The ultrasound imaging system is one of the most widely used diagnostic tools in medicine due to its advantages such as safety, low cost, providing real-time imaging. However, the resolution of imaging is still not quite satisfactory, and more improvements are needed. The resolution of this system is generally dominated by the focusing capability and the ultrasonic properties in tissue.
In part I of this dissertation, we propose a phase aberration correction method in transmit and receive focusing in linear array system. Difference of sound velocity in human tissue has on error in the geometrical focusing delay and this effect is called phase aberration. We estimate the time delay difference of two signals induced by aberration with calculating the complex cross correlation. We use bandwidth sampling technique called analytic signal, where we can use the phase information of rf frequency. Analytic signal is generated by analog pseudo Hilbert transformer, which is composed of two all pass filters with each output's phase difference is about 90 degrees. We estimate the PDN's performance and analysis of the estimation error in PDN. The aberrating medium generally exists in the near field of transducer, so we find the local phase difference of two adjacent pair elements in center of transmit aperture in each scanline separately. For summing the local phase error, we obtain the whole phase aberration profile in nearfield medium. From this profile, the transmit and receive focusing delays in each elements are controlled for improving resolution of image. Proposed aberration correction scheme is suitable for linear array transducer. This algorithm is very simple in hardware realization and, permits real time operation by using pseudo Hilbert transformer and high speed digital devices. We proved the method by experiment in cyst phantom.
Part II is about diffraction limitted beam generation scheme in linear array transducer. We propose the method of generation of diffraction limitted beam which lateral field pattern is sinc function in focal depth. This is achieved by superposing the continuous plane waves propagating in different directions. Also, the wideband sinc wave is achieved by superposing different frequency plane waves with the same manner in continuous sinc wave. This beam is not diffracted in more long depth than general focusing scheme with a sacrifice of an axial resolution and higher sidelobe level. The higher sidelobe level is reduced by a proper apodization to the plane wave of the different propagation direction. The Sinc beam is less diffractive in sacrifice of lateral resolution, so it is effective for application that do not require high resolution but need diffraction correction as a crucial factor as in tissue charactreization.
초음파 영상진단장치는 그 안전성과 실시간 진단의 용이함으로 인해 널리 사용되고 있다. 그러나 해상도가 다른 진단방법에 비하여 떨어지므로 이를 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다. 특히 매질 내의 초음파 속도의 불균일함으로 인하여 송신과 수신집속의 열화현상은 가슴이나 복부의 진단에 큰 문제점이 되어 이를 보상하기 위한 방법에 대한 연구가 최근에 계속 되고 있다.
본 논문의 첫 번째 부분은 이러한 집속 위상오차를 보상하기위한 방법을 제안하고, 이를 선형어레이에 적용하였다. 집속오차의 계산방법으로는 위상지연회로를 이용하여 만든 analytic 신호를 이용하여 cross correlation을 구함으로써 두 신호간의 위상차를 계산하는 방법을 사용하였다. 샘플링된 Analytic 신호는 RF 신호의 위상을 가지고 있으므로 낮은 샘플링 레이트의 데이타에서도 정밀한 위상차 측정이 가능하다.
일반적으로 인체내의 구성물질은 random scatterer로 구성되어 있다고 가정할 수 있다. 따라서 random scatterer로부터의 반사신호의 인접한 수신소자의 위상차를 계산하여야 하는데, 위상을 비교하고자하는 수신소자의 사이가 가까울수록 correlation이 큰 신호가 된다. 따라서 가장 correlation 이 큰 신호를 사용하여 계산오차를 줄이기위한 방법으로 선형어레이에서 송신엘리먼트의 중심의 좌, 우 양측의 수신소자에서의 신호만을 이용하여 두 수신소자 전면의 지역위상오차를 각 스캔라인마다 독립적으로 구하였다. 이 지역 위상오차는 두 엘리먼트 앞면의 aberration 매질의 위상오차의 대표값에 해당하며, 스캔라인을 따라 이를 더하여 전체의 오차분포곡선을 찾아낼 수 있다. 선형 어레이는 빔의 집속이 어레이의 수직면으로만 진행하므로, 오차분포곡선을 이용하여 전체의 엘리먼트에 대하여 오차를 보상한 송신과 수신집속을 함으로써 초음파 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다. 이러한 보상방법은 간단한 하드웨어로 구현될 수 있으며 high speed의 digital 소자를 이용함으로서 실시간 동작이 가능하다. 제안된 방법은 3.5 MHz, 128 소자의 선형어레이를 이용하여 random scatterer phantom과 cyst phantom에 silicon으로 만든 aberrator 에 의해 변형된 영상에 적용하여 보상의 가능성을 보였다.
두 번째 부분은 송신집속시 초음파빔이 회절함으로 인하여 촛점부근 이외의 깊이에서 측방향 해상도가 저하되는 단점을 보완하기 위하여 넓은 깊이에서 회절효과가 적은 빔의 집속방법을 제안하였다. 이는 선형 어레이에서 각각 다른 각도로 평면파를 촛점에 입사시키면서 촛점에서 모든 평면파의 위상이 일치되게하면 축방향에 대하여 대칭성을 가지는 빔을 만들 수 있어 측방향의 해상도를 균일하게 할 수 있다. 이러한 빔의 모양은 촛점 깊이에서 SINC 함수의 모양을 가지며 충분한 깊이까지 측방향 해상도를 유지한다. 이를 각각 다른 주파수의 평면파를 이용하여 중첩시키면 펄서 형태의 초음파 빔을 만들 수 있다. 이러한 pulsed mode의 SINC 빔도 연속파와 같은 측방향 해상도를 유지한다. 이러한 비회절빔은 기존의 송신집속 방법에 비하여 측방향 해상도는 떨어지나 일정한 측방향 해상도를 유지하므로 감쇄 영상이나 매질 특성 측정 등의, 모든 진단 깊이에서 일정한 해상도를 필요로 하는 영상에 유용하게 이용될 수 있다.
