Спектри ультразвукового допплерівського відгуку біологічних об’єктів при застосуванні технології синтезованої апертури
Анотація
На основі розвиненої раніше континуальної моделі розсіювання ультразвукових хвиль у біологічних об’єктах досліджено вплив динамічної зміни ракурсів випромінювання та прийому ультразвукових пучків хвиль на спектри ультразвукового допплерівського відгуку у випадку, коли проводиться усереднення сигналів допплерівського відгуку за періодом зміни кутів зондування. Здобуто загальний вираз, що пов’язує повний спектр потужності сигналу ультразвукового допплерівського відгуку з області інтересу, спектральні характеристики руху розсіювачів ультразвуку та функції чутливості діагностичної системи з синтезованою апертурою. Показано, що порівняно з допплерівським відгуком, який являє собою послідовність дискретних значень сигналів відгуку з різних ракурсів, застосування усереднення дає змогу зменшити ширину допплерівських спектрів без погіршення роздільної здатності. Зроблено висновок про те, що досягнення кращої роздільної здатності при застосування методу синтезованої апертури можливе без погіршення спектральних характеристик і, відповідно, точності допплерівських вимірювань діагностичних параметрів, що визначають в ході ультразвукових досліджень. Одержані результати дають змогу оптимізувати різні допплерівські техніки в межах загального методу синтезованої апертури.
Завантаження
Посилання
P.N.T. Wells, Phys. Med. Biol. 51(13), R83-R98 (2006), https://doi.org/10.1088/0031-9155/51/13/R06.
P. R. Hoskins, K. Martin, and A. Thrush (eds.), Diagnostic Ultrasound: Physics and Equipment, 3rd ed. (CRC Press, Boca Raton, 2019), in https://doi.org/10.1201/9781138893603.
P.N.T. Wells, Eur. J. Ultrasound, 7(1), 3-8 (1998), https://doi.org/10.1016/S0929-8266(98)00006-8.
D.H. Evans, Proc. Inst. Mech. Eng. H, 224(2), 241-253 (2009), https://doi.org/10.1243/09544119JEIM599.
J.A. Jensen, S.I. Nikolov, A.C.H. Yu, and D. Garcia, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 63(11), 1704-1721 (2016), http://doi.org/10.1109/TUFFC.2016.2600763.
J.A. Jensen, S.I. Nikolov, A.C.H. Yuand, and D. Garcia, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 63(11), 1722-1732 (2016), http://doi.org/10.1109/TUFFC.2016.2598180.
N. Pulkovski, P. Schenk, N.A. Maffiulettiand, and A.F. Mannion, MuscleNerve, 37(5), 638–649 (2008), https://doi.org/10.1002/mus.20996.
L. Gao, K.J. Parker, R.M. Lerner, and S.F. Levinson, Ultrasound Med. Biol. 22(8), 959-977 (1996), https://doi.org/10.1016/S0301-5629(96)00120-2.
J. Ophir, S.K. Alam, B.S. Garra, F. Kallel, E. Konofagou, T.A. Krouscop, C.R.B. Merritt, R. Righetti, R. Souchon, S. Srinivasan, and T. Varghese, J. Med. Ultrasonics, 29(4), 155-171 (2002), https://doi.org/10.1007/BF02480847.
P.N. Wells, and H.D. Liang, J. R. Soc. Interface, 8(64), 1521-1549 (2011), https://doi.org/10.1098/rsif.2011.0054.
K.J. Parker, M.M. Doyley, and D.J. Rubens, Phys. Med. Biol. 56, R1-R29 (2011), https://doi.org/10.1088/0031-9155/56/1/R01.
C. R. Hill, and J. C. Bamber, in: Physical principles of medical ultrasonics, edited by C. R. Hill, J. C. Bamber, G. R. ter Haar (John Wiley & Sons, West Sussex, 2004), pp. 255-302.
J.A. Jensen, S. I.Nikolov, K.L. Gammelmarkand, and M.H. Pedersen, Ultrasonics, 44(1), e5–e15 (2006), https://doi.org/10.1016/j.ultras.2006.07.017.
M. Tanter, J. Bercoff, L. Sandrin, and M. Fink, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 49(10), 1363-1374 (2002), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2002.1041078.
J.Y. Lu, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 44(4), 839–856 (1997), https://doi.org/10.1109/58.655200.
