In part I of this thesis an efficient computer generation method is described for three-dimensional (3-D) ultrasonic speckle patterns in sector scanning of the annular array with dynamic focusing applied in both transmit and receive modes. The number of echo data needed to synthesize one waveform is tremendously reduced by reducing the 3-D distributions of scatterers to line distributions and also representing scatterers on a small line segment by a single equivalent scatterer taking into account the two-way travelling time differences. The computer simulated speckle patterns showed a good statistical agreement with experimentally obtained patterns.
In the entropy difference method for estimating the ultrasonic attenuation coefficient in soft tissue, the entropies of speckle-contaminated echo envelopes returning from two adjacent rectangular regions in the axial direction are compared as the attenuation is continuously compensated for until the two entropy values become identical; the amount of compensated attenuation is regarded as the average attenuation coefficient in the two regions. In the past CW burst pulses were generated for this purpose by a loosely focused disk-type transducer which was scanned in the lateral direction to obtain a large number of scan data. It turned out that this method is by far superior to the well-known log spectrum difference method in the respect of accuracy with the same amount of data.
In part II of this thesis, in order to improve the resolution in the two-dimensional attenuation mapping an annular array sector scanning system as described in part I, was used by exciting a wide-band pulse and the entropy difference method was applied after filtering and diffraction effect correction was made for the synthesized echo waveforms by all annuli and, using these data for a given scan direction, apply dynamic focusing.
Computer simulation and experimental results with a tissue-mimicked phantom show that the proposed method yields by for the best attenuation estimation many other methods published so far.
인체의 간 조직과 같은 연조직에서의 초음파 특성 중 초음파 감쇄계수를 측정함으로서 간 조직의 병변을 쉽게 진달할 수 있다. 이와 같은 초음파 감쇄계수를 측정하기 위하여 인체로부터 반사되어 돌아오는 초음파 펄스 에코를 이용하여 초음파 감쇄계수를 측정한다. 기존의 초음파 감쇄계수 측정방법은 주파수 영역에서의 측정방법으로 초음파가 인체를 진행함에 따른 선형적 주파수 감쇄량을 측정함으로 초음파 감쇄계수를 알 수 있었다. 이러한 주파수 영역에서의 초음파 감쇄계수 측정방법은 정확한 감쇄계수를 알기 위하여 많은 양의 초음파 데이타가 필요하게 된다.
본 논문에서는 주파수 영역에서의 초음파 감쇄계수 측정방법의 단점을 해결할 수 있는 시간 영역에서의 초음파 감쇄계수 측정방법인 인접한 두 영역 사이의 초음파 신호의 포락선 엔트로피 차이를 보정하는 방법을 이용하여 초음파 감쇄계수를 측정하는 방법인 엔트로피 차 방법의 성능을 향상 시키는 방법을 제안한다. 기존의 엔트로피 차 방법은 인체의 깊이에 따른 초음파 신호의 특성을 변화 시키지 않는 협대역 펄스를 사용하였다. 이 협대역 초음파 펄스로 인하여 초음파 감쇄계수를 측정하는 영역이 증가하게 된다. 이것을 보완하기 위하여 광대역 초음파 펄스를 사용하여 초음파 감쇄계수 추정 영역을 줄인다.
본 논문의 전반부에서는 초음파 영상 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 통하여 인체의 연조직으로부터 얻은 초음파 영상과 유사한 초음파 영상을 얻는 방법에 대하여 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 모델은 에률라 어레이를 사용하여 송-수신 초음파 집속 방법과 초음파의 3차원 영상을 얻기 위한 2차원 스캔 방법을 사용하였다. 또한 초음파 스캐터러를 여러개의 대표적인 선으로 나누었으며, 스캐터러들의 위치에 따른 지연 시간을 고려하여 컴퓨터 시뮬레이션 시간을 크게 줄일 수 있었다. 초음파 감쇄를 시뮬레이션에 추가함으로써 실험을 통하여 얻는 영상과 통계적으로 유사한 초음파 스펙클 영상을 얻을 수 있었다. 시뮬레이션한 초음파 영상을 통하여 초음파 시스템의 초음파 회절에 따른 영향을 예측할 수 있었으며 컴퓨터 시뮬레이션을 통하지 않고는 예측할 수 없는 초음파 회절 효과를 이용하여 후반부의 초음파 감쇄계수 측정의 정확도를 높일 수 있었다.
본 논문의 후반부는 광대역 초음파 펄스를 사용한 엔트로피 차 방법을 이용하여 초음파 감쇄계수를 측정하는 데 필요한 역 필터를 제안하고 전반부의 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 얻은 초음파 스펙클 영상과 실험을 통하여 얻은 초음파 영상으로부터 여러 가지 초음파 감쇄계수 추정방법과 본 논문에서 제안한 광대역 펄스를 사용한 엔트로피 차 방법과 비교하여 본 논문에서 제안한 방법이 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
