce s s   is   p er f o r m ed ,   co m b i n in g   in f o r m atio n   f r o m   v ar io u s   s p atial  s ca les  an d   ex tr ac tin g   r elev an t  f ea t u r es  to   im p r o v e  im ag e  q u ality .   B y   tak i n g   a d v an tag e  o f   lo w  a n d   h ig h - r eso lu tio n   im ag e   ty p es,  th e  en h an ce m en t  m o d el  ca n   ef f ec tiv ely   im p r o v e  i m ag e  q u ality   an d   p r o d u ce   h ig h - q u ality   im ag es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  Au g u s t   20 25 :   3 7 7 9 - 3794   3782       Fig u r e  3 .   Data   p r e - p r o ce s s in g   p r o ce s s       O r i g i n a l   i ma g e     ( h i g h   r e s o l u t i o n )   Th e   l o w - r e so l u t i o n   i ma g e   b y   a d d i n g   a   c o n t r o l l e d   a m o u n t   o f   n o i s e   P o i ss o n   S p e c k l e   G a u ss i a n   S a l t   P e p p e r   -   L am   =   3 . 0 ,   s i z e   =   ( 5 ,   5 )   M e d i a n B l u r   ( i mg ,   5 )   M e a n   =   0 ,   v a r i a n c e   =   5 0 ,   a n d   s i g m a   =   v a r i a n c e   *   0 . 5   S a l t   = 1   ( 2 5 5 ,   2 5 5 ,   2 5 5 )   a n d   P e p p e r   =   2   ( 0 , 0 , 0 )                                                                                         Fig u r e  4 .   Hig h - r eso lu tio n   an d   lo w - r eso lu tio n       2 . 3 .     I ma g e  enha ncem ent   m o del   T h is   s tu d y   p r o p o s ed   cu s to m i ze d   en h an ce d   d ee p   r esid u al  n etwo r k   co m b in ed   co n v o lu ti o n al  n eu r al  n etwo r k s   ( E DR - C NNs)   ar ch itectu r e  as  s h o wn   in   Fig u r e   5 .   T h e  s tr u ctu r e   is   m o d if ied   b y   em u latin g   r esid u al   n etwo r k   ( R esNet)   wh ich   is   d esig n ed   to   ad d r ess   th e  ch allen g e  o f   im ag e  n o is e  [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   T h e   E DR - C NN   s tr u ctu r e  f o c u s es  o n   co n v o l u tio n   wid en i n g ,   en ab lin g   n e two r k s   to   e x p an d   th eir   v is u al  r an g e  with o u t  co m p r o m is in g   im ag e  r eso lu t io n .   I t  u s es  m u lti - r eso lu tio n   b r an ch es  with   d if f er e n t  r eso lu tio n s   to   h an d le   in f o r m atio n   at  v ar io u s   s ca les.  T h e  n etwo r k   b y p a s s   co n n ec tio n s   en ab le  th e   lear n in g   o f   m o r e  co m p lex   f ea tu r es   an d   ac ce ler ate  n etwo r k   co n v er g en ce .   I n   o r d e r   to   im p r o v e  m o d el  p er f o r m an ce   an d   ef f icien cy ,   th e  m o d if ied   s tr u ctu r e  in clu d es  d ee p ly   s ep ar ab le  atten tio n   an d   co n v o l u tio n   m o d u les.  T h e  n etwo r k   s tr u ctu r e  is   s h o wn   in   T ab le  2 .   Dee p   co n v o l u tio n   is   u s ed   to   r ed u ce   th e   co m p u tatio n al  co m p lex ity   in   th e  c o n v o lu tio n al  lay er   an d   r e d u ce   th e  n u m b er   o f   p ar am eter s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   u ltr a s o u n d   ima g e  q u a lity u s in g   d ee p   s tr u ctu r e  o f   r esid u a l n etw o r k   ( A d e  I r ia n i  S a p itr i )   3783   r eq u ir ed   b y   th e   m o d el.   I n   ad d itio n ,   th e   p r o p o s ed   m o d el   h as   b ee n   m o d if ied   with   a  s am p li n g   tech n iq u e   ca lled   s u b - p ix el  c o n v o lu tio n   to   in cr ea s e  th e  im ag e   r eso lu tio n   af ter   s u p er - r eso lu tio n   p r o ce s s in g .   