بخشی از مقاله
چکیده - در تصویربرداری با سرعت بالا مانند تصویربرداری قلبی، نرخ فریم اهمیت بسیاری دارد. ارسال همزمان چند پرتو در جهات مختلف، روشی برای افزایش نرخ فریم در تصویربرداری فراصوت است؛ اما از معایب این روش، اثر برهمنهی پرتوها است که کیفیت تصویر را پایین میآورد. در این تحقیق مبدل با استفاده از سیگنال چیرپ تحریک میشود و برای کاهش برهمنهی پرتوها، اثر وزندهی در ارسال و دریافت و زاویه بین دو پرتو بررسیشده است. با توجه به نتایج شبیهسازی با نرمافزار Field II، کمترین مقدار برهمنهی وقتی حاصلشده که از وزن Hamming در ارسال و دریافت استفادهشده و پرتوها بهاندازه 30° با هم فاصله دارند.
-1 مقدمه
تصویربرداری فراصوت، روشی ایمن، کمهزینه، قابلحمل و بیدرنگ1 است. نرخ فریم2 با تعداد ارسال پرتوها در هر فریم مشخص میشود و در سیستمهای رایج، تعداد ارسالها برابر با تعداد خطوط اسکن است. در سه دهه اخیر تحقیقات زیادی برای دستیابی به نرخ فریم بالا انجامشده و در این بخش چند روش مرتبط با این پژوهش آورده شده است.
در روش دریافت چند خط - MLA - 3، یک پرتو ارسال شده و چند خط مجاور هم در تصویر، بازسازی میشود ,1] .[2 در این روش، باید پرتو ارسال گسترده شود و این کار با استفاده از کاهش اندازه روزنه و یا ارسال یک موج صفحهای4 یا موج واگرا5، انجام میشود .[5-3] گسترش موج، قدرت تفکیکپذیری را کاهش میدهد. برای حل این مشکل از ترکیب مکانی6 میتوان استفاده کرد، که باعث کاهش در نرخ فریم میشود .[4 ,3] روش دیگر استفاده از وزندهی مکانی در روزنه ارسال، برای فرستادن بیش از یک پرتو در هر ارسال است .[6]
با این روشها میتوان همزمان دو پرتو تولید کرد. برای فرستادن همزمان بیش از دو پرتو از روش ارسال همزمان پرتوهای فوکوس شده - ارسال چند خط - - MLT - 7 ، استفاده میشود. در این این روش روزنه به چند بخش تقسیم میشود و هر بخش یک پرتو ارسال میکند .[8-7] به دلیل اینکه در ارسال هر پرتو، قسمتی از مبدل استفاده میشود، انرژی ارسالی به بافت کم خواهد بود.
با روش جمع خطوط تحریک تأخیر داده شده مشکل کاهش انرژی ارسالی حل میشود [10 ,9] که در این مطالعه این روش بکار رفته است. در حالت متداول برای هر خط از تصویر، با دادن پالس به هریک از المانها، مبدل تحریک و یک پرتو ارسال می-شود. به هریک از این پالسها، متناسب با زاویه ارسال پرتو و نقطه فوکوس موردنظر، تأخیر مناسب اعمال میشود. برای ارسال همزمان چند پرتو، پالسهای تحریک تأخیر دادهشده با هم جمع شده و المانها تحریک میشوند.
یکی از معایب این روش تداخل پرتوها است که اثر برهمنهی8 پرتوها، نامیده میشود. مطالعات اخیر نشان میدهد که در روش MLT با تعیین زاویه مناسب بین پرتوها و وزندهی میتوان تصاویر با کیفیتی در حد روشSLT1 به دست آورد .[15-11] با ترکیب MLT با MLA نرخ فریم را بیشتر می-توان افزایش داد اما کیفیت تصویر کاهش مییابد . [13]
اگرچه افزایش تعداد پرتوها، باعث افزایش انتقال انرژی به بافت تحت مطالعه میشود که میتواند اثرات زیستی داشته باشد؛ اما بررسیهای تجربی بیخطر بودن این روش را برای انسان اثبات میکند.[16 ,15] در مطالعات گذشته از تحریک سینوسی استفادهشده است و در این مطالعه از تحریک چیرپ2 استفاده میشود. همانطور که در رابطه - 1 - دیده میشود، سیگنال FM خطی یا چیرپ، یک موج مدولهشده فرکانسی خطی است که فرکانس لحظهای بهصورت خطی با زمان و مطابق با fp ±1/2 تغییر میکند؛ که B پهنای باند، fp فرکانس مرکزی، T طول زمانی و a - t - تابع مدولهشده دامنه است.
