نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای تخصصی، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس

10.22041/ijbme.2009.13406

چکیده

در سال های اخیر روش های شکل دهی پرتو وفقی به منظور افزایش کیفیت تصاویر اولتراسوند به کار گرفته شده اند. این روش ها به دلیل استفاده از اطلاعات محیط و به روز کردن وزن های اعمالی به اجزای آرایه به صورت لحظه به لحظه، موفقیت زیادی در بهبود قدرت تفکیک تصاویر اولتراسوند داشته اند. ولی این افزایش قدرت تفکیک به بهای کاهش کنتراست تصاویر اولتراسوند نسبت به روش های غیروفقی به دست می آید. در این مقاله روشی جدید برای افزایش همزمان قدرت تفکیک و کنتراست شکل دهنده های پرتو وفقی مینیمم واریانس ارائه شده است. در این روش برای محاسبه وزن های بهینه اعمالی به اجزای آرایه، علاوه بر میانگین گیری مکانی مرسوم در تخمین ماتریس کواریانس از میانگین گیری زمانی نیز برای تخمین دقیق تر ماتریس کواریانس بهره برده ایم و نیز به منظور بهبود تمرکزدهی و کاهش دامنه لوب های کناری از وزن دهی وفقی ضریب همگنی سیگنال های آرایه ای دریافت شده به وسیله آرایه اولتراسوند استفاده کرده ایم. کارایی بسیار مطلوب روش ارائه شده در افزایش همزمان قدرت تفکیک و کنتراست تصاویر اولتراسوند نسبت به روش های شکل دهی پرتو وفقی و غیروفقی موجود به وسیله مثال های شبیه سازی شده و همچنین داده های تجربی نشان داده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Efficient Adaptive Beamforming Method For Simultaneous Improvement Of The Resolution And Contrast Of Ultrasound Imaging

نویسندگان [English]

  • Babak Mohammadzadeh Asl 1
  • Ali Mahloojifar 2

1 PhD Candidate, Department of Biomedical Engineering, School of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University

2 Associate Professor, Department of Biomedical Engineering, School of Electrical and Computer Engineering, Tarbiat Modares University

چکیده [English]

In recent years, adaptive beam forming methods have been successfully applied to medical ultrasound imaging, resulting in significant improvement in image quality compared to non-adaptive beam formers. This improvement results from the fact that their weights are chosen based on the priori knowledge of the received data and updated using current statistics of the array signal. Most of the adaptive beam formers presented in the ultrasound imaging literature are based on the minimum variance (MV) beam former, which can improve the imaging resolution while retaining the contrast. It is desirable that the beam former could improve the resolution and contrast, at the same time. To this end, in this paper, we have used temporal averaging besides the conventional spatial averaging to estimate the more accurate covariance matrix. Moreover, we have used the coherence factor weighting combined with MV beam forming to enhance the focusing quality and hence reducing the undesired side lobes. The efficacy of the proposed adaptive beam forming approach is demonstrated via a number of simulated and experimental examples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ultrasound imaging
  • Resolution
  • contrast
  • Adaptive Beam Forming
  • Minimum Variance Beam Forming
  • Coherence Factor Weighting
  • Temporal Averaging
  • Covariance Matrix Estimation

[1]     Lo K. W., Adaptive array processing for wide-band active sonars; IEEE J. Oceanic Eng., 2004; 29(3):837- 846.

[2]     Stoica P., Wang Z., Li J., Robust Capon beamforming; IEEE Trans. Signal Process. Letters, 2003; 10(6):172- 175.

[3]     Gaudes C. C., Santamaría I., Vía J., Gómez E. M., Paules T. S., Robust array beamforming with sidelobe control using support vector machines; IEEE Trans. Signal Process., 2007; 55(2):574–584.

[4]     Ser W., Chen H., Yu Z. L., Self-calibration-based robust near-field adaptive beamforming for microphone arrays; IEEE Trans. Circuits and Systems- II: Express Briefs, 2007; 54(3):267-271.

[5]     Capon J., High resolution frequency-wavenumber spectrum analysis; Proc. IEEE, 1969; 57(8):1408- 1418.

[6]     Mann J. A., Walker W. F., A constrained adaptive beamformer for medical ultrasound: initial results; in Proc. IEEE Ultrason., Symp. 2002; 1807-1810.

[7]     Frost III O. L., An algorithm for linearly constrained adaptive array processing; Proc. IEEE, 1972; 60(8): 926-935.

[8]     Wang Z., Li J., Wu R., Time-delay- and time-reversalbased robust Capon beamformers for ultrasound imaging; IEEE Trans. Med. Imag., 2005; 24(10): 1308- 1322.

[9]     Sasso M., Cohen-Barcie C., Medical ultrasound imaging using the fully adaptive beamformer; in Proc. IEEE Int. Conf. Acoust. Speech Signal Process., 2005; 489-492.

[10] Synnevag J. F., Austeng A., Holm S., Minimum variance adaptive beamforming applied to medical ultrasound imaging; in Proc. IEEE Ultrasonic Symposium, 2005; 1199-1202.

[11] Synnevag J. F., Austeng A., Holm S., Adaptive beamforming applied to medical ultrasound imaging; IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 2007; 54(8):1606-1613.

[12] Synnevag J. F., Austeng A., Holm S., Benefits of minimum variance beamforming in medical ultrasound imaging; IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 2009; 56(9):1868-1879.

[13] Christensen D. A., Ultrasonic bioinstrumentation; Wiley, New York, 1988.

[14] Shan T. –J., Wax M., Kailath T., On spatial smoothing for direction-of-arrival estimation of coherent signals; IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Processing, 1985; 33(4):806–811.

[15] Hollman K. W., Rigby K. W., O’Donnell M., Coherence factor of speckle from a multi-row probe; in Proc. IEEE Ultrason. Symp., 1999; 1257-1260.

[16] Li P.C., Li M.L., Adaptive imaging using the generalized coherence factor; IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 2003; 50(2):128-141.

[17] Jensen J. A., Field: A program for simulating ultrasound systems; Med. Biol. Eng. Comput., 1996; 34: 351–353.

[18] O’Donnell M., Flax S. W., Phase-aberration correction using signals from point reflectors and diffuse scatterers: measurements; IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 1988; 35(6):768-774.

[19] محمدزاده اصل بابک، محلوجی‌فر علی؛ بررسی حساسیت شکل دهنده پرتو وفقی مینیمم واریانس به تغییرات سرعت صوت در تصویربرداری اولتراسوند؛ شانزدهمین کنفرانس مهندسی پزشکی ایران، دی 1388.