S. Nikolov, Synthetic aperture tissue and flow ultrasound imaging, Ph.D. dissertation, Dept. Electr. Eng., Tech. Univ. Denmark, (Lyngby, Denmark, 2001).
M. Karaman, P.C. Li, and M. O’Donnell, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 42(3), 429–442 (1995), https://doi.org/10.1109/58.384453.
M.H. Pedersen, K.L. Gammelmark, and J.A. Jensen, Ultrasound Med. Biol. 33(1), 37-47 (2007), https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2006.07.041.
M. Tanter and M. Fink, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 61(1), 102-119 (2014), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2014.6689779.
H. Yao Synthetic Aperture Methods for Medical Ultrasonic Imaging, Dept. Inform. Univ. Oslo, (University of Oslo, Oslo, 1997).
D.K. Peterson, and G.S. Kino, IEEE Trans. Son. Ultrason. 31(4), 337-351 (1984), https://doi.org/10.1109/T-SU.1984.31514.
J.T. Ylitalo, and H. Ermert, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 41(3), 333-339 (1994), https://doi.org/10.1109/58.285467.
G.R. Lockwood, J.R. Talman, and S.S. Brunke, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 45(4), 980-988 (1998), https://doi.org/10.1109/58.710573.
C.R. Hazard, and G.R. Lockwood, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 46(4), 972–980 (1999), https://doi.org/10.1109/58.775664.
M. O’Donnell, and L.J. Thomas, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 39(3), 366–380 (1992), https://doi.org/10.1109/58.143171.
R. Moshavegh, J. Jensen, C.A. Villagómez-Hoyos, M.B. Stuart, M.C. Hemmsen, and J.A. Jensen, in: Proceedings of SPIE Medical Imaging (San Diego, California, United States, 2016), pp. 97900Z-97900Z-9, https://doi.org/10.1117/12.2216506.
L. Sandrin, S. Catheline, M. Tanter, and M. Fink, in: Acousical Imaging, edited by M. Halliwell, P. N. T. Wells (Springer, Boston, MA, 2002), pp. 485-492, https://doi.org/10.1007/0-306-47107-8_68.
J. A.Jensen, O. Holm, L.J. Jerisen, H. Bendsen, S.I. Nikolov, B.G. Tomov, P. Munk, M. Hansen, K. Salomonsen, J. Hansen, K. Gormsen, H.M. Pedersen, and K.L. Gammelmark, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 52(5), 881-891 (2005), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2005.1503974.
J. Lu, J. Cheng, and J. Wang, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 53(10), 1796–1812(2006), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2006.112.
P. Tortoli, L. Bassi, E. Boni, A. Dallai, F. Guidi, and S. Ricci, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec.Freq. Contr. 56(10), 2207-2216 (2009), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2009.1303.
S.I. Nikolov and J.A. Jensen, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 50(7), 848-856 (2003), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2003.1214504.
J.A. Jensen, and N. Oddershede, IEEE Trans. Med. Imag. 25(12), 1637-1644(2006), https://doi.org/10.1109/TMI.2006.883087.
J. Bercoff, G. Montaldo, T. Loupas, D. Savery, F. Meziere, M. Fink, and M. Tanter, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 58(1), 134-147 (2011), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.1780.
L. Sandrin, M. Tanter, S. Catheline, and M. Fink, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 49(4), 426–435 (2002), https://doi.org/10.1109/58.996560.
J. Bercoff , M. Tanter, and M. Fink, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 51(4), 396–409 (2004), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2004.1295425.
H. Hasegawa, and H. Kanai, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 55(12), 2626–2639 (2008), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2008.978
J. Vappou, J. Luo, and E.E. Konofagou, Am. J. Hypertens. 23(4), 393–398 (2010),https://doi.org/10.1038/ajh.2009.272.
O. Couture, M. Fink, and M. Tanter, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec.Freq. Contr. 59(12), 2676–2683 (2012), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2012.2508.
E. Mace, G. Montaldo, I. Cohen, M. Baulac, M. Fink, and M. Tanter, Nature methods, 8(8), 662–664 (2011), https://doi.org/10.1038/nmeth.1641.
G. Montaldo, M. Tanter, J. Bercoff, N. Benech, and M. Fink, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 56(3), 489-506 (2009), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2009.1067.
J. Jensen, M.B. Stuart, and J.A. Jensen, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr. 63(11), 1922-1934 (2016), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2016.2591980.
