Obrazowanie parametryczne

Obrazowanie parametryczne
Jednym z istotnym problemów badawczych w ultrasonografii jest zagadnienie estymacji prędkości
dźwięku w obrazowanej strukturze. Informacja taka może być wykorzystana zarówno do lepszego
obrazowania (minimalizacja błędów rekonstrukcji), jak i potencjalnie do charakteryzowania różnych
rodzajów tkanek.
Standardowo, rekonstruując obraz RFów przyjmujemy stałą średnią prędkość dźwięku na całej
głębokości pomiarowej (1540m/s). W rzeczywistości prędkość w różnych rodzajach tkanek miękkich
jest różna (od 1450m/s dla tłuszczu do 1570m/s dla krwi). Jednocześnie, charakterystyka odbiciowa
struktur o różnej prędkości dźwięku może być nieodróżnialna na prezentacji B-mode.
Celem tych ćwiczeń będzie implementacja prostej metody szacującej pośrednio różnicę między
założoną prędkością dźwięku, a faktyczną prędkością dźwięku.
Metoda
Wiele metod estymujących prędkość korzysta z możliwości nadawania fal o różnym froncie falowym.
Rozważmy obrazowanie falą płaską pod dwoma kątami, np. -10 i 10 stopni. Mając zrekonstruowane
oba obrazy możemy policzyć wzajemną korelację pomiędzy obrazami (przy oknach ustalonej
długości), tworząc mapę korelacji. Zauważmy, że dopóki przyjęta do rekonstrukcji prędkość dźwięku
jest bliska rzeczywistej, obrazy z obu kątów powinny być mocno skorelowane. Pojawienie się dużej
różnicy między tymi prędkościami spowoduje "rozjechanie" się sygnałów z różnych kątów. W
konsekwencji, zmaleje korelacja między sygnałami.
W praktyce, taki obraz korelacji nie jest jeszcze obrazem prędkości dźwięku - jest to tylko pośrednia
informacja na temat rozkładu takich prędkości, którą można byłoby następnie wykorzystać do
rozwiązania odpowiedniego problemu odwrotnego. W praktyce jednak już sam taki obraz może
dostarczyć istotnej informacji diagnostycznej.
Do dyspozycji mamy plik z danymi z fantomu z inkluzją o prędkości dźwięku różnej od prędkości
dźwięku otoczenia. Tradycyjnie, parametry:
f0 = 5.5e6 # Częstotliwość nadawcza przetworników [Hz]
fs = 50e6 # Częstotliwość próbkowania [Hz]
pitch = 0.21e-3 # odległość między środkami kolejnych przetworników [m]
na = 15 # Liczba nadań
theta = [ -1.74532925e-01, -1.49599650e-01, -1.24666375e-01,
-9.97331001e-02,
-7.47998251e-02, -4.98665501e-02, -2.49332750e-02, -8.32667268e-17,
2.49332750e-02,
4.98665501e-02,
7.47998251e-02,
9.97331001e-02,
1.24666375e-01,
1.49599650e-01,
1.74532925e-01] # kąty dla kolejnych
nadań
NT = 192 # Liczba przetworników w pełnej aperturze
Ntr = 192 # Pełna subapertura nadawcza
Surowe dane RF znajdują się w tablicy o wymiarach
gdzie
odpowiada czasowi rejestracji (maksymalnej głębokości obrazowanej) danych z
pojedynczego nadania.
Zadania
1. Zaimplementować procedurę liczącą mapę współczynników korelacji w oknie głębokości
pomiędzy obrazami.
2. Zbadać taką mapę dla zrekonstruowanych danych z zadania, dla różnych kątów. Jak dobór
kątów i ich liczby wpływa na wynikową tablicę?