Çok odaklı bir ultrasonik gönderiş demetlemesi tekniğinin simulasyonla incelenmesi

Abstract

VI ÖZET Gerçek zaman ultrasonik görüntülemede aynı tarama açısına birden fazla demet göndermek olanaksızdır. Bu nedenle mevcut görüntüleme sistemlerinde tek odaklı gönderiş demetlemesi kullanılmaktadır. Buna karşılık, eko sinyalleri alınırken, alış odaklaması için gereken zaman geciktirmeleri elektronik devrelerle kolaylıkla gerçekleştirilebildiği için her görüntü noktasına dinamik olarak alış odaklaması yapılabilmektedir. Tek odaklı gönderiş demetlemesini kullanan mevcut sistemlerde, görüntü çözünürlüğü odaktan uzaklaştıkça azalmaktadır. Bu çalışmada görüntü kalitesinin artırılması amacıyla, akustik darbe şekillendirmeye dayalı çok odaklı bir demetleme tekniği geliştirilmiştir. Bu yöntem temel olarak ultrasonik görüntü işlemenin doğrusallığına dayanmaktadır. Her dizi elemanına farklı noktalara odaklama için kullanılması gereken sinyallerin toplamı verilerek, çok odaklı demetleme için gereken eşevreleme sağlanmaktadır. Çok odaklı demetlemeye dayalı ultrasonik görüntüleme, mevcut tek odaklı görüntüleme yöntemiyle karşılaştırmalı olarak, darbe şekli, darbe genişliği ve görüntü açısı gibi farklı parametreler için simülasyonlarla incelenmiştir. Geliştirilen çok odaklı demetleme tekniği, herhangi bir sistemde hazırlanan darbe setinin kullanılmasıyla uygulanabileceğinden ayrıca ek bir maliyet getirmemektedir.

VII Abstract In real-time ultrasonic imaging, one can send only a single focused transmit beam to a each scan angle when the frame rate is fixed. Image resolution of a sistem employing fixed focus transmit beams gets worse at the spatial points out of focal spot. In this study, we explore a pulse shaping technique to produce multi-focus transmit beams. The approach is based on the linearity of phased array beam forming. To form a multi-focus beam, the driving signal of each array element is obtained by summing infinitely many pulses, each is phased to form a focused beam at a different depth. If the spatial separation of focal points are chosen as a fraction of a wavelength, then it is possible to form transmit- beam with 'line focus' extending over a finite depth. Since the curvature of cylindrical delay pattern varies with depth of the focus, the amplitude and length of driving signals vary across the array channels. In continuous wave excitation, the amplitude distribution of the driving signals over the' aperture converges to an aperture apodization. In excitation with broad-band pulses, the amplitude distribution of driving signals vary with time and across the aperture, and hence the multi-focus approach becomes different than the conventional aperture apodization. The multi-focus transmit beam forming approach is tested and compared to conventional fixed focus systems via simulated point spread functions with different system parameters such as pulse length, pulse shape and 2-dimentional array geometries. In the simulations, we have chosen a total of 1 024 transmit focal points over 3NA depth for an N-element array {X is the ultrasount wavelengt). The simulated point spread functions are obtained at different depths and angles to test the spatial variations. The results show that the contrast resolution can significantlyVIII be improved by using the multi-focus beam forming approach, while the point resolution is maintained when compared to the fixed focus systems. Use of the different driving signals for multi-focus transmit beam forming slightly degrades the point resolution. The multi-focus transmit beam forming approach can be applied to any phased array systems.