T h is   tech n iq u e   esti m ates n ew  p ix els   an d   s tu d ies ex is tin g   s p atial  p atter n s   in   l o w - r eso lu tio n   im ag e  q u ality .   T h e  s tr u ctu r e  o f   th e   E DR - C NN s   m o d el  co m p r is es  co n v o lu tio n s   with   3 × 3   f ilter s   f o llo wed   b y   th e  L ea k y R eL U  ac tiv atio n   f u n ctio n   an d   C h ar b o n n ier   L o s s ,   as  ( 1 ) :     ( , ) = ( ( − 2 + 2 ) 2   ( 1 )     wh er e    an d     ar e  th e  in p u t a n d   t ar g et  im ag es,  r esp ec tiv ely .     is   a  s m all  co n s tan t to   av o id   d iv is io n   b y   ze r o .           Fig u r e  5 .   T h e  p r o p o s ed   E DR - C NNs a r ch itectu r e       T ab le  2 .   T h e  p r o p o s ed   E DR - C NNs n etwo r k   C o n v o l u t i o n   La y e r   ( t y p e )   O u t p u t   S h a p e   N u mb e r   o f   P a r a m e t e r s   I n p u t   I mag e   I n p u t _ 1   ( I n p u t L a y e r )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   3 ) ]   0   C o n v   1   C o n v 2 d   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   1 7 9 2   l e a k y _ r e _ l u   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   2   c o n v 2 d _ 1   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 1   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   3   c o n v 2 d _ 2   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 2   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   4   c o n v 2 d _ 3   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 3   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   5   c o n v 2 d _ 4   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 4   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   R e si d u a l   a d d _ 1   ( A d d )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   3 ) ]   0   C o n v   6   c o n v 2 d _ 5   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 5   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   7   c o n v 2 d _ 6   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 6   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   8   c o n v 2 d _ 7   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 7   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   9   c o n v 2 d _ 8   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   3 6 9 2 8   l e a k y _ r e _ l u _ 8   ( Le a k y R e LU )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   6 4 ) ]   0   C o n v   1 0   c o n v 2 d _ 9   ( C o n v 2 D )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   3 ) ]   1 7 3 1   R e si d u a l   a d d _ 1   ( A d d )   [ ( N o n e ,   N o n e ,   N o n e ,   3 ) ]   0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  Au g u s t   20 25 :   3 7 7 9 - 3794   3784   Af ter   s ev er al  co n v o lu tio n   lay er s   th er e  is   r esid u al  lin k in g   wh ich   is   d o n e  b y   a d d in g   th e  o u tp u t  o f   th e   f ir s t  lay er   to   t h e  o u tp u t  o f   t h e   last   lay er   b ef o r e  t h e  n e x t  co n v o lu tio n   lay er .   T h is   ar ch itectu r al  d esig n   h elp s   in   s tu d y in g   m o r e  d etailed   f ea tu r es  an d   p r eser v in g   th e  o r i g in al   in f o r m atio n   o f   th e  in p u t.  