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2019 Vol.38, Issue 4 Preview Page

Research Article

Image enhancement in ultrasound passive cavitation imaging using centroid and flatness of received channel data

수신 채널 신호의 무게중심과 평탄도를 이용한 초음파 수동 공동 영상의 화질 개선

Mok Kun Jeong1∗
,
Sung Jae Kwon2
,
Min Joo Choi3
정 목근1∗
,
권 성재2
,
최 민주3
1대진대학교 전기 및 전자공학부
2대진대학교 휴먼IT융합학부
3제주대학교 의학전문대학원 의공학교실
∗Corresponding Author
31 July 2019. pp. 450-458
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Abstract

Passive cavitation imaging method is used to observe the ultrasonic waves generated when a group of bubbles collapses. A problem with passive cavitation imaging is a low resolution and large side lobe levels. Since ultrasound signals generated by passive cavitation take the form of a pulse, the amplitude distribution of signals received across the receive channels varies depending on the direction of incidence. Both the centroid and flatness were calculated to determine weights at imaging points in order to discriminate between the main and side lobe signals from the signal amplitude distribution of the received channel data and to reduce the side lobe levels. The centroid quantifies how the channel data are distributed across the receive channel, and the flatness measures the variance of the channel data. We applied the centroid weight and the flatness to the passive cavitation image constructed using the delay-and-sum focusing and minimum variance beamforming methods to improve the image quality. Using computer simulation and experiment, we show that the application of weighting in delay-and-sum and minimum variance beamforming reduces side lobe levels.

Keywords
Ultrasound
Passive cavitation imaging
Centroid
Flatness
Delay-and-sum beamforming
Minimum variance beamforming
Side lobe

기포군이 파열하면서 발생하는 초음파를 관찰하기 위하여 수동 공동 영상법을 이용한다. 수동 공동 영상은 낮은 해상도와 큰 부엽이 문제이다. 수동 공동에서 발생하는 초음파 신호는 펄스 형태를 가지므로, 수신 어레이에 수신된 신호는 입사 방향에 따라서 트랜스듀서 배열 소자에 나타나는 신호의 크기 분포가 달라진다. 영상점에서 수신된 채널 데이터 신호의 크기 분포로부터 주엽과 부엽 신호의 유무를 판단하고 부엽을 줄이기 위하여 무게중심과 평탄도를 계산하여 영상점에서 가중값을 정의하였다. 무게중심은 수신 채널에서 신호의 분포가 집중된 위치를 수치화하며 평탄도는 채널 신호의 분산을 측정한다. 지연 후 더해주는 집속 방식과 최소 분산 빔포밍을 사용하여 구현된 수동 공동 영상에서 무게중심과 평탄도를 이용한 가중값을 적용하여 영상의 화질 개선에 적용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험에서 지연 후 더해주는 방법과 최소 분산 빔포밍 방법에 가중값을 적용하여 영상에서 부엽이 줄어듦을 확인하였다. 고출력 초음파를 이용한 수조 실험에서도 부엽이 나타나는 영역이 줄어들어 수동 공동의 변별력이 증가함을 확인하였다

키워드
초음파
수동 공동 영상
무게중심
평탄도
지연 후 더해주는 빔포밍
최소 분산 빔포밍
부엽
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Information
  • Publisher :The Acoustical Society of Korea
  • Publisher(Ko) :한국음향학회
  • Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
  • Journal Title(Ko) :한국음향학회지
  • Volume : 38
  • No :4
  • Pages :450-458
  • Received Date : 2019-05-09
  • Revised Date : 2019-06-24
  • Accepted Date : 2019-06-25
  • DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2019.38.4.450
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