The ultrasonic synthetic focusing(SF) is the best way to improve the azimuthal resolution, and it requires relatively simple data acquisition hardware comparing to the dynamic focusing. But it suffers from grating lobes(GLs) which results in unpredictable artifact in final image. And when a two-dimensional(2-D) phased array is used in the 3-D imaging system, the complexity of the front-ends is proportional to the total number of array elements. For example, if we use 64 by 64 2-D phased array, the system requires 4096 front-ends, which is not realizable size. In the first part of this dissertation, the generalized SF schemes, (M, N, P), are mathematically formulated and strict sense GLs-free conditions are derived. The conditions require that the inter-element spacing must be less than equal half wavelength of driving pulse and the number of receiving elements, N, must be integer multiple of shifting elements, P, i.e., N= 2nP. But the first condition can be relaxed according to the level of GLs and the types of imaging application. The conditions imply that the generalized schemes can increase the data acquisition rate by increasing the P. The simulational and experimental results show the scheme can speed up the data acquisition rate without degradation of the resolution as well as eliminate the GLs effectively. In the second part, we propose new 3-D imaging scheme to adopt the generalized SF schemes to reduce the complexity and to increase the data acquisition rate. It is mathematically formulated and verified by simulations. In the simulations 3-D phantom is defined and it is reconstructed by the proposed scheme in different view angles. A real-time hardware architecture is designed to speed up the synthetic focusing procedure and the timings are verified using currently available commercial devices. It shows that the architecture accomplishes the 32-MHz sampling rate.
어레이 트랜스듀서의 포인트타겟에 대한 필드응답은 어레이의 기하학적 모양, 구동펄스의 파장, 타겟의 상대적 위치, 그리고 수집된 데이타의 집속 방식에 의해서 결정되고, 지향성(directivity) 패턴은 파장대 소자폭(element width)에 의해서 결정된다. 고정된 길이의 어레이로 초음파 영상을 얻을 경우, 동적집속(dynamic focusing) 방식에 비해서 합성집속(synthetic focusing) 방식이 필드응답의 메인로브 폭을 반으로 줄이므로 해상도가 향상된다. 더우기 합성집속은 전단부의 하드웨어 구조가 간단하다는 장점이 있다. 그러나 그레팅로브가 지향성 패턴의 널(null)에 위치하는 동적집속의 경우와 달리, 합성집속에서는 그레팅로브가 널에 위치하지 않는다. 따라서 소자간 간격(inter-element spacing)이 반파장보다 큰 어레이를 사용할 경우, 합성집속으로 처리한 영상에는 그레팅로브에 의한 허상(artifact)이 나타날 수가 있다. 본 논문에서는 합성집속(synthetic focusing) 방식의 문제점인 그레팅로브 발생을 억제하는 일반적인 방식을 제안하고 그의 타당성을 시뮬레이션과 실험을 통해 검증하였고, 새 방식의 장점을 2차원 어레이를 이용한 3차원 영상장치에 적용?臼♭, 기존의 3차원 집속방식에 비해서 하드웨어의 복잡도를 월등히 줄일 수있는 새로운 3차원 집속방식과 그의 하드웨어 구조를 제안하고 시뮬레이션을 통해서 검증하였다. 제 3 장에서 그레팅로브를 없앰과 동시에 데이타 수집시간을 줄일 수있는 일반화된 합성집속 방식((M,N,P) 방식)을 제안하고 그에 대한 가능성을 수학적 해석과 시뮬레이션을 통해 보인 후, 실험으로 타당성을 검증하였다. 제 4장에서는 (M,N,P) 방식을 2차원 어레이 트랜스듀서를 이용한 3차원 영상장치에 적용한 콤비합성집속(combined-synthetic focusing)을 제안하였다. 기존의 3차원 집속방식이 2차원 어레이의 소자수만큼의 전단부 회로가 필요한 반면, 콤비합성집속 방식은 한방향의 소자수만큼이 필요하므로 하드웨어가 매우 줄어들게 된다. 이러한 구조에서 얻은 데이타를 이용해서 3차원 영상 재구성에 필요한 하드웨어 구조를 보이고 그에 대한 타이밍 다이어그램을 기존의 상용 디바이스의 사양에 맞추어서 검증하였다. 또한 이 방식에 의해서 3차원 영상이 얻어질수 있음을 시뮬레이션으로 검증하였다.