T h e  f in al  o u tp u t  g o es  th r o u g h   t h e  last   co n v o lu tio n   la y er   an d   th e  s ig m o id   ac tiv atio n   f u n ctio n   to   p r o d u ce   th e  f in al  o u tp u t w h ich   is   th e  en h an ce d   im a g e  p r e d ictio n .   T h e  to tal  n u m b er   o f   p ar am eter s   in   th e  m o d el  is   2 6 3 , 9 7 1   wh ic h   also   in clu d es  th e   weig h ts   an d   b iases   in   ea ch   co n v o lu tio n   lay er .   T h e  p r o p o s ed   m o d el  is   g en er ated   o n   h ar d war e  eq u ip p e d   with   T en s o r Flo w  2 . 7   an d   NVI DI A  R T X  2 0 8 0 ti  GPU.   All   d ata  h as  an   in itial  in p u t  s ize   o f   1 2 8 × 1 2 8   f o r   th e   tr ain in g   an d   v alid ati o n   p r o ce s s .   T h e   m o d el  was  tr ain ed   u s in g   Ad am ' s   lo s s   f u n ctio n   an d   o p tim izer   with   a  lear n in g   r ate   o f   0 . 0 0 0 1 .   Mo d el  en h an ce d   d ee p   r esid u al   C NNs   ar e  b ased   o n   m u ltip le  r esid u al  b lo ck s   u s in g   a  b atch   n o r m aliza tio n   lay e r   f o r   co n s i s ten t  r esu lts .   Ou r   im p lem en tatio n   in clu d es  o n l y   1 6   r em ain i n g   b lo c k s   with   6 4   ch an n els.     2 . 4 .     E v a lua t i o n o f   i m a g e  qu a lity   m e t rics    T h e  ev alu atio n   s tep   is   u s ed   to   co m p a r e  th e  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   with   th e  im ag e   q u ality   im p r o v em e n t  m eth o d .   T h e  p ea k   s ig n al - to - n o is e  r ati o   ( PS NR )   is   u s ed   to   m ea s u r e   th e  q u ality   o f   t h e  r ec o n s tr u cted   im a g e.   Ma th em atica lly   [ 2 1 ] ,  PS NR   is   ex p r ess ed   b y   ( 2 ) ,      = 10 .  10 ( m ax ( ) 2  )   ( 2 )     wh er e    r ep r esen ts   ea ch   i m ag e  an d   MSE   is   th e   m ea n   s q u a r e  er r o r .   T h e   lo wer   t h e  MSE ,   th e   h ig h e r   th e   PS NR .   SS I M  is   an   im ag e   p r o ce s s in g   tech n i q u e   th at  m ea s u r es   th e  s tr u ctu r al  s im ilar ity   b etwe e n   th e   ac tu al  im a g e    an d   th e  r ec o n s tr u cted   im ag e ,   s u ch   as  im ag e  co m p r ess io n   o r   im ag e  u p - s am p lin g /d o wn - s am p lin g   [ 1 7 ] .  Ma th em atica lly ,   SS I M  ca n   b e  r ep r esen ted   b y   ( 3 ) ,      ( , ̅ ) =   ( 2 ̅ + 1 ) ( 2 ̅ + 2 ) ( 2 + ̅ 2 + 1 ) ( 2 + ̅ 2 + 2 )   ( 3 )     T h e  eq u atio n   ( 4 )   r e p r esen ts   th e  p er   p ix el   co m p ar is o n   b etwe en   th e   two   im a g es  f o r   SS I M.   MSE   h as  a  d u ty   as  im ag e  r ec o v er y   o r   im a g e  en h a n ce m en t.  MSE   m ea s u r es  th e  av er ag e  o f   th e  s q u a r ed   d if f er en ce   b etwe en   th e  o r ig in al  p ix el  v alu e   an d   t h e  p r ed icted   p ix el  v alu e   in   th e  e n h an ce d   im ag e.      = 1 ∑ ( − ̂ ) 2 = 1   ( 4 )     T h e  ca lcu latio n   p r o ce s s   in v o l v es  ca lcu latin g   th e  s q u ar ed   d if f er en ce   b etwe en   t h e  o r ig i n al  p ix els  an d   th e  p r e d icted   p i x els  wh er e     is   t h e  d ata   p o i n t  n u m b e r     ar e   th e   o r ig in al  p ix els  o f   th e   im ag e   an d   ̂   is   th e  p ix el   p r ed ictio n   f r o m   th e  m o d el.   