پديد آورنده :
آذرمهري، اميرمحمد
عنوان :
تصويربرداري فراصوت پزشكي با استفاده از آرايه‌هاي تنك و شكل‌دهي پرتو وفقي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مهندسي پزشكي (بيوالكتريك)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 80ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
امير اخوان
توصيفگر ها :
تصويربرداري فراصوت پزشكي , آرايه‌هاي تنك , شكل‌دهنده پرتو كانولوشني , شكل‌دهنده پرتو MV , برداري كردن ماتريس كوواريانس
استاد داور :
جلال ذهبي، احسان يزديان
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/09/04
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/09/06
چكيده فارسي :
تصويربرداري فراصوت يكي از رايج‌ترين روش‌هاي تصويربرداري پزشكي است كه امكان بررسي غيرتهاجمي ساختارهاي آناتوميكي را فراهم مي‌كند. سيستم‌هاي تجاري تصويربرداري فراصوت پزشكي براي تشكيل تصاوير B-mode از تكنيك استاندارد تأخير و حاصل‌جمع (DAS) استفاده مي‌كنند. رزولوشن و كنتراست تصاوير توليد شده، محدود به تعداد المان‌هاي آرايه و فركانس مركزي است. تعداد زياد المان‌هاي آرايه منجر به بهبود رزولوشن مي‌شود ولي افزايش پيچيدگي سخت‌افزاري و افزايش حجم داده‌هاي دريافتي از معايب آن است. به منظور كاهش پيچيدگي سخت‌افزاري و كاهش توان مصرفي از طريق كاهش المان‌هاي آرايه، راهبرد استفاده از آرايه‌هاي تنك با حفظ كيفيت تصاوير مورد توجه قرار گرفته است. آرايه‌هاي تنك عمدتاً براي كاهش تعداد المان‌ها در تصويربرداري سه بعدي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. با اين حال، اين رويكرد روشي مؤثر براي كوچك سازي سيستم‌هاي تصويربرداري دوبعدي را نيز فراهم مي‌كند كه نياز به بهبود و پيشرفت دارد. در اين پژوهش توليد تصاوير با كيفيت مطلوب از طريق پردازش سيگنال‌هاي فراصوت با استفاده از آرايه‌ي تنك و روش شكل‌دهي پرتوي مناسب، انجام مي‌شود. شكل‌دهنده پرتو پيشنهادي با برداري كردن ماتريس كوواريانس سيگنال‌هاي فراصوت، سيگنال‌هاي آرايه مجازي difference co-array را تشكيل مي‌دهد. تعداد المان‌هاي آرايه مجازي بيشتر از آرايه حقيقي است. بنابراين مي‌توان با استفاده از آرايه‌هاي تنك مناسب، تعداد المان‌ها را كاهش داد. براي افزايش رزولوشن و كيفيت تصاوير، از روش مينيمم واريانس (MV) براي انتخاب وزن‌هاي كانال‌هاي مجازي استفاده شده است. اين كار موجب مي‌شود تا واريانس نويز حداقل شود و سيگنال خروجي شكل‌دهنده پرتو بدون اعوجاج باشد. جهت تخمين دقيق‌تر ماتريس كوواريانس داده‌هاي برداري شده از هموارسازي مكاني روزنه فعال و ميانگين‌گيري Forward-Backward استفاده شده است. همچنين براي مقاوم‌سازي از بارگذاري قطري نيز بهره گرفته شده است. نتايج بدست آمده در شبيه‌سازي فانتوم نقطه‌اي و كيست نشان مي‌دهد كه شكل‌دهنده پرتو پيشنهادي با كاهش پهناي لوب اصلي و كاهش سطح لوب‌هاي كناري، رزولوشن و كنتراست بهتري نسبت به DAS و روش‌هاي كانولوشني تنك دارد. همچنين نتايج in vivo مقاوم‌بودن شكل‌دهنده پرتو پيشنهادي را در شرايط عملي نشان مي‌دهد. عملكرد مناسب شكل‌دهنده پرتو پيشنهادي در شرايطي است كه تعداد المان‌هاي آرايه تنك حداقل 66٪ نسبت به آرايه خطي يكنواخت 127 الماني، كاهش يافته است.
چكيده انگليسي :
Ultrasound imaging is one of the most common medical imaging methods that allows the non-invasive examination of anatomical structures. Commercial medical ultrasound imaging systems use the standard Delay And Sum (DAS) beamforming technique to form B-mode images. The image resolution and contrast are limited to the number of array elements and the central frequency. Using a large number of array elements can improve the image resolution but increases the data size and hardware complexity. To reduce hardware complexity and power consumption without image degradation, utilization of sparse arrays has been considered. Sparse arrays are mainly used for reducing the number of array elements in 3D imaging; however, this approach can also be an effective way to downsize 2D imaging systems and needs improvement. In this research, ultrasound image formation with desired quality is achieve by a new beamforming method with sparse arrays. In the proposed beamformer a new obsrevation vector is formed by vectorizing the covariance matrix of ultrasonic signals. this vctorization is equivalent to use a virtual array called "difference coarray". The number of virtual array elements is more than that of the actual array elements. Consequently, it is possible to reduced the number of array elements by using suitable sparse arrays. In order to increase the ultrasound image resolution and quality, in this study, the Minimum Variance (MV) method was used to determine the weights of the virtual channels. This leads to minimizing the variance of noise while keeping the target signal without any distortion. The spatial smoothing of the active aperture and the forward-backward averaging is used to estimate the covariance matrix accurately. Diagonal loading has also been used for increasing the robustness of the algorithm. The results obtained in point and cyst phantom simulations have shown that the proposed beamformer has better resolution and contrast in comparison to DAS and sparse convolutional methods by reducing the width of the main lobe and side lobes level. Also, the in vivo results showed that the proposed beamformer is robust under real conditions. The promising performance of the proposed beamformer is in the condition where the number of sparse array elements is reduced by at least 66% compared to the uniform linear array with 127 elements.
استاد راهنما :
امير اخوان
استاد داور :
جلال ذهبي، احسان يزديان
