بهبود نسبت علامت به نوفه در تصويربرداري فراصداي پزشكي با تحريك كد‌شده در حضور تضعيف وابسته به بسامد

Signal to noise ratio improvement in coded excitation medical ultrasound imaging in the presence of frequency dependent attenuation

يكي از روشهاي مهم به منظور افزايش عمق تصويربرداري فراصداي پزشكي استفاده از روش هاي تحريك كد شده مي باشد. به طور متداول در اين نوع تحريك از صافي (فيلتر) منطبق براي حفظ تفكيك‌پذيري (رزولوشن) محوري استفاده مي گردد. وجود تضعيف وابسته به بسامد در محيط انتشار موج، عملكرد صافي منطبق را در فشرده سازي تپ (پالس) در سامانه هاي تحريك كد شده به شدت تحت تاثير قرار مي دهد. لذا در اين مقاله استفاده از تبديل فوريه كسري به عنوان جايگزيني براي صافي‌هاي منطبق در محيط هاي با تضعيف بالا پيشنهاد مي شود و كارايي آن مورد بررسي قرار مي گيرد. علاوه بر اين به منظور آشكارسازي علامت (سيگنال) پژواك (اكو) و مقايسه كمّي عملكرد تبديل فوريه كسري و صافي (فيلتر) منطبق، يك آشكارساز علامت (سيگنال) چِرپ در حوزه كسري پيشنهاد داده مي شود. مقايسه كيفي اين دو روش در عمق‌هاي زياد، كه علامت فراصدا با تضعيف زيادي روبرو مي شود، نشان مي دهد كه نسبت علامت به نوفه (نويز) در روش پيشنهادي بيش‌تر از روش صافي منطبق است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهند كه فشرده‌سازي تپ (پالس) با استفاده از تبديل فوريه كسري، حساسيت كم‌تري به تضعيف وابسته به بسامد دارد. به عبارت ديگر در حضور تضعيف وابسته به بسامد، احتمال آشكارسازي علامت پژواك با استفاده از تبديل فوري كسري بيش‌تر از احتمال آشكارسازي با استفاده از صافي منطبق است. مقدار بهبود قابليت آشكارسازي در روش پيشنهادي نسبت به صافي منطبق به عمق تصويربرداري و مقدار تضعيف وابسته است. هر چه عمق تصويربرداري و يا تضعيف موجود در بافت افزايش يابد، بهبود روش پيشنهادي نيز بيش‌تر مي گردد. در انتها با استفاده از نمايش زمان- بسامد ويگنر- ويل دليل عملكرد بهتر تبديل فوريه كسري در مقايسه با روش صافي منطبق در حضور تضعيف وابسته به بسامد، بررسي مي‌شود.

Coded excitation is one of the important methods to increase medical ultrasound imaging depth. Commonly match filters are used to retain the axial resolution of ultrasound images in this type of excitation. Frequency dependent attenuation in the propagation medium of ultrasound wave, degrades the pulse compression performance of matched filter in coded excitation ultrasound imaging. In this paper fractional Fourier transform is proposed as an alternative method for pulse compression in high attenuating medium. Additionally a chirp signal detector is proposed in fractional domain in order to detect the echo signals and compare the performance of matched filter and fractional Fourier transform quantitatively. The comparison of this two methods shows that signal to noise ratio of fractional Fourier transform output is more than that of matched filter in deep parts in which ultrasound wave faces high level of attenuation. Simulation results show that pulse compression with fractional Fourier transform is less sensitive to frequency dependent attenuation. In other words, in the presence of frequency dependent attenuation, the detection probability of echo signal in fractional domain is more than that of match filter. The amount of improvement in the proposed method depends on the imaging depth and the value of attenuation in the medium. In other words, the more the imaging depth the more improvement is achieved by the propose method. Finally using Wigner-Ville time-frequency representation we consider the reason of better performance of fractional Fourier transform over matched filter.