T h e  C I I   ev alu ates  th e  co m p etitiv en ess   o f   v ar io u s   co n tr ast  en h an ce m en t   tech n iq u es,  th e   m o s t  well - k n o wn   b e n ch m ar k   b ein g   th e  im ag e  en h an ce m en t   m ea s u r e.   I t  is   u s ed   to   c o m p ar e   th e  r esu lts   o f   co n tr ast  en h an ce m en t  m eth o d s .   C o n tr ast  en h an ce m en t  ca n   b e  m ea s u r ed   u s in g   C I I   as  a  r atio .   C I I   is   d ef in ed   in   ( 5 )   as:     =   ( 5 )     wh er e  C   is   th e  av er ag e  v alu e  o f   th e  lo ca l c o n tr ast m ea s u r ed   with   a  3 ×3   win d o w  as:      −  +   ( 6 )         d an      is   th e  av er ag e  v alu e   o f   th e  lo ca l  co n tr ast  in   th e  o u tp u t  an d   o r ig in al  im ag e s ,   r esp ec tiv ely .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     M o del e nh a ncem ent   wit h inf a nt  hea rt   o bje ct   I n   th is   s ec tio n ,   ex p er im e n ts   ar e  co n d u cted   to   cr ea te  an   i m ag e  en h an ce m e n t  m o d el  th at  y ield s   s atis f ac to r y   p er f o r m a n ce   in   ter m s   o f   PS NR ,   SS I M,   MSE ,   a n d   C I I .   T o   b u ild   s u ch   a   m o d e l,  o n ly   in f an t  h ea r t   o b jects a r e  u s ed .   C u r atin g   a n   i n f an t h ea r t  d ataset  f o r   co n s t r u ctin g   h ig h - f id elity   DL   m o d els tailo r ed   f o r   clin ical  d ep lo y m e n t  n ec ess itates  im a g es  o f   s u f f icien tly   h ig h   q u al ity .   T h is   e n ab les  th e   alg o r ith m   to   d is ce r n   b o th   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   u ltr a s o u n d   ima g e  q u a lity u s in g   d ee p   s tr u ctu r e  o f   r esid u a l n etw o r k   ( A d e  I r ia n i  S a p itr i )   3785   co m m o n   an d   d is tin ct  p atter n s   am o n g   im a g es  an d   f ac ilit ates  p r ec is e  m ea s u r em en ts .   Fiv e  D L   m o d el  s tr u ctu r es  h av e  b ee n   d ev el o p ed ,   an d   we  will  a s s e s s   th e  b e s t  p er f o r m a n ce   o f   th e  s elec ted   m o d el  in   T ab le  3 .   T h e  en tire   im ag e  was  tr ain ed   b y   u tili zin g   s m all  2 5 6 × 2 5 6   p atch es  ex tr ac ted   f r o m   in f an t  h ea r t  i m ag es.  T h e  tr ain in g   p r o ce s s   s p an n ed   5 0   ep o ch s ,   em p lo y in g   a  b a tc h   s ize  o f   4 .   N o tab ly ,   th e  E DR - C NNs  ar ch itectu r e  was  im p lem en ted ,   i n co r p o r atin g   th e  C h ar b o n n ier   lo s s   as  th e  lo s s   f u n ctio n .   Fo r   o p tim izatio n ,   th e  Ad am   Op tim izer   was u tili ze d ,   with   a  lear n in g   r ate  s et  at  0 . 0 0 0 1 .       Tab le 3 .   Th e   fi v e   m o d e ls  g e n e ra t e d   to   se lec t  t h e   b e st stru c t u re   C N N s   R e sN e t   M o d e l   1   M o d e l   2   ED R - C N N s   1 6   l a y e r   5 0   l a y e r   1 2   l a y e r   1 0   l a y e r   1 0   l a y e r   I n p u t   I mag e   I n p u t   I mag e   I n p u t   I mag e   I n p u t   I mag e   I n p u t   I mag e   C o n v   1   C o n v   1   C o n v   1   C o n v   1   C o n v   1   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   C o n v   2 . x   C o n v   2   C o n v   2   Le a k y R e LU   R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   C o n v   3   C o n v   3   C o n v   2   C o n v   n   R e LU   C o n v   4   C o n v   4   C o n v   3   