超音波影像试验室

1、生醫工程實驗結報Exp3醫學影像分析超音波第三組B92901031黃俊仁B92901079林光威B93901064蔡希鈞實驗目的>熟悉超音波儀器各種mode的使用，利用儀器實際測量仿體的狀況，並擷取超 音波影像的圖片進行分析，以驗證超音波理論的數值。實驗原理A. 超音波簡介當音波通過物質時會產生反射波。物質的密度不同時，反射波也不同。由 於身體的各部位密度不同，因此音波在通過不同組織時，送回來的反射波 也不一樣。超音波檢查就是利用從探針或稱為探頭，Probe or Tran sducer送進人體內的音波的回音，再利用影像處理的技術，在顯示幕上變成影像 來判斷器官有沒有形態上或組織上的變化

2、的檢查法，其實和聲納探測其實 很類似，只是改成對人體內的探測而已。B. 探頭探頭其實是超音波儀器中由壓電晶體構成的壓電換能器，能將電能轉換成 超音波聲能，朝欲成像的人體部位照射；亦可將超音波聲能轉換回 電訊號，讓後端的電路去接收並分析。C聚隹醫用超音波還必須利用穿透力來成像。且穿透過程中，能量會大量流失。 因此為了保持能量，超音波會經過聚焦，以波束的形式照射。聚焦大致可 分為下面三種方式：Sin gle zoneMulti-z one focus ingDyn amic focus ing越接近聚焦處，能看到的點越小(spatial resolution®高)。多重聚焦可以改善 單一

3、聚焦的波束散掉的問題，但是這次的儀器沒有多重聚焦的功能，因此 我們沒有做這方面的比較。至於動態聚焦則是動態改變聚焦的位置，理應 會有最好的解析度。D.斑點雜訊(Speckle)由於超音波經過組織中各種大小不同的顆粒，會產生波的散射，散射波的 干预現象會造成所謂的斑點雜訊，也就是明明沒有什麼東西的地方卻多了 很多的白點。實驗步驟A. 接上探頭、電視盒後，打開機器。B. 調至B-mode在塗好膠的仿體上移動，看看螢幕上的畫面是否符合仿體的 標示。C.選定一個聚焦深度，調整一個較小的 gain,擷取畫面，得到圖(一)D.把gain調大，再擷取一次，得到圖 匚)圖(一)(low gain)圖(二)(h

4、igh gai n)E.在較深的聚焦處取兩張圖，以便於 hw2中分析CNR,得到圖三、圖四。'Van* rLia* ZiI口 doneV7 I ,cm2 00 7 HA1B：52a4 1* Vaa豆res* nL3B勺 done*7-i ,CITI圖四圖三F.切換到 Color Doppler Mode 和 Pulse Wave Mode 擷取影片。< HomeworkHW1?選取一塊區域，用MATLAB切割出來.eFP hTDBDsin gle zone with lower gain50o o o0 5 0112o o o5 0 52 3 35o5605550? 依上圖所標示

5、的三點，分別求 PSF size以-6dB做為threshold並在三 點同高度的空白區域，取相同的面積找出speckle std最後將圖形換算回 intensity和 amplitude 做出 speckle histogramAt 1.1 cm (70:90,110:130)Lateral projectio n at 1.1 cmlateral projection of single-zone tx focusing at depth = 1.1cm with lower gain 0Axial projectio n at 1.1 cmaxial projection of sing

6、le-zone tx focusing at depth = 1.1cm with lower gain0-5-5-10-15-10B n y -15-20-20-25-25-30iiiir00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)-30iiiir00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)PSF size: 0.063 cmPSF size: 0.034 cmSpeckle std at 1.1 cm: 3.1348Inten sity at 1.1 cmAmplitude at 1.1 cmAt 3.2 cm (210:230,

7、185:205)Lateral projectio n at 3.2 cmlateral projection of single-zone tx focusing at depth = 3.2cm with lower gain 0Axial project ion at 3.2 cmaxial projection of single-zone tx focusing at depth = 3.2cm with lower gain 0-5-5-10-15B -10 n y-15-20-20-25 Iiiiir00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)-25

8、 Iiiiir00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)PSF size: 0.072 cmPSF size: 0.041 cmSpeckle std at 3.2 cm: 4.0652Inten sity at 3.2 cmAmplitude at 3.2 cmAt 4.3 cm (282:302,110:130)Lateral projectio n at 4.3 cmAxial projectio n at 4.3 cm-2-4-10-12-14-16-180.15wi dth (cm)0.15lateral projection of single-zo

