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Ultrasound Imaging Using Coded Signals

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彩超

多普勒成像

多普勒成像

Modulated  (or  coded)  excitation  signals  can  potentially  improve  the  quality  and  increase  the  framerate  in  medical  ultrasound  scanners.  The  aim  of  this  dissertation  is  to  investigate  systematicallythe  applicability  of  modulated  signals  in  medical  ultrasound  imaging  and  to  suggest  appropriatemethods  for  coded  imaging,  with  the  goal  of  making  better  anatomic  and  flow  images  and  threedimensional  images.  On  the  first  stage,  it  investigates  techniques  for  doing  high-resolution  codedimaging  with  improved  signal-to-noise  ratio  compared  to  conventional  imaging.  Subsequently  itinvestigates  how  coded  excitation  can  be  used  for  increasing  the  frame  rate.  The  work  includes  bothsimulated  results  using  Field  II,  and  experimental  results  based  on  measurements  on  phantoms  aswell  as  clinical  images.

Initially  a  mathematical  foundation  of  signal  modulation  is  given.  Pulse  compression  based  onmatched  filtering  is  discussed.  Correlation  and  compression  properties  of  coded  signals  are  shownto  depend  on  a  single  parameter  of  the  coded  signals:  the  time-bandwidth  product.  It  is  shown  that,due  to  attenuation  in  the  tissues,  the  matched  flter  output  is  related  to  the  ambiguity  function  of  theexcitation  signal.  Although  a  gain  in  signal-to-noise  ratio  of  about  20  dB  is  theoretically  possiblefor  the  time-bandwidth  product  available  in  ultrasound,  it  is  shown  that  the  effects  of  transducerweighting  and  tissue  attenuation  reduce  the  maximum  gain  at  10  dB  for  robust  compression  withlow  sidelobes.

Frequency  modulation  and  phase  modulation  are  considered  separately  and  their  resolution,  sidelobes,  expected  signal-to-noise  gain  and  performance  in  tissue  imaging  are  discussed  in  detail.  Amethod  to  achieve  low  compression  sidelobes  by  reducing  the  ripples  of  the  amplitude  spectrumof  the  FM  signals  is  described.

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