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   R e LU   C o n v   5   Le a k y R e LU   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   3 . x   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   4   R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   C o n v   5   C o n v   6   Le a k y R e LU   C o n v   n   R e LU   C o n v   6   C o n v   7   C o n v   5   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   7   C o n v   8   Le a k y R e LU   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   4 . x   C o n v   8   C o n v   9   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   R e LU   C o n v   1 0   C o n v   6   C o n v   n   R e LU   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   Le a k y R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   9   A c t i v a t i o n   S i g m o i d   C o n v   7   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   C o n v   5 . x   C o n v   1 0   Lo ss  c h a r b o n n i e r   Le a k y R e LU   R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   C o n v   1 1   O p t i mi z e r   A d a m   C o n v   8   C o n v   n   R e LU   C o n v   1 2   -   Le a k y R e LU   B a t c h   N o r m a l i z a t i o n   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   R e LU   -   C o n v   9   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   A c t i v a t i o n   S o f t ma x   A d d i t i o n   ( R e s i d u a l )   -   Le a k y R e LU   R e LU   Lo ss  M S E   A c t i v a t i o n   R e LU   -   C o n v   1 0   A c t i v a t i o n   R e LU   O p t i mi z e r   A d a m   Lo ss  M S E   -   R e si d u a l   Lo ss  M S E   -   O p t i mi z e r   A d a m   -   A c t i v a t i o n   S i g m o i d   O p t i mi z e r   A d a m   -   -   -   Lo ss  C h a r b o n n i e r   -   -   -   -   O p t i mi z e r   A d a m       T h r o u g h   th e  a n aly s is   o f   th e  f iv e  m o d el  s tr u ct u r es,  we  o b s er v e  d iv er s e  p er f o r m a n ce   o u tco m es  in   PS NR ,   SS I M,   MSE ,   an d   C I I   v alu es.  As  f o u n d   in   th e   r esu lt ,   th e   cu s to m   E DR - C NNs  s tr u ctu r e  s tan d s   o u t   b y   s u r p ass in g   th e  p e r f o r m an ce   o f   th e  o th er   m o d els.  T h e  PS NR   v alu es  ap p r o ac h   4 0   d B ,   a n d   it  d e m o n s tr ates  co m p ar ab le  p er f o r m an ce   in   o t h er   m etr ics  as  well  in   Fig u r e   6 .   T h is   co m p ellin g   p er f o r m an ce   s u g g ests   th at  th e  p r o p o s ed   m o d el  war r an ts   f u r t h er   ev alu atio n   to   ascer tain   its   r esil ien ce   an d   ab ilit y   to   g e n er alize   ac r o s s   v ar io u s  m ed ical  o b jects.           Fig u r e  6 .   T h e  p er f o r m a n ce   v al id atio n   o f   t h e  s elec ted   m o d el     0 10 20 30 40 50 O r ig in a l E D R Mo d el   1 Mo d el   2 Mo d el   3   C NNs EDR - C NNs  ( o u r s ) CII M S E S S IM P S N R Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  Au g u s t   20 25 :   3 7 7 9 - 3794   3786   3 . 2 .     M o del  ev a lua t i o n   T h i s   s e c ti o n   p e r t ai n s   t o   t h e  e x p e r i m e n t a l   r e p o r t  t h a t  f o c u s es   o n   t h e   e v a l u at i o n   a n d   i n t e r p r e ta t i o n   o f   o u r   m o d e l ' s   p e r f o r m a n c e .   