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Coded Signals for High Frequency Ultrasound Imaging

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彩超

多普勒成像

多普勒成像

Degeneration  of  articular  cartilage  is  known  as  a  serious  and  painful  knee  diseaseseriously  affecting  people  in  all  ages.  The  disease  also  marks  the  presence  of  osteoarthritiswhich  is  a  complex  musculoskeletal  disorder.  A  successful  assessment  of  the  degenerationstatus  is  of  great  importance  for  estimating  osteoarthritis  progression,  and  therebybeneficial  for  implementing  clinical  treatments.  Ultrasound  has  played  a  vital  role  inimaging  the  articular  cartilage  since  it  is  capable  of  providing  distinct  information  ofimportant  cartilage  structures.  However,  various  types  of  noise  in  ultrasound  signals  (e.g.

clutter  noise)  are  known  to  limit  the  quality  of  ultrasound  images,  especially  at  highfrequencies  where  wave  attenuation  becomes  severe.  The  possibility  for  improving  thesignal  to  noise  ratio  (SNR)  by  using  coded  signals  is  therefore  the  motivation  behind  thisthesis,  with  the  main  objective  is  to  investigate  suitable  codes  and  compression  methodsfor  cartilage  imaging.

The  main  focus  of  this  thesis  has  been  put  on  coded  ultrasound  signals  and  related  signalprocessing  methods.  Transducers  made  from  two  different  piezoelectric  materials  (PZTand  PVDF)  are  used  to  image  a  thick  cartilage  sample.  For  each  transducer,  three  differentwaveforms  (Ricker  wavelet,  Gaussian  chirped,  and  a  13-bit  Barker)  are  used  to  excite  theultrasonic  transducers.  Two  different  wave  compression  methods  (Matched  filtering  andWiener  filtering)  are  also  explored  to  decode  the  signals  received  by  transducers.  Aheadof  processing  the  received  signals,  a  time  calibration  was  used  to  compensate  for  sampletilting,  yielding  an  improved  precision  in  the  phase/time  delay.  A  maximum  method  anda  center  of  mass  method  were  used  for  calibration.

The  results  from  the  experimental  work  show  that  both  Chirp  coded  signals  and  Barkercoded  signals  work  well  in  improving  the  SNR,  and  that  both  transducers  are  able  toproduce  high  quality  images  of  the  cartilage  sample.  For  the  situations  using  codedexcitation  signals,  however,  the  PZT  transducer  has  high  requirement  for  excitationrepetition  frequency  because  of  its  built-in  delay  line.  Different  time  calibration  methodshave  their  own  applicable  conditions.  Matched  filter  and  Wiener  filter  both  perform  wellfor  decoding,  but  the  “noise”  parameter  in  the  Wiener  filter  has  to  be  adjusted  carefullyto  produce  reasonable  results.

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