고주파수 초음파 의료영상 시스템을 위한 저속 표본화 기반의 빔집속 알고리즘에 관한 연구
A study on a reduced sampling rate beamforming algorithm for high frequency ultrasound imaging
- 주제(키워드) 고주파수 , 초음파 , 빔집속 , 빔포머 , 저속표본화
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 송태경
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046562
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
초음파 의료영상 시스템에서 공간 해상도는 송신하는 초음파의 중심 주파수에 비례하여 증가한다. 이러한 이유로 중심 주파수가 20 MHz이상인 고주파수 초음파 영상의 경우 그 공간 해상도가 수십 마이크로미터 이며, 이는 MRI와 CT와 같은 다른 의료 영상장비의 공간 해상도와 비견되는 값이다. 하지만 주파수에 비례하여 신호 크기의 감쇄가 더 증가되는 초음파 영상의 특성 때문에, 고주파수 초음파 영상의 관찰 깊이는 사용되는 중심 주파수에 따라 1 - 30 mm로 제한된다. 이러한 이유로 고주파수 초음파 영상은 근거리 미세조직 영상에 적합하며, 안과 및 피부과 진단, 소동물 영상 등의 응용에 주로 사용되고 있다. 현재 여러 응용 분야에 적합한 높은 성능의 고주파수 초음파 영상 시스템의 구현에 관한 연구들이 활발히 진행되었다. 시스템 구현에 있어서 정보의 손실 없이 높은 중심 주파수(45MHz)를 가지는 신호를 표본화하기 위해 요구되는 높은 표본화율(sampling rate)의 실현이 해결 해야 할 당면한 중요 과제 중 하나이다. 이는 기존에 사용했던 복수 채널(channel)의 저잡음 증폭기(LNA) 및 가변 이득 증폭기(VGA)가 내장된 초음파 상용 아날로그-디지털 변환(ADC) 소자들은 표본화 주파수의 한계로 인해 사용이 불가능하며 일반 고속 ADC 사용 시 복잡한 아날로그 회로가 추가 되어야 한다. 본 논문에서는 고주파수 초음파 의료영상 시스템에 적합한 저속 표본화 기반의 다수 빔집속 알고리즘을 결합한 새로운 알고리즘을 제안하여 기존 시스템에 비하여 낮은 표본화율를 이용하면서도 기존 시스과 근접한 품질의 영상 취득을 목표로 한다.
more초록/요약
In general, high frequency ultrasound (HFU) is defined when the center frequency of ultrasound is higher than 20MHz[26]. As an operating frequency of ultrasound is pushed higher and higher, spatial resolution of ultrasound images can be significantly improved to the order of several tens of micrometers at the expense of the depth of penetration[27]. Therefore, HFU has been used in the applications requiring high spatial resolution to image superficial tissues such as dermatologic, ophthalmic, and small animal imaging. However, the cost of implementation for HFU array imaging systems is much higher and the size of the system is larger, compared to conventional clinical ultrasound imaging systems. This is because low cost off-the-shelf electronic components are not available in the current market. For example, an 8-channel analog front-end chip with low noise preamplifiers (LNA), variable gain amplifiers (VGA), and analog-to-digital converters (ADC) with a sampling rate of higher than 80 MHz does not exist. From the reasons, it is challenging to implement a low-cost portable HFU array imaging system. In this paper, therefore, a new beamforming method is proposed, which allows for reducing the sampling rate and thus using the inexpensive commercially available analog front-end chips. The performances of the proposed beamforming method were evaluated through computer simulation in terms of spatial resolution and compared to those of the conventional method. The results of the computer simulation demonstrated that the proposed method is capable of providing reasonable spatial resolution compared to the conventional method. Since the proposed method makes it possible to implement HFU array imaging systems in a cost effective manner, it may be a suitable algorithm for a low-cost portable HFU array imaging system.
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