ارائه یک شکل دهنده پرتو وفقی میدان نزدیک و باند پهن برای تصویربرداری اولتراسوند

در سالهای اخیر تکنیک های شکل دهی پرتو وفقی به منظور افزایش کیفیت تصاویر اولتراسوند بکار گرفته شده اند. این روشها به جهت استفاده از اطلاعات محیط و به روز کردن وزنهای اعمالی به المانهای آرایه به صورت لحظه به لحظه، موفقیت زیادی در بهبود رزولوشن تصاویر اولتراسوند داشته اند. مهمترین مشکل شکل دهنده های پرتو وفقی ارائه شده در زمینه تصویربرداری اولتراسوند، که اکثراً بر مبنای شکل دهنده پرتو مینیمم واریانس (mv) طراحی شده اند، این است که این روشها، علیرغم بهبود قابل توجه رزولوشن، توفیق چندانی در بهبود کنتراست تصاویر اولتراسوند ندارند و نیز پیچیدگی محاسباتی بالای این روشها در مقایسه با روشهای غیر وفقی پیاده سازی آنها را در عمل دچار مشکل می کند. در این رساله راهکارهایی را برای حل این دو مشکل اساسی در شکل دهی پرتو وفقی تصاویر اولتراسوند ارائه داده ایم. ما با هدف بهبود کنتراست شکل دهنده پرتو وفقی mv بدون از دست دادن رزولوشن بالای آن در تصویربرداری اولتراسوند، روشی را بر مبنای استفاده از وزندهی وفقی ضریب همگنی سیگنالهای دریافتی توسط آرایه ارائه کردیم و نشان دادیم که اعمال ضریب همگنی به شکل دهنده پرتو mv، با تقویت سیگنالهای همفاز و تضعیف سیگنالهای غیرهمفاز با سیگنال اصلی، باعث افزایش کیفیت تمرکز دهی و کاهش دامنه لوبهای کناری و در نتیجه افزایش کیفیت تصویر اولتراسوند می شود. همچنین یک شکل دهنده پرتو mv بر مبنای فضای بردارهای ویژه برای تصویربرداری اولتراسوند طراحی کردیم که در آن، با نگاشت بردار وزن mv به یک زیرفضای برداری بدست آمده از ساختار فضای بردارهای ویژه ماتریس کواریانس، بردار وزن شکل دهنده پرتو پیشنهادی حاصل می شود. این شکل دهنده پرتو با حفظ سیگنالهای لوب اصلی و کاهش موثر سیگنالهای لوبهای کناری، کنتراست را نسبت به شکل دهنده های پرتو وفقی mv و غیر وفقی تأخیر و حاصلجمع (das) بطور قابل توجهی بهبود می بخشد. این بهبود کنتراست و کاهش دامنه لوبهای کناری همزمان با حفظ رزولوشن بالای شکل دهنده پرتو mv حاصل می شوند. بعلاوه جهت تخمین دقیق تر ماتریس کواریانس سیگنالهای دریافتی توسط آرایه، از میانگین گیری مکانی در دو جهت رو به جلو و رو به عقب استفاده کردیم و نشان دادیم که این تکنیک، با تخمین دقیق تر ماتریس کواریانس، کنتراست تصاویر اولتراسوند را نسبت به شکل دهنده های پرتو das و mv بهبود می دهد و بر خلاف mv، خصوصیات آماری نویز اسپکل زمینه را حفظ می کند. همچنین روش پیشنهادی افت دامنه ایجاد شده در اثر پدیده حذف سیگنال اصلی را تا حدود زیادی جبران می کند و کارایی بهتری نسبت به شکل دهنده پرتو mv ارائه می دهد. در نهایت نشان دادیم که روشهای ارائه شده برای افزایش کنتراست شکل دهنده پرتو mv قابل ترکیب با همدیگر هستند و با ترکیب این روشها یک شکل دهنده پرتو وفقی کارآمد به منظور بهبود همزمان رزولوشن و کنتراست تصاویر اولتراسوند ارائه دادیم که در برابر تغییرات سرعت صوت در محیط تصویربرداری اولتراسوند مقاوم می باشد. روش ارائه شده همزمان با حفظ رزولوشن بالای mv، کنتراست آن را از لحاظ معیارهای نسبت کنتراست (cr) و نسبت کنتراست به نویز (cnr) به ترتیب به میزان db 6/7 و 28% بهبود داده است. این مقادیر، در مقایسه با das به ترتیب db 8/13 و 61% بهبود یافته اند. همچنین در راستای کاهش پیچیدگی محاسباتی شکل دهنده پرتو وفقی mv، که محدودیت بزرگ این روش در مقایسه با شکل دهنده پرتو غیر وفقی das می باشد، روشی را برای تصویربرداری اولتراسوند پزشکی ارائه کرده ایم که، با استفاده از ماتریس کواریانس ساخت یافته، پیچیدگی محاسباتی شکل دهنده پرتو وفقی mv را از (o(l3 به (o(l2 کاهش می دهد، که l طول زیرآرایه مورد استفاده در تخمین ماتریس کواریانس می باشد.