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합성구경 기반의 교차어레이를 이용한 실시간 3차원 초음파 영상화 기법 : II. 선형파면 송신 방법

Real-Time 3D Ultrasound Imaging Method Using a Cross Array Based on Synthetic Aperture Focusing : II. Linear Wave Front Transmission Approach

송태경|김강식
대한의용생체공학회 (The Korea Society Of Medical & Biological Engineering)|2004.10|의공학회지 (Journal of biomedical Engineering Research)|제25권 제5호|pp. 11-11

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초록

본 논문의 동반논문에서는 측방향으로는 동적집속, 고도방향으로는 합성구경 기법을 이용하여 빔을 집속함으로써 모든 영상 점에 대해 측방향과 고도방향 모두 동적집속된 효과를 얻을 수 있는 합성구경 기반의 교차어레이를 사용한 3차원 영상화 기법을 제안하였다. 하지만 구면파를 이용한 합성구경 기법은 초음파의 회절현상으로 인해 관찰깊이가 증가함에 따라 빔폭이 증가하여 원거리에서 해상도가 크게 저하되는 단점을 갖는다. 또한 제안된 방법은 송신시 하나의 변환소자만을 사용하므로 송신전력 또한 제한되게 된다. 이를 극복하기 위해 본 논문에서는 선형파면과 합성구경 기반의 교차어레이를 이용한 실시간 3차원 초음파 영상화 기법을 제안한다. 제안한 방법에서는 송신시 수평평면에 대해 각기 다른 편향각도를 갖는 선형파면을 송신하고, 반사된 신호들을 측방향으로 놓인 일차원 수신어레이의 전체 구경을 이용하여 수신하게 된다. 수신시 측방향으로는 동적집속, 고도방향으로는 합성구경 기법을 이용하여 빔을 집속함으로써 모든 영상 점에 대해 측방향과 고도방향 모두 동적집속된 효과를 얻을 수 있다. 제안한 방법은 구면파 기반의 합성구경 기법과는 달리 깊은 영상 영역에서 고도방향으로 균일한 해상도를 제공하는 제한회절 특성을 가지는 것을 수학적 해석과 음장 모사실험을 통해 확인하였다. 특히 선형파면 기반의 합성구경 기법은 구면파 기반의 합성구경 기법과 달리 송신어레이의 전체구경을 사용하여 제한된 수의 초음파 송수신과정을 통해 하나의 입체 영상을 얻을 수 있으므로 높은 송신전력과 고해상도를 갖는 3차원 영상을 위한 고속주사에 적합하다.

Abstract

In the accompanying paper, we proposed a real-time volumetric imaging method using a cross array based on receive dynamic focusing and synthetic aperture focusing along lateral and elevational directions, respectively. But synthetic aperture methods using spherical waves are subject to beam spreading with increasing depth due to the wave diffraction phenomenon. Moreover, since the proposed method uses only one element for each transmission, it has a limited transmit power. To overcome these limitations, we propose a new real-time volumetric imaging method using cross arrays based on synthetic aperture technique with linear wave fronts. In the proposed method, linear wave fronts having different angles on the horizontal plane is transmitted successively from all transmit array elements. On receive, by employing the conventional dynamic focusing and synthetic aperture methods along lateral and elevational directions, respectively, ultrasound waves can be focused effectively at all imaging points. Mathematical analysis and computer simulation results show that the proposed method can provide uniform elevational resolution over a large depth of field. Especially, since the new method can construct a volume image with a limited number of transmit-receive events using a full trasnmit aperture, it is suitable for real-time 3D imaging with high transmit power and volume rate.

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