N. Oddershedeand, and J.A. Jensen, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 54(9), 1811-1825 (2007), https://doi.org/10.1109/TUFFC.2007.465.
M.M. Pedersen, M.J. Pihl, P. Haugaard, J.M. Hansen, K.L. Hansen, M.B. Nielsen, and J.A. Jensen, Ultrasound Med. Biol. 38(1), 145–151(2012), https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2011.10.003.
P. Tortoli, M. Lenge, D. Righi, G. Ciuti, H. Liebgott, and S. Ricci, Ultrasound Med. Biol. 41(5), 1354-1362 (2015), https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2015.01.008.
I.K. Ekroll, T. Dahl, H. Torp, and L. Løvstakken, Ultrasound Med. Biol. 40(7), 1629–1640 (2014), https://doi.org/10.1016/j.ultrasmedbio.2014.01.021.
K.L. Hansen, J. Udesen, N. Oddershede, L. Henze, C. Thomsen, J.A. Jensen, and M.B. Nielsen, Ultrasonics, 49(8), 659–667 (2009), https://doi.org/10.1016/j.ultras.2009.04.002.
J. Jensen, M.S. Traberg, C.A. Villagómez Hoyos, J.B. Olesen, B. Tomov, R. Moshavegh, M.B. Stuart, C. Ewertsen, K.L. Hansen, M.B. Nielsen, and J.A. Jensen, in: 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), (IEEE, Washington, DC, 2017), pp. 1-4, https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2017.8092535.
J. Jensen, J.B. Olesen, M.B. Stuart, P.M. Hansen, M.B. Nielsen, and J.A. Jensen, Ultrasonics, 70, 136-146 (2016), https://doi.org/10.1016/j.ultras.2016.04.023.
E.A. Barannik, Ultrasonics, 39(2), 311–317 (2001), https://doi.org/10.1016/S0041-624X(01)00059-2.
I.V. Skresanova, and E.A. Barannik, Ultrasonics, 52(5), 676-684 (2012), https://doi.org/10.1016/j.ultras.2012.01.014.
E.A. Barannik, and O.S. Matchenko, East Eur. J. Phys. 2(1), 36-40 (2015), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2015-1-05. (in Russian)
O.S. Matchenko, and E.A. Barannik, Acoust. Phys. 63(5), 596-603 (2017), https://doi.org/10.1134/ S1063771017050086.
E.A. Barannik, and O.S. Matchenko, East Eur. J. Phys. 3(2) 61-64 (2016), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2016-2-08. (in
B.A.J. Angelsen, IEEE Trans. Biomed. Eng. BME-27(2), 61–67 (1980), https://doi.org/10.1109/TBME.1980.326708.
P.J. Fish, in: PhysicalPrinciplesofMedical Ultrasonics, edited by C.R. Hill (EllisHorwood, Chichester, 1986), pp. 338-376.
R.J. Dickinson, and D.K. Nassiri, in: Physical principles of medical ultrasonics, edited by C. R. Hill, J. C. Bamber, G. R. terHaar (John Wiley & Sons, West Sussex, 2004), p. 191–222.
E.A. Barannik, Sov. Phys. Acoust. 38 (2), 237-244 (1992). (in Russian) http://www.akzh.ru/pdf/1992_2_237-244.pdf. (in Russian)
E.A. Barannik, Acoust. Phys. 39 (5), 939-941 (1993). (in Russian), http://www.akzh.ru/pdf/1993_5_939-941.pdf. (in Russian)
E.A. Barannik, Acoust. Phys. 40(2), 212-214 (1994), http://www.akzh.ru/pdf/1994_2_212-214.pdf. (in Russian)
E.A. Barannik, Acoust. Phys. 43(4), 453–457 (1997),http://www.akzh.ru/pdf/1997_4_453-457.pdf. (in Russian)
R.J. Eckersley, and J.C. Bamber, in: Physical principles of medical ultrasonics, edited by C.R. Hill, J.C. Bamber, G.R. ter Haar (John Wiley & Sons, West Sussex, 2004), p. 303-336.
W. Gilson, and S. Orphanoudakis, in: Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (IEEE, NewOrleans, 1988), pp. 473-474, https://doi.org/10.1109/IEMBS.1988.94615.
Авторське право (c) 2020 І.В. Шеіна, О.Б. Кісельов, Є.О. Баранник
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
