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초음파 합성구경 영상을 위한 효율적인 움직임 추정 및 보상 기법
An Efficient Motion Estimation and Compensation Method for Ultrasound Synthetic Aperture Imaging

김강식   (서강대학교 전자공학과UU0000674  ); 황재섭   (서강대학교 전자공학과UU0000674  ); 정종섭   (서강대학교 전자공학과UU0000674  ); 송태경   (서강대학교 전자공학과UU0000674  );
  • 초록

    본 논문에서는 대상테의 움직임이 합성구경 기법에 미치는 영향을 조사하고, 이를 토대로 합성구경 기법의 움직임 긱함을 극복할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 일정한 관심영역 내에서 대상테의 대표적인 축방향 움직임을 추정하고 이에 의한 집속 지연 오타만을 관심영역의 모든 영상점에 대하여 동일하게 보상하는 영역 기반의 움직임 보상 기법을 사용한다. 이때 대표 움직임은 관심영역 내에서 접속된 신호의 에너지가 최대가 되는 점에서의 움직임을 상호상관을 이용하여 계산할 수 있다. 또한 자기상관 기반의 도플러 평균 주파수 추정 기법을 이용하여 관심영역 내의 대표적인 축방향 움직임(대표 움직임 속도)을 추정하는 방법을 제안하였다. 모의 실험과 실제 인체 실험 결과 두 방법 모두 합성구경 영상의 움직임 오류를 제거함으로써 양방향 동적접속의 구현을 가능하게 하여 초음파 영상의 해상도 및 SNR을 현저히 개선시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 자기상관 방법은 훨씬 적은 계산량으로 상호상관 방법과 거의 동일한 성능을 제공함을 확인하였다.


    This paper describes a method for overcoming the motion artifacts inherent in synthetic aperture(SA) imaging. based on the investigation results as to the influence of a target motion on synthetic aperture techniques. This method uses a region-based motion compensation approach in which only the axial motion is estimated and compensated for a given region of interest(ROI) under the assumption that the whole ROI moves uniformly The estimated axial motion is calculated with a crosscorrelation(CC) method at the Point where the focused signal has the maximum energy within the ROI. We also presents a method for estimating the axial motion using the autocorrelation(AC) method that is widely used to estimate average Doppler frequency Both computer simulations and in vivo experiments show that the proposed methods can improve greatly the spatial resolution and SNR of ultrasound imaging by implementing the SA techniques for two-way dynamic focusing without motion artifacts. In addition the AC-barred motion compensation method provides almost the same results as the CC-based one, but with a dramatically reduced computational complexity.


  • 주제어

    Medical ultrasound imaging .   Synthetic aperture .   Motion estimation .   Phase distortion .   Motion compensation .   Spatial resolution.  

  • 참고문헌 (14)

    1. Realtime 3-D ultrasound imaging using sparse synthetic aperture beamforming , G.R.Lockwood;J.R.Talman;S.S.Brunke , IEEE.Trans.Ultrason.Ferrcelec Freq Contr / v.45,pp.980-988,
    2. Real-time phased array imaging using digital beam forming and autonomous chammel contro , M.O'Donnel .et al. , IEEE Ultrason. Symp / v.,pp.1499-1502,
    3. Adaptive Multi-element Synthetic Aperture Imaging with Motion and Phase Aberration Correction , Mustafa Karaman;Hasan S;Bilge;Matthew O'Donnel , IEEE Trans.Ultrason.Ferroelect,Ferroelect,Freq Contr / v.45,pp.1077-1087,
    4. Bidirectional pixel based focusing in conventional B-mode ultrasound imaging , M.H.Bae;M.K.Jeong , Elec.Letters / v.24,pp.2105-2107,
    5. Ultrasound synthetic aperture imaging:Monostatic approach , J.T.Ylitalo;H.Ermert , IEEE Trans Ultrason, Ferroelect.Freq.Contr / v.41,pp.333-339,
    6. Subaperture processing for ultrasortic imaging , M.Karaman;M.O'Donnell , IEEE Trans Ultrason Ferroelec,Freq.Contr / v.42,pp.126-135,
    7. 초음파 선형주사 영상을 위한 합성구경 기법의 해석 및 응용 , 송태경 , 대한의공학회지 / v.20,pp.503-513,
         
    8. A pipelined sampling dalay focusing in ultrasonic imging systems , J.H.Kim;T.K.Song;S.B.Park , Ultrason.Imaging / v.9,pp.75-91,
    9. A new digital array system for dynamic focusing and steering with reduced sampling rate , T.K.Song;S.B.Park , Ultrason.Imaging / v.12,pp.1-16,
    10. Realtime Blood Flow Imaging System Utilizing Auto-Correlation Technique , K.Namekawa;C.Kasai;M.Tsukamoto;A.Koyano;AR.A.Lersky(Ed.) , In Proc.3rd conf.World Fed.Ultrason.Med.Biol, / v.,pp.203-208,
    11. Synthetic aperture Ultrason Ferroelect Freq Contr , M.Karaman;P.C.Li;M.O'Donnell , IEEE Trans Ultrason Ferroelect,Freq Contr / v.42,pp.429-449,
    12. Synthetic receive aperture imaging with phase correction for motion and for tissue inhomogeneities-Part Ⅱ:Basic principles , G.E.Trahey;L.F.Nock , IEEE Trans.Ultrason;Ferroelec,Freq.Contr / v.39,pp.496-501,
    13. Medical Imaging Systems , A.Macovski , Prentice Hall / v.,pp.73-224,
    14. A study of synthetic aperture imaging with virtual source elements in B-mode ultrasound imaging systems , M.H.Bae;M.K.Jeong , IEEE Trans.Ultrason.Ferroelec.Freq Contr / v.47,pp.1510-1519,
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. 2002. "Efficient Implementation of Synthetic Aperture Imaging with Virtual Source Element in B-mode Ultrasound System Based on Sparse Array" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, 23(6): 419~430     
    2. 2004. "Real-Time 3D Ultrasound Imaging Method Using a Cross Array Based on Synthetic Aperture Focusing: I. Spherical Wave Transmission Approach" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, 25(5): 391~401     
    3. 2004. "Real-Time 3D Ultrasound Imaging Method Using a Cross Array Based on Synthetic Aperture Focusing: II. Linear Wave Front Transmission Approach" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, 25(5): 403~414     

 저자의 다른 논문

  • 김강식 (5)

    1. 2002 "이차원 곡면 어레이를 이용한 실시간 3차원 초음파 영상화 기법" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research 23 (5): 351~364    
    2. 2002 "희박 어레이 기반의 효율적인 양방향 화소단위 집속 기법의 구현" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research 23 (6): 419~430    
    3. 2004 "합성구경 기반의 교차어레이를 이용한 실시간 3차원 초음파 영상화 기법 : I. 구형파 송신 방법" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research 25 (5): 391~401    
    4. 2004 "합성구경 기반의 교차어레이를 이용한 실시간 3차원 초음파 영상화 기법 : II. 선형파면 송신 방법" 의공학회지 = Journal of biomedical engineering research 25 (5): 403~414    
  • 황재섭 (1)

  • 정종섭 (1)

  • 송태경 (18)

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