نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی پزشکی

10.22041/ijbme.2005.13582

چکیده

وزن دهی عناصر درون یک آرایه فراصوت، یک روش آسان بری بهبود الگوی پرتو و افزایش وضوح تصویر است. متاسفانه وزن دهی باعث کاهش سیگنال به نویز (S/N) در خروجی آرایه و هم چنین کاهش کیفیت تصویر می گردد. در این تحقیق، جهت بهینه سازی الگوی پرتو در یک آرایه فراصوت، ایده تحلیل ریاضی تغییرات S/N در اثر وزن دهی مطرح و مساله طراحی بهینه وزن ها جهت حصول همزمان الگوی پرتو و سیگنال به نویز مطلوب، بیان و حل گردیده و روشی ارایه شده است که با اعمال آن ضمن دستیابی به الگوی پرتو مطلوب، بیشترین مقدار ممکن S/N ایجاد گردد. بررسی ها نشان داد با افزایش پهنای لوب اصلی الگوی پرتو، S/N کاهش می یابد. هم چنین مساله کاهش S/N در اثر وزن دهی، در آرایه های کامل بیشتر از آرایه های کم پشت قابل مشاهده است. همین وضعیت با کاهش عمق تمرکز نیز ایجاد می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimal Design Of Beam Pattern Of Ultrasound Arrays Considering Sensitivity Of Transducer

نویسندگان [English]

  • Seyed Mahmoud Sakhaei
  • Ali Mahloojifar

Department of Biomedical Engineering, Tarbiat Modarres University

چکیده [English]

The beam pattern profile of an ultrasound array is of great importance in ultrasound imaging. This profile could be enhanced by weighting the elements of array. However, this technique will decreases the signal to noise ratio (S/N) and consequently the quality of the obtained image. In this study, the S/N variation in weighting process is mathematically analyzed, and a new method is proposed to optimize the weighting parameters. The main objective of the method is to provide the desired output of the beam pattern profile of the ultrasound array, as well as the highest possible S/N. The results show that S/N decreases with increasing the main lobe width of beam pattern. The decrease of S/N by weighting in full arrays is higher than in the sparse ones. Also, reducing the focusing depth has the same effect on S/N. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasound
  • Phased Array
  • Beam pattern
  • Apodization
  • Mathematical optimization

[1]     Hedrick WR, Hykes DL, Starchman DE; Ultrasound Physics and Instrumentation; Mosby-Year Book, Inc; 1995.

[2]     Jensen JA; Ultrasound imaging and its modeling; Imaging of Complex Media with Acoustic and Seismic Waves; Springer Verlag Inc; 2000.

[3]     Holm S, Elgetun B; Optimization of the beam pattern of 2D sparse arrays by weighting; Proc IEEE Int Ultrasonics Symposium; Seattle, Washington, November 1995: 1345-1348.

[4]     Smith SW, Davidsen RE, Emery CD, Goldberg RL, Light ED; Update on 2D array transducers for medical ultrasound; Proc IEEE Int Ultrasonics Symposium; Seattle, Washington, November 1995: 1273-1278.

[5]     Trucco A; Thinning and weighting of large planar arrays by simulated annealing; IEEE Trans Ultrasoun, Ferroelect, Freq Contr 1999; 46(2): 347-355.

[6]     Holm S, Elgetun B, Dahl G; Properties of the beam pattern of weight and layout - optimized sparse arrays; IEEE Trans Ultrasoun, Ferroelect, Freq Contr 1997; 44 (5): 983-991.

[7]     O'Neill DJ; Element placement in thinned arrays using genetic algorithms; Proc IEEE Int Con Oseans; Vol II , 1994: 301-306.

[8]     Boni C, Richard M, Barbarossa S; Optimal configuration and weighting of nonuniform arrays according to a maximum ISLR criterion; IEEE Int Conf Acoust, Speech, Sign Proc; Vol V, 1994: 157-160.

[9]     Cardone G, Cincotti C, Gori P, Pappalardo M; Optimization of wideband linear arrays; IEEE Trans Ultrasoun, Ferroelect, Freq Contr, 2001; 48(4): 943-952.

[10] Trucco A; Synthesizing wide-band sparse array by simulated annealing; Proc MTS/IEEE Conference and Exhibition on OCEANS, 2001; 2: 989-994.

[11] Cardone G, Cincotti C, Gori P, Pappalardo M; Design of wide-band arrays for low side-lobe level beam patterns by simulated annealing; IEEE Trans Ultrasoun, Ferroelect, Freq Contr, 2002; 49(8): 1050-1059.

[12] Cox H, Zenskind R, Koij T; Practical supergain; IEEE Trans Acoust Speech, Sign Proc, 1986; 34(3):393-398.

[13] Rao SS; Optimization, Theory and Applications; Wiley Eastern Limited; 1984.

[14] Optimization Toolbox of MATLAB, Mathworks Inc; 2002.