W e   b e n c h m a r k   a   t h o r o u g h   a n a l y s i s   o f   t h e   E D R - C N Ns   o b t a i n e d   r e s u l t s   a g a i n s t   v a r i o u s   m e t h o d s ,   i n c l u d i n g   c o n t r a s t   lim i t e d   a d a p t i v e   h i s t o g r a m   e q u a l i z a ti o n   ( C L A HE )   [ 2 1 ] ,  b i l a t e r a l   f i l t e r   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] ,  M i r N e t ,   l o w - l i g h t   c o n v o l u ti o n a l   n e u r a l  n e t w o r k   ( L L C N N )   [ 2 4 ] ,   a n d   A u t o e n c o d e r   [ 2 5 ]   a s   s ee n   i n   T a b le   4 .   F o u r   p e r f o r m a n c e   v a l u e s   w e r e   u s ed   t o   i n d i c at e   t h e  b e s t   i m a g e  e n h a n c e m e n t   a r c h it e c t u r e .   Hi g h e r   P SNR   v a l u es  i n d i c a t e   b et t e r   i m a g e   q u a li t y ,   S S I M  v a l u e s   r a n g e   f r o m   - 1   t o   1 ,   w h e r e   1   i n d ic a t es   i d e n t i c al   im a g e s ,   l o w e r   MS E   v a l u e s   i n d i c at e   b e t t e r   i m a g e   q u a l i t y   a n d   h i g h e r   C I I   v a l u e s   i n d i c a t e   b e t t e r   c o l o r   i m a g e   q u a l it y .   W e   c a n   o b s e r v e  t h a t   t h e   E DR - C NN s   p r o d u c e   o u t s t a n d i n g   r es u l ts ,   w it h   3 8 . 3 5   P S NR ,   0 . 9 2   SS I M ,   9 . 6 6   M S E ,   a n d   1 . 9 7   C I I .   A l l   t h e  t e s t   v al u e s   d e m o n s t r a t e   s a ti s f ac t o r y   r e s u l ts   i n   c o m p a r is o n   t o   t h e   o t h e r   f i v e   m e t h o d s .       T ab le  4 .   Mo d el  im ag e  e n h an c em en t p er f o r m an ce   with   C L AHE ,   B ilat er al  f ilter ,   Mir Net,   L L C NN,   Au to en co d e r ,   an d   E DSR - C N Ns   M e t r i c s   C LA H E   B i l a t e r a l   F i l t e r   M i r N e t   LLC N N   A u t o e n c o d e r   ED R - C N N s   P S N R   3 1 . 9 2   3 7 . 7 6   3 5 . 8 1   3 7 . 7 8   3 6 . 1 0   3 8 . 3 5   S S I M   0 . 5 5   0 . 9 4   0 . 7 6   0 . 9 1   0 . 8 9 8   0 . 9 2   M S E   4 2 . 0 1   1 1 . 0 6   2 4 . 5 8   1 1 . 0 1   1 6 . 1 4   9 . 6 6   C I I   1 . 5 8   0 . 9 9   0 . 9 8   1 . 3 6   0 . 9 4   1 . 9 7       T h e  g r ap h s   f o r   lo s s   an d   PS NR   d u r in g   th e   tr ain in g   an d   v alid atio n   p r o ce s s ,   in d icate   a  co n s is ten t  im p r o v em e n t  in   th e  q u ality   o f   m ed ical  im ag es  th r o u g h o u t  th e  en h an ce m e n t  p r o ce s s .   Fig u r e  7 ( a)   to   7 ( d )   v is u alize s   th e  r esu lts   o f   th e  m o d el  co m p ar is o n   u s in g   Mir Net,   L L C NN,   Au to en co d er ,   a n d   E DR - C NNs.  T h e  wh o le  g r a p h ical  r e p r esen tatio n   h ig h lig h ts   a  n o tab le  t r en d   in   th e  PS NR   v alu es,  d e m o n s tr atin g   an   u p war d   tr ajec to r y   s ig n if y in g   en h an ce d   im ag e  q u ality .   I t  ca n   b e  o b s er v ed   th at  th e  PS NR   v alu e  v ar ies  with   ea ch   iter atio n ,   b u t  it   s h o u ld   b e   n o ted   th at   th e   PS NR   v alu e  g i v en   to   th e   E DR - C NNs  m eth o d   d o es  n o t  s h o w   s ig n if ican t  f lu ctu atio n s   in   Fig u r e   7 ( d ) .   As  th e  m o d el  im p r o v es,  th e  PS N R   v alu es  s h o u ld   in cr ea s e,   in d icatin g   b etter   im ag e  f id elity ,   as  well  a s   lo s s .   