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Mestrado - Danilo Fernandes Gomes

por dirppg-ct publicado 10/02/2020 11h43, última modificação 10/02/2020 11h43
Geração de imagens por ultrassom utilizando técnicas de beamformers adaptativos e sparse arrays
Quando
14/02/2020
de 08h00 até 11h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Sede Central: Sala A-306
Pessoa de contato
Prof. Joaquim Miguel Maia
Participantes
Orientador(a): Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Amauri Amorin Assef, Dr. - UTFPR
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr. - UTFPR
Prof. Marcos Santos Hara, Dr. - IFPR
Prof. Sergio Francisco Pichorim, Dr. - UTFPR
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Resumo: Os sistemas atuais de diagnóstico por imagem de ultrassom (US) baseados na transmissão de ondas planas são capazes de formar imagens em elevadas taxas de atualização e tornando simples e não invasivos procedimentos antes complexos e de considerável risco. A maioria dos sistemas de US convencionais utilizam a técnica de Delay and Sum (DAS), por sua fácil implementação e baixo custo computacional, entretanto oferecem imagens de baixa qualidade. Técnicas de beamformer adaptativos são capazes de reconstruir imagens com alta resolução e contraste, porém com implementação complexa e alto custo de processamento. Neste trabalho, sugere-se o uso das técnicas adaptativas de Minimum Variance (MV), Generalized Sidelobe Canceler (GSC) e Eigenspace Generalized Sidelobe Canceler (EGSC) baseadas em ondas planas e combinadas com Sparse Arrays com objetivo de avaliar a eficiência destes métodos com a diminuição do número de elementos do transdutor ativos na recepção e, consequentemente, diminuição na quantidade de dados gerada. Os testes dos métodos propostos foram realizados usando um conjunto de dados simulados, dados reais a partir de aquisições em um phantom mimetizador de tecidos biológicos de US e dados coletados in-vivo. Os testes foram realizados com 128 elementos para transmissão e 128, 65, 44 e 23 elementos distribuídos esparsamente na recepção. A avaliação de desempenho foi realizada usando as métricas Full Width at Half Maximum (FWHM) para a verificação das resoluções lateral/axial e a razão de contraste (CNR). Os resultados mostraram que as imagens geradas pelo método proposto, com número reduzido de elementos ativos na recepção, foram próximas às fornecidas pelo DAS em termos de resoluções espaciais e contraste, indicando que os métodos de beamformes adaptativos combinados com sparse arrays propostos são adequados para formação de imagens em Modo B de US.
Palavras-chave: Imageamento por ultrassom. Beamformer. Composição por ondas planas. Processamento adaptativo

Ultrasound imaging generation using adaptive beamformers and sparse arrays techniques
Abstract: The modern diagnosis ultrasound systems (US) based on the transmission of plane waves are capable to generate images with elevated framerates allowing sophisticated exams and making some previously complex and risky procedures simple and non-invasive. The majority of US systems use the Delay and Sum (DAS) technic due to its easy implantation and low computational cost, although they provide low quality images. Adaptive beamformer techniques are capable of reconstructing images with elevate resolution and contrast, but with complex implementation and high processing cost. In this work we suggest the use of adaptive techniques of Minimum Variance (MV), Generalized Sidelobe Canceler (GSC) and Eigenspace Generalized Sidelobe Canceler (EGSC) based on flat waves and combined with Sparse Arrays to evaluate the efficiency of these methods with decrease in the number of active elements of the transducer on reception, and consequent decrease in the amount of data generated. The evaluation of the proposed methods was performed using: a simulated dataset; actual data from acquisitions on a US biological tissue mimic phantom; and data collected in vivo. The tests were performed with 128 elements for transmission and 128, 65, 44 and 23 elements sparsely distributed at reception. Performance evaluation metrics have been done using the Full Width at Half Maximum (FWHM) for the verification of lateral/axial resolutions and the contrast ratio (CNR). The results showed that the images generated by the proposed method, with reduced number of active elements at reception, were close to those provided by the DAS in terms of spatial resolutions and contrast, indicating that the adaptive beamform methods combined with proposed sparse arrays are suitable for formation of B-mode images.
Keywords: Ultrasound imaging. Beamformer. Plane Wave Compounding. Adaptative processing.


Lista de publicações:
GOMES, DANILO FERNANDES; JOSE ZIMBICO, ACACIO ; MAIA, JOAQUIM MIGUEL ; COMAR NEVES, LARISSA ; ASSEF, AMAURI AMORIN ; KURT SCHNEIDER, FABIO ; COSTA, EDUARDO TAVARES . Sparse Arrays Method with Minimum Variance for High Quality Image in Ultrasound Ultrafast Imaging. In: 2019 IEEE SENSORS, 2019, Montreal. 2019 IEEE SENSORS, 2019. p. 1.

NEVES, L. C. ; ZIMBICO, A. J. ; MAIA, J. M. ; GOMES, D. F. ; ASSEF, A. A. ; SCHNEIDER, F. K. ; COSTA, E. T. . Adaptive beamformer with Generalized Sidelobe Canceler for Plane Wave Ultrasound Image. In: XII SIMPÓSIO DE ENGENHARIA BIOMÉDICA -I X SIMPÓSIO DE INSTRUMENTAÇÃO E IMAGENS MÉDICAS, 2019, Uberlândia. Anais do XII SEB e IX SIIM, 2019.