고속표본화를 이용한 초음파 빔집속 알고리즘 및 구조에 관한 연구
- 주제(키워드) 빔집속 , 고속표본화
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 송태경
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045153
- 본문언어 한국어
초록/요약
디지털 수신 빔포머는 초음파 의료영상 장치의 성능과 복잡도를 결정하는 가장 중요한 부분이다. 현재 일반적인 의료용 초음파 장비는 나이퀴스트율의 표본화율로 표본화한 신호를 보간하여 세밀한 시간지연 값을 가질 수 있도록 한다. 그러나 보간 과정에서 발생하는 오차는 초음파 해상도의 저하를 가져온다. 본 논문은 이러한 보간 오차를 줄일 수 있는 고속표본화 빔집속 방식과 이를 구현하기 위한 시스템 구조를 제안한다. 제안한 빔집속 방식은 기존의 일반적인 보간 빔집속 방식보다 적은 보간 오차를 가지며 우수한 성능의 필터를 설계할 수 있다. 제안한 빔집속 방식에 적합한 필터 설계와 기존 빔집속 방식에 사용되는 필터 사양을 비교하고 실험 결과를 통해 제안한 빔집속 방식의 성능 향상을 확인하였다. 그러나 제안한 빔집속 방식은 기존의 방식보다 고속화된 표본화율로 인하여 높은 하드웨어 복잡도를 가지게 되므로 이에 대한 효율적인 하드웨어 구조를 제시하였다. 제안한 빔집속 구조는 채널 수에 상관없이 하나의 보간기만을 사용하여 시간지연 해상도를 만족시킬 수 있으며 시간지연 계산기의 경우 시분할 방법을 이용하여 하드웨어 복잡도를 절반으로 줄일 수 있으므로 기존의 보간 빔집속 구조의 보간기보다 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다.
more초록/요약
Digital receive beamformer is the most important part determining the performance and complexity of a medical ultrasound imaging systems. Conventional medical ultrasound imaging systems use interpolation to obtain fine delay resolution with sampled signal by Nyquist rate(4f0). But interpolation degrade image quality due to interpolation error. In this thesis, we propose high sampling rate beamformer to reduce interpolation error and its proper architecture accordingly. In the proposed method, comparing to conventional interpolation beamformer, the filter of better performance with less interpolation error can be obtain. The experimental results show that the proposed beamformer improves SNR of B-mode images. Because of the high sampling rate, the hardware complexity of proposed beamformer can be increased. So we also propose a beamformer with efficient architecture. The presented architecture in this paper needs only one interpolation coefficient to satisfy delay resolution independent from how many channel it has, therefore fewer multipliers are required. In addition, delay calculation can be reduced to half by using a time sharing method.
more목차
Ⅰ. 서론 = 1
Ⅱ. 초음파 영상 장치의 빔집속 = 3
2.1. 초음파 영상 진단 장치의 원리 및 구성 = 3
2.2. 배열 변환자를 이용한 수신 동적 집속 = 5
Ⅲ. 고속표본화를 이용한 빔집속 = 7
3.1. 수신 동적 집속을 위한 표본화 및 보간 = 7
3.2. 고속 표본화 빔집속 = 10
3.3. 실험 및 결과 = 15
3.3.1. 한 채널에서의 성능(SNR) 비교 = 15
3.3.2. 다수 채널에서의 성능(SNR) 비교 = 18
3.3.3. 모사 실험 = 20
Ⅳ. 효율적인 고속 표본화 빔집속부 구조 = 24
4.1. 빔집속 시스템의 종류 = 24
4.2. 제안하는 고속표본화 빔포머 구조 = 29
Ⅴ. 결론 = 42
참고문헌 = 43
그림목차
그림 2.1 B-모드 초음파 시스템 = 3
그림 2.2 1차원 배열 변환자를 이용한 빔집속 시스템 = 4
그림 2.3 배열 변환자를 이용한 송신 빔집속의 개념도 = 5
그림 2.4 배열 변환자를 이용한 동적 수신 빔집속의 개념도 = 6
그림 3.1 시간지연 해상도를 만족하는 신호 = 7
그림 3.2 디지털 신호의 보간 = 8
그림 3.3 보간 과정의 각 주파수 측 = 9
그림 3.4 제안하는 고속표본화 빔집속 = 10
그림 3.5 필터의 사양 = 11
그림 3.6 빔집속 방식에 따라 요구되는 필터 사양 = 11
그림 3.7 보간 필터 주파수 응답(N = 16) = 12
그림 3.8 보간 필터 주파수 응답(N = 32) = 12
그림 3.9 보간 필터 주파수 응답(N = 64) = 13
그림 3.10 기준 신호 (중심주파수, = 5MHz) = 15
그림 3.11 한 채널에서의 SNR 비교 = 17
그림 3.12 다수 채널에서의 SNR 비교 = 19
그림 3.13 기준 신호로 만든 영상 = 21
그림 3.14 모사 실험 영상 (필터 차수, N : 16) = 21
그림 3.15 모사 실험 영상 (필터 차수, N : 32) = 22
그림 3.16 모사 실험 영상 (필터 차수, N : 64) = 22
그림 4.1 Interpolation Beamformer의 구성도 = 25
그림 4.2 Partial Beamformer의 구성도 = 26
그림 4.3 Phase Rotation Beamformer의 구성도 = 26
그림 4.4 Fractional Delay Beamformer의 구성도 = 28
그림 4.5 이상적인 빔포머 모델 = 29
그림 4.6 디지털 빔포머 = 30
그림 4.7 시간 지연 계산을 위한 빔집속 모형 = 31
그림 4.8 일반적인 보간 빔집속 방식 = 33
그림 4.9 일반적인 보간 빔포머 개념도 = 33
그림 4.10 일반적인 보간 빔포머의 구조 = 34
그림 4.11 고속표본화 빔집속 방식 = 35
그림 4.12 고속표본화 빔집속 보간에서 요구되는 필터 사양 = 35
그림 4.13 고속표본화 빔집속에 적합한 필터 특성 = 36
그림 4.14 고속표본화 빔집속에 적합한 빔포머 구조 = 37
그림 4.15 제안하는 고속표본화 빔포머 구조 = 38
그림 4.16 제안하는 빔포머의 subsum 상세 구조 = 38
그림 4.17 제안하는 빔포머의 보간기 상세 구조 = 39
그림 4.18 제안하는 시간지연 계산기 구조 = 40
표목차
표 3.1 보간 필터의 (dB) = 13
표 3.2 한 채널에서의 SNR 비교(dB scale) = 17
표 3.3 다수 채널에서의 SNR 비교(dB scale) = 19
표 3.4 모사 실험에서의 SNR 비교(dB scale) = 23
표 4.1 기존의 보간 빔포머와 고속표본화 빔포머의 복잡도 비교 = 41