-2 روش کار
در تصویربرداری متداول، با دادن پالسهایی با تأخیر مناسب، به هریک از المانها، مبدل تحریک شده و در جهت و نقطه خاص فوکوس میشود. همانطور که در شکل - 1 - میتوان دید، برای اینکه همزمان چند پرتو ارسال شود، تحریک مناسب برای این پرتوها با هم جمع بسته و المانها تحریک میشوند. در روش MLT، سکتور به چند بخش مساوی تقسیم میشود که تعداد این بخشها برابر تعداد پرتوهای MLT است. زاویهی هر بخش برابر با زاویه بین دو پرتو مجاور هم است و هر یک از پرتوها یک بخش را تصویربرداری میکنند. شکل - 2 - یک تصویر با استفاده از روش 4MLT را نشان میدهد.
q کوپلینگ الکتریکی-صوتی بر واحد ولت بر پاسکال، a ضریب مقیاسبندی است که نشاندهنده منطقهی بینهایت کوچک از منبع میباشد، 0 چگالی محیط، c سرعت صوت، N تعداد المانها، - - سرعت مبدل، ℎ - ⃗⃗ , - پاسخ ضربه i امین المان، - - و ∆ - - وزن و تأخیر زمانی j امین المان، xmt نشان دهنده ارسال و rcv دریافت و اعداد 1 و 2 جهت پرتو است.
برهمنهی پرتوها را میتوان به دو دسته طبقهبندی کرد: - 1 برهمنهی ارسال3، انرژی لوب جانبی پرتو ارسال اول تحت تأثیر لوب اصلی اکو پرتو دوم، قرار میگیرد؛ - 2 برهمنهی دریافت1، لوب جانبی اکو پرتو دوم، تحت تأثیر انرژی لوب اصلی پرتو ارسال اول قرار میگیرد همانند شکل .[17] - 3 - برهمنهی ارسال در اطراف نقطه و برهمنهی دریافت در فاصله-ای برابر زاویه بین دو پرتو2 از نقطه ظاهر میشود. انرژی برهمنهی دریافت و ارسال در عمق ⃗ بر اساس تابعی از زاویه بین پرتوها α مطابق با رابطه - 3 - و - 4 - است.[13]
تنظیمات شبیهسازی
مبدل آرایه فازی با مشخصات زیر در شبیهسازی استفادهشده است: اندازه مبدلتقریباً 0,18mm، تعداد المانها 100، ارتفاع المان 5mm، فاصله مرکز دو المان مجاور از هم0/18mm 3، فاصله بین دو المان0/05 mm4 و فرکانس مرکزی مبدل 6MHz است. تعداد خطوط تصویر 100 است. رنج دینامیکی 60dB است. برای تحریک مبدل از سیگنال چیرپ با پهنای باند 3-9 MHz و در دریافت، از فیلتر تطبیقی استفادهشده است. از تمام روزنه، برای ارسال و دریافت پرتو، استفاده میشود. در دریافت فوکوس دینامیکی5 و در ارسال، در عمق 50mm فوکوس شده است.
برای آنالیز برهمنهی، یک نقطه در عمق 50mm در نظر گرفتهشده است. در هر بار ارسال دو پرتو بهصورت همزمان در دو جهت مختلف فرستاده میشود. برای محاسبه برهمنهی، انرژی نقاط قرارگرفته شده در ناحیه مربوط به این برهمنهیها، با هم جمع میشود. جهت بررسی تأثیر زاویه بین پرتوها و وزنهای مختلف در ارسال و دریافت بر برهمنهی، محاسبات برای زاویه بین پرتوها در بازه α ∈ [7°, 40°] و وزنهای مختلف در ارسال و دریافت، انجامشده است.
این دادهها برای هر وزن، برحسب زاویه بین پرتوها، در یک نمودار در بازه 0-60dB رسم میشود. چون دو پرتو همزمان فرستادهشده، سکتور به دو بخش تقسیمشده و هر بخش توسط یک پرتو تصویربرداری میشود؛ بنابراین اندازه کل سکتور برابر[14°, 80°] خواهد بود. برای بررسی بیشتر تأثیر وزن بر برهمنهی، تابع گسترش نقطهای برای 4 نقطه در اعماق 80mm-60-40-20 و فاصله افقی زاویهای6 از محور تقارن برابر 10mm شبیهسازیشده است. شبیه-سازی با استفاده از ارسال یک پرتو - SLT - ، دو پرتو همزمان - 2MLT - و سه پرتو همزمان - 3MLT - انجامشده است. زاویه بین دو پرتو 30° درجه خواهد بود. در ارسال همزمان یک و سه پرتو، سکتور 90° و ارسال دو پرتو 60° است.