9、ne tx focusing at depth = 4.3cm with lower gain 0-6Bn -8:p tE1-1-5-1B -101-n-s-15-201-r-25axial projection of single-zone tx focusing at depth = 4.3cm with lower gainwi dth (cm)PSF size: 0.135 cmPSF size: 0.083 cmSpeckle std at 4.3 cm: 5.0769Inten sity at 4.3 cmAmplitude at 4.3 cmx 10HW2?選取一塊區域，用MAT

10、LAB切割出來.eKP hTDeDsin gle zone with higher gain5010015020025030035050100150200250width (pixel)555045403530252015105PSF size以-6dB 做?選取和HW1 樣位置的三點，如上圖所示，分別求為threshold並在三點同高度的空白區域，取相同的面積找出specklestc。最後將圖形換算回 intensity和 amplitude 做出 speckle histogramAt 1.1 cm (70:90,110:130)Lateral projectio n at 1.1 cma

11、xial projecti on at 1.1 cmDd 卩 VTrsnF.lateral projection of single-zone tx focusing at depth = 1.1cm with higher gain 0-5-10-15-20-25-3000.050.10.150.20.250.3wi dth (cm)0.35axial projection of single-zone tx focusing at depth = 1.1cm with higher gain-20-250.15-10B -15-30wi dth (cm)PSF size: 0.057 cm

12、PSF size: 0.027 cmSpeckle std at1.1 cm: 3.839Inten sity at 1.1 cmAmplitude at 1.1 cm-16At 3.2 cm (210:230,185:205)Lateral projectio n at 3.2 cm-2-4-6-8-10-12-140.050.10.150.20.250.3lateral projection of single-zone tx focusing at depth = 3.2cm with higher gain 00wi dth (cm)0.35PSF size: 0.089 cmaxia

13、l project ion at 3.2 cmaxial projection of single-zone tx focusing at depth = 3.2cm with higher gain0pI-tI-If I-2 .-4 _-6 Bn -8 - -yn -10-12 一.-14 -16 .-18biiIIr00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)PSF size: 0.049 cmSpeckle std at 3.2cm: 4.532Inten sity at 3.2 cmAmplitude at 3.2 cmx 10At 4.3 cm (282

14、:302,110:130)Lateral projectio n at 4.3 cmAxial projectio n at 4.3 cm-15lateral projection of single-zone tx focusing at depth = 4.3cm with higher gain 0-5B d n-1000.050.10.150.20.250.30.35width (cm)axial projection of single-zone tx focusing at depth = 4.3cm with higher gain 0-5-10-15-20-25 Iiiiiic

15、00.050.10.150.20.250.30.35wi dth (cm)PSF size: 0.151 cmPSF size: 0.092 cmSpeckle std at 4.3cm: 5.5082Inten sity at 4.3 cmAmplitude at 4.3 cmHW3?選取圖片中四個圓形中間的局部，和它旁邊的區域比較其CNR50100150200250300350605550454035302520151053025201510CNR:0仃382.02283.81741.05605550454035HW4如附件的影片檔討論由於這次沒有做多重聚焦，所以本次的討論分為下面兩局部：

16、?深度對解析度的影響。單單從HW1與HW2剪下來的圖上我們就可以很明顯的看到，深處的斑點 雜訊比淺處來的嚴重很多。推測是：1. 由於超音波所經過的途徑越長，所受到的散射越嚴重，因此干预出很 多斑點雜訊。2. 聚焦的地方幾乎是整張圖的底部。越接近聚焦處，得到的信號越強， 東西也較清楚，當然產生的speckle也明顯。由數據上來看參照下面兩個表格，PSF size也是越往深處越大，代表點 在越深的地方越發散。Speckle std也是越往下越大，可見在深處斑點雜訊 的確較大。?不同gain對於解析度的影響。比較HW1和HW2的數據如下表，會發現在深度為1.1cm時，low gain時 的PSF size比較大，但另外兩個深度3.2cm、4.3cm卻是high gain的比較 大。至於speckle std則都是在high gain時比較大。這方面沒想出可能的原 因。PSF size深度gai n1.1cm3.2cm4.3cmlateralaxiallateralaxiallate