T h e  lo s s   cu r v e  d is p lay s   a  g r ad u al  d ec lin e,   ev en t u ally   co n v er g in g   to   ze r o   with   a  s m o o th   p r o g r ess io n .   A  lo wer   lo s s   in   E DR - C NNs  r e s p o n s e  in d icate s   th at  th e  m o d el's  p r ed ictio n s   ar e   g ettin g   clo s er   to   th e  ac tu al  v alu es.  I t   ca n   b e  o b s er v ed   th at  th e  E DR - C N Ns m o d el  ef f ec tiv ely   lear n s   an d   ad ap ts   its   p ar am eter s ,   lead in g   to   a   d e s ir ab le  d ec r ea s e  in   th e  lo s s .   Fig u r e   8 ( a)   to   8 ( g ) ,   s h o wca s ed   th e  h eig h ten e d   im ag e  q u ality   ac h iev ed   th r o u g h   th e  im p lem e n tatio n   o f   s ev er al  im ag e  e n h an ce m en t   m o d els.  I t  ca n   b e   s ee n   f r o m   th e   f ig u r e  th at   all  lo w - illu m in atio n   im ag e   en h an ce m e n t  m eth o d s   b ased   o n   d ee p   lea r n in g   ef f ec tiv ely   i m p r o v e   th e   ac cu r ac y   o f   a n   in f an t' s   h ea r t.  B u t  th e   v is u al  ef f ec t  is   d if f er e n t.  T h es e  tech n iq u es  s h o wca s e  th e  a d v an ce m en ts   in   u s in g   d ee p   lear n in g   to   im p r o v e  th e   q u ality   o f   im a g es  b y   en h a n c in g   d etails,  r ed u cin g   n o is e,   a n d   m itig atin g   o t h er   im ag e - r e lated   is s u es.  E ac h   ap p r o ac h   h as  its   u n i q u e  c h a r ac ter is tics   an d   ap p licatio n s   with in   th e  r ea lm   o f   im ag e   en h an ce m e n t  an d   r esto r atio n .   Nev e r th el ess ,   wh e n   it  co m es  to   PS NR ,   SS I M,   a n d   MSE   p er f o r m an ce ,   E DR - C NNs  s u r p ass   o th er   ap p r o ac h es.   I n   th is   s ec tio n ,   we  u n d e r to o k   a  co m p r e h en s iv e  b en c h m ar k i n g   an aly s is   u s in g   th e  latest  ad v an ce m en ts   in   th e  f ield .   T h is   an aly s is   in v o lv es  a  m eticu lo u s   ev alu atio n   an d   co m p ar is o n   o f   o u r   p r o p o s ed   m o d el  ag ain s t  well - estab lis h ed   d ee p - lear n in g   ap p r o ac h es  with in   th e  d o m ain   o f   en h a n ce m en t.  T o   f ac ilit ate  th is   as s ess m en t,  we  em p lo y ed   f o u r   d is tin ct   d at asets :  th e  in f an t  h ea r t  d ataset  f o r   th e  d ev el o p m en t  o f   o u r   e n h an ce m en t  m o d el,   an d   th r ee   ad d itio n al  d atasets   —   f etal  h ea r t,  f etal  h ea d ,   an d   ab d o m en   —   to   th o r o u g h ly   e v alu ate  th e  m o d el' s   p er f o r m an ce .   T o   e n s u r e  th e   f air n ess   o f   th e  test ,   all  th e  m eth o d s   ar e  test ed   u n d e r   th e  s am e  h ar d war e   en v ir o n m en t  a f ter   r ea ch in g   t h e  o p tim al  lev el   o f   tr ain i n g .   T h e  ex p er im en tal   o u tc o m es  y ield ed   n o tewo r th y   in s ig h ts ,   s p ec if ically   in   ter m s   o f   PS NR ,   S SIM ,   an d   MSE   m etr ics  ac r o s s   all  f o u r   d atasets   i n   d etail  f o r   v ar io u s   tech n iq u es  r e f er   t o   Fig u r es   9 ( a )   to   9 ( c) .   I t   o b s er v es  t h at  o u r   p r o p o s ed   m o d el  E DR - C NNs  co n s is ten tly   d eliv er s   s atis f ac to r y   r esu lts   ac r o s s   th e  en tire   d ataset,   ac h iev i n g   h ig h er   PS NR ,   lo wer   SS I M,   an d   d ec r ea s ed   MSE   v alu es.  