Bayesian-based beamformer with wiener post-filter for adaptative processing of ultrasond image using coherent plane wave compounding

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Zimbico, Acácio José
• Orientador(a): Schneider, Fábio Kurt
• Banca de defesa: Schneider, Fábio Kurt, Santin, Altair Olivo, Assef, Amauri Amorin, Valente, Solivan Arantes, Ronque, Giselle Lopes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Ultrassom - Qualidade da imagem; Processamento de sinal adaptativo; Processamento de imagens - Modelos matemáticos; Teoria bayesiana de decisão estatística; Filtros adaptativos; Speckle; Métodos de simulação; Engenharia elétrica; Ultrasonics - Image quality; Signal processing, Adaptive; Image processing - Mathematics models; Bayesian statistical decision theory; Adaptative filters; Simulation methods; Electric engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3818

Os escaneres de Ultrassom (US) convencionais ainda implementam a técnica Delay and Sum (DAS) devido à fácil implementação e baixo tempo de processamento, mas oferecem imagem de baixa resolução e contraste. As técnicas adaptativas permitem a obtenção de imagem de alta resolução e Contraste (CR) em troca de implementação complexa e custo de processamento elevado. Neste trabalho, sugere-se o método Wiener Post-filter (WPF) combinado com uma a técnica Minimum Variance (MV) com abordagem Bayesiana (i.e., MV-BY-WPF), que resulta em uma combinação do método proposto MV-BY com WPF para beamforming adaptativo de US usando a técnica Coherent Plane Wave Compounding (CPWC). A técnica CPWC é afetada por baixa SNR devido à ausência de foco na emissão de pulso. Diferentes beamformers adaptativos tais como, os baseados em Coherence Factor (CF) ou WPF foram sugeridos para superar tal limitação, entretanto limitações ainda persistem. Neste estudo, introduziu-se o MV-BY que mostra vantagens sutis sobre o MV através da aplicação de um pós-filtro baseado na abordagem Bayesiana que melhora o desempenho do MV. Combinou-se o método proposto, MV-BY com o WPF para formar o MV-BY-WPF, que supera MV-WPF. De acordo com os resultados, MV-BY-WPF oferece melhor CR enquanto retém o brilho de imagem na resolução comparada à oferecida por MV-WPF. Usando os métodos propostos, foram introduzidas melhorias em imagem usando CPWC com custo computacional comparável à do MV. A avaliação de desempenho das técnicas inclui a Resolução espacial, CR e as estatísticas de speckle. Em particular à metodologia proposta, verificou-se que com a excitação de cerca de 5 emissões, foi possível reconstruir uma imagem com qualidade comparável àquela obtida com um total de 75 emissões com o DAS. A reconstrução usando dados de simulação, Phantom e humanos in-vivo disponíveis na plataforma de US revelam a eficácia do beamformer proposto em termos de habilidades de supressão de ruído presente nos dados coletados. Por exemplo, usando dados humanos in-vivo, quando o DAS é comparado aos beamformers MV-BY/MV-BY-WPF, valores percentuais (%) de 9,34/17,65 e 16,18/31,79 para CR e a sua razão foram respectivamente obtidos. Além disso, as respostas produzidas por MV-BY-WPF mostram uma melhor preservação do speckle quando comparado com MV-WPF. Isso significa que a metodologia proposta pode melhorar o sistema de imagem sendo assim, sugerida para aplicações reais.