Geração de imagens por ultrassom utilizando as técnicas sparse arrays e plane wave

Bibliographic Details
Main Author: Schiefler Junior, Nivaldo Theodoro
Publication Date: 2018
Format: Doctoral thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Download full: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3930
Summary: Nowadays, the major difficulties to improve the quality of the images using the ultrasonic techniques are related to the high number of shots used for transducer excitation, large quantities of storage data and the necessary computer processing for imaging. The purpose of this work is to evaluate the technique of image generation by ultrasound using the Stolt migration, based in plane wave and sparse arrays in the ultrasonic data reception. The plane wave technique was used to allow the increase of the frame rate by decreasing the number of shots of the ultrasound transducer elements. Simulations were made using a phantom developed in the Field II program in a Matlab environment and the actual data were acquired using the Verasonics Vantage 128 platform, with the 128-element L11-4v linear transducer. The simulated images were obtained by using a shooting sequence with angle variations for the 128 elements in the transmission and 128, 65, 44 and 23 elements for sparse arrays in the reception. The analysis of the results was accomplished by evaluating the axial and lateral resolutions using the FWHM criterion and the image quality with the criteria of contrast, MSE, SNR, PSNR and SSIM in the experimental and simulated images by using Stolt’s migration with plane wave and sparse arrays processing and the traditional DAS method. Qualitatively and quantitatively, the generated images by the proposed method showed similar results when compared in terms of the lateral and axial resolutions as well the quality image criteria. According to the results and the proposed processing method, the best sparse condition was obtained with 65 elements, indicating that the sparse reception suggested by the technique can be used for ultrasound image processing.
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The plane wave technique was used to allow the increase of the frame rate by decreasing the number of shots of the ultrasound transducer elements. Simulations were made using a phantom developed in the Field II program in a Matlab environment and the actual data were acquired using the Verasonics Vantage 128 platform, with the 128-element L11-4v linear transducer. The simulated images were obtained by using a shooting sequence with angle variations for the 128 elements in the transmission and 128, 65, 44 and 23 elements for sparse arrays in the reception. The analysis of the results was accomplished by evaluating the axial and lateral resolutions using the FWHM criterion and the image quality with the criteria of contrast, MSE, SNR, PSNR and SSIM in the experimental and simulated images by using Stolt’s migration with plane wave and sparse arrays processing and the traditional DAS method. Qualitatively and quantitatively, the generated images by the proposed method showed similar results when compared in terms of the lateral and axial resolutions as well the quality image criteria. According to the results and the proposed processing method, the best sparse condition was obtained with 65 elements, indicating that the sparse reception suggested by the technique can be used for ultrasound image processing.Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do ParanáAtualmente, as maiores dificuldades para melhorar a qualidade das imagens obtidas pelas técnicas ultrassônicas estão relacionadas ao elevado número de disparos para excitação dos transdutores, à grande quantidade de dados a serem armazenados e ao processamento computacional necessário para a formação das imagens. Este trabalho tem como objetivo avaliar a técnica de geração de imagens por ultrassom utilizando a migração Stolt, baseada em plane wave, e matrizes esparsas (sparse arrays) na recepção dos dados ultrassônicos. A técnica de plane wave foi utilizada para permitir o aumento da taxa de quadros através da diminuição do número de disparos dos elementos do transdutor de ultrassom. Foram realizadas simulações com um phantom desenvolvido no programa Field II em ambiente Matlab e os dados reais foram adquiridos utilizando-se a plataforma Verasonics Vantage 128, com um transdutor linear L11-4v de 128 elementos. As imagens simuladas foram obtidas utilizando-se uma sequência de disparos com variações de ângulos para os 128 elementos na transmissão e 128, 65, 44 e 23 elementos para sparse arrays na recepção. A análise dos resultados foi feita avaliando-se as resoluções axiais e laterais com o critério de FWHM e a qualidade de imagens com os critérios de contraste, MSE, SNR, PSNR e SSIM em imagens simuladas e experimentais, utilizando-se migração Stolt no processamento com plane wave com sparse arrays e o método tradicional DAS. Qualitativamente e quantitativamente, as imagens geradas pelo método proposto apresentaram resultados similares quando comparadas as resoluções laterais e axiais, bem como os critérios de qualidade da imagem. Segundo os resultados e o processamento proposto, a melhor condição esparsa foi de 65 elementos, indicando que a recepção esparsa proposta pelo método pode ser utilizada para o processamento de imagens de ultrassom.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRMaia, Joaquim Miguelhttp://lattes.cnpq.br/6369674496221915Assef, Amauri AmorinSchneider, Fábio Kurthttp://lattes.cnpq.br/0720172921923496http://lattes.cnpq.br/1463591813823167Maia, Joaquim MiguelRodrigues, Marco Aurélio BenedettiValente, Solivan ArantesMiranda, Caio Marcelo deMalthez, Anna Luiza MetidieriSchiefler Junior, Nivaldo Theodoro2019-03-01T14:06:21Z2019-03-01T14:06:21Z2018-12-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSCHIEFLER JUNIOR, Nivaldo Theodoro. Geração de imagens por ultrassom utilizando as técnicas sparse arrays e plane wave. 2018. 126 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3930porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2019-03-03T06:00:41Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/3930Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2019-03-03T06:00:41Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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