2차원 어레이 변환자 기반의 하이브리드 빔포머 구조에 대한 연구
A study on hybrid beamformer structure based on 2-dimensional array transducer
- 주제(키워드) 하이브리드 빔포머 , 2차원 어레이
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 송태경
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046506
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
빔포머와 고집적 기술의 발달로 인해 초음파 장비는 2차원 고해상도 단면 영상을 제공하는 것이 가능해졌다. 하지만 2차원 단면 영상으로는 기관의 구조, 위치 등의 정보를 충분히 제공할 수 없다. 이를 극복하기 위해 3차원 입체 영상을 사용한다. 3차원 입체 영상을 얻기 위해 1차원 어레이 변환자를 이용하는 방법이 있지만 해상도가 좋지 않고 데이터를 얻는데 많은 시간이 필요하다. 이를 극복하기 위해 2차원 어레이 변환자를 이용한다. 2차원 어레이 변환자를 이용한 방법 중 가장 좋은 성능을 갖는 방법은 Fully sampled 방식이다. 그러나 이 방법은 많은 하드웨어 복잡도와 케이블 수가 필요로 하게 되어 현실적인 구현이 불가능하다. 실제로 64 X 64의 어레이의 경우만 하더라도 4096개의 데이터 전송 케이블이 필요하고 4096채널 빔포머가 필요하다. 이를 극복하기 위해 본 논문에서는 하이브리드 빔포머를 제안한다. 이는 고도방향으로는 아날로그 빔포머를 이용하고, 측방향으로는 디지털 빔포머를 이용하는 구조이다. 제안한 구조의 성능을 평가하기 위해 컴퓨터 모사 실험을 진행하였다. 중심주파수는 5MHz이고 샘플링 주파수는 40MHz로 설정하였다. 실험 결과 제안한 하이브리드 빔포머는 Fully sampled와 비슷한 성능을 갖는다. 이를 통해 제안한 하이브리드 구조는 Fully sampled와 비슷한 성능을 갖으면서도 적은 수의 하드웨어 복잡도와 케이블 수가 필요하기 때문에 3차원 입체 영상을 위한 2차원 어레이 변환자 구조의 현실적인 문제를 해결할 수 있는 방안이다.
more초록/요약
Ultrasound imaging systems with a 1-D array transducer produce 2-D cross-section images in real time. However, it has limitations in providing clinically useful information such as 3-D structures in the body and their exact locations. 3-D ultrasound imaging can be used to overcome these limitations and performed using either 1-D arrays with mechanical scanning or 2-D arrays with electrical scanning. Although the use of 1-D arrays is the most practical solution to acquire RF data for 3-D imaging, it severely suffers from low spatial and temporal resolutions. In the case of 2-D arrays, the large number of signal lines and high system hardware complexity are a big obstacle to their practical use. This is because a fully sampled array with 64-by-64 elements requires 4096 signal lines and a 4096-channel beamformer, for example. The problems can be partially solved using sparse array techniques at the expense of spatial resolution. Another solution is to employ hybrid beamformation in which partial beamformation with analog electronics takes place in an ultrasound probe and partial beamformed RF data are sent to a system to perform digital beamformation. However, the conventional hybrid beamformation still suffers from the impractical number of signal lines and requires significant change of system electronics. In this paper, a new hybrid beamforming method is proposed to surpass the limitations. The proposed method involves analog beamforming along the elevation direction and digital one along the lateral direction. Therefore, the number of signal lines is equal to the number of rows in a 2-D array. In addition, system electronics for the conventional digital beamformation can be used without any change. The performances of the proposed method were evaluated through computer simulation in terms of spatial resolution and signal-to-noise ratio (SNR). The performances are also compared with those of a fully sampled as a gold standard and cross array methods. The simulation results demonstrated that the proposed method is capable of providing compatible spatial resolution and SNR to the fully sampled method while significantly reducing the number of signal lines and the system hardware complexity.
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