T h is   in d icate s   th at  o u r   s u g g ested   m o d el  c o n s is ten tly   p r o d u ce s   f av o r ab le  p er f o r m a n ce .   B y   ev alu atin g   th e  en h an ce d   im ag es u s in g   d if f er en t te ch n i q u es a n d   d atasets ,   it c an   b e  s tated   th at  th e  r esu lts   ar e  p r o m is in g   T o   en s u r e  th e   p e r f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   im ag e   en h an ce m en t  tech n i q u e  u s in g   E DR - C N Ns,  s u ch   a   m o d el  h as  b ee n   im p lem en te d   f o r   s eg m e n tin g   an d   d etec tin g   th e  1 0   o b jects  o f   t h e  f e tal  h ea r t  s u b s tr u ctu r e,   in clu d in g   th e  lef t   atr iu m   ( L A ) ,   r ig h t  atr iu m   ( R A) ,   lef t  v en t r icle  ( L V) ,   r ig h t  v en tr icle  ( R V) ,   tr icu s p id   v alv e  ( T V) ,   p u lm o n ar y   v alv e   ( PV) ,   m itra l  v alv e   ( MV ) ,   in ter v e n tr i cu lar   s ep tu m   ( I VS) ,   ao r ta  ( Ao )   an d   h o le  ( d ef ec t) .   T h e  ex p er im en t s   in v o lv e d   th e   u tili za tio n   o f   th e  y o u   o n ly   l o o k   at  o n ce   with   m ask in g   ( YO L AC T )   f r am ewo r k .   YOL AC T   i s   an   alg o r ith m   d esig n ed   f o r   r ea l - tim e  o b ject  d etec tio n   th at  co m b in es  o b ject  d etec tio n   with   in s tan ce   s eg m en tatio n .   I ts   g o a l  is   to   co n cu r r en tly   i d en tify   a n d   s eg m en t  o b jects  p r esen t  in   a n   im ag e.   Dete ctin g   th e  f etal  h ea r t  s u b - s tr u ctu r e  o b ject  p r o v es  to   b e  h ig h ly   ch al len g in g   d u e  to   its   s m all  s ize,   th e  p o o r   q u ality   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n cin g   u ltr a s o u n d   ima g e  q u a lity u s in g   d ee p   s tr u ctu r e  o f   r esid u a l n etw o r k   ( A d e  I r ia n i  S a p itr i )   3787   im ag es,  an d   its   s h ap e  th at  d y n am ically   ch an g es  d u e  to   f etal  m o v em en ts   [ 5 ] .   W h ile  it  o f ten   p er f o r m s   well  d u r in g   test in g   u s in g   v alid ati o n   d ata,   its   ef f ec tiv en ess   ten d s   to   d ec lin e  o r   ev en   r esu lt  in   f ailu r e  wh en   f ac ed   with   u n s ee n   d ata  [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h e  im ag e  s am p le  as v is u alize d   in   Fig u r e   10 .           ( a)         ( b )         ( c)         ( d )     Fig u r e  7 .   Gr a p h ic  tr ain in g   an d   v alid atio n   o f   lo s s   an d   PS NR   o v er   ep o ch s   f o r   in f a n t h ea r t  o b ject  in clu d in g     ( a)   Mir Net ,   ( b )   L L C NN ,   ( c)   A u to en co d er ,   an d   ( d )   E DR - C NNs st r u ctu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  Au g u s t   20 25 :   3 7 7 9 - 3794   3788           ( a)                   ( b )                   ( c)                   ( d )                   ( e)                   (f)                   ( g )     Fig u r e  8 .   T h e  s am p le  o f   in f an t   h ea r t im ag e  e n h an ce m en t w ith   s ix   o f   th e  ex is tin g   m o d el   ( a)   tar g et,     ( b )   C L AHE ,   ( c)   b ilater al  f ilter ,   ( d )   Mir Net,   ( e)   L L C NN,   ( f )   a u to en co d er ,   an d   ( g )   E DSR - C NNs   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.