High frequency ultrasound imaging typically suffers from low sensitivity due to the small aperture of high frequency transducers and shallow imaging depth due to the frequency-dependent attenuation of ultrasound. These limitations should be overcome to obtain high-frequency, high- resolution ultrasound images. One practical solution to the problems is a high-performance signal receiver capable of detecting a very small signal and amplifying the signal with minimal electronic noise addition. This paper reports a recently developed low-noise, wideband ultrasound receiver for high-frequency, high-resolution ultrasound imaging. The developed receiver has an amplification gain of up to 73 dB and a variable amplification gain range of 48 dB over an operating frequency of 80 MHz. Also, it has an amplification gain flatness of ${\pm}1dB$. Due to these high performances, the developed receiver has a signal-to-noise ratio of at least 8.4 dB and a contrast-to-noise ratio of at least 3.7 dB higher than commercial receivers.
In this paper, the rationale and contents of the special issue of the Journal of the Acoustical Society of Korea regarding comprehensive reviews on past, present and future of biomedical ultrasound are described. Brief descriptions of invited articles are given, and efforts by all contributing authors are gratefully acknowledged.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.41-45
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2006
The fabrication process of fiber placement system of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) requires real time process control and reliable inspection to ensure quality by preventing defects such as delamination and void. Therefore, novel non-contact inspection technique is required during the non-destructive evaluation in a fiber placement system. For the inspection of delamination in CFRP, various methods to receive laser-generated ultrasound were applied by using piezoelectric transducer, air-coupled transducer, wavelet transform and scanning laser ultrasonic technique. Laser-generated ultrasound was received with a conventional piezoelectric sensor in contacting manner. Then signal characteristics due to defects were analyzed to find a factor for detecting defects. Air-coupled transducer was used for reception of laser-generated guided wave using linear slit array in order to generate high frequency guided wave. And line scan technique was used to confirm the capability of on-line application. The high frequency component of laser-generated guided wave received with piezoelectric sensor disappeared after propagating through delamination region. Nevertheless, it was failed to receive high frequency guided wave in using air-coupled transducer. The first peak of the frequency spectrum under 100kHz in the delamination region is higher than in the sound region. By using this feature, the line scanned frequency data were acquired in fully non-contact generation and reception of ultrasound. This method was proved as useful technique for detecting delamination in CFRP.
Ultrasound is one of the effective methods for skin treatment. The skin penetration depth of the ultrasound depends on the ultrasonic frequency, that is, when the ultrasonic frequency is high, the depth is shallow. We have developed a transducer which can generate effectively 3 different ultrasonic frequencies removing interference between 3 types of frequencies according to impedance matching technology. The generated powers of transducer are 40.67W at 3.MHz, 17.46W at 11.7 MHz, and 14.79W at 21.5 MHz. The signal interference between the three frequencies is designed so that they do not interfere with each other by separating the signals using the SPDT (Single Pole, Double Throw) switch. The developed hybrid ultrasound transducer can be applied in skin care or skin treatment and beauty therapy.
It is important to develop a transducer that generates uniform output power through frequency control of the HIFU at 4 MHz frequency for the high intensity focused ultrasound (HIFU) skin diseases treatment. In this paper, a 4 MHz frequency band HIFU system for skin disease treatment was designed, manufactured and developed. In HIFU, even for the ultrasonic vibrator in the 4 MHz frequency band, the characteristics of the output power of the HIFU are different depending on the difference in the thickness of the PZT material. Through the development of a system amplifier, the sound output of the HIFU transducer was improved to more than 48 W and uniform output power control was possible. And, it is possible to control the output power even in a frequency band of 4.0 to 4.7 MHz, which is wider than 4.0 MHz, and shows the resonance frequency of the transducer. The maximum output power for each frequency was 49.969 W and the minimum value was 48.018 W. The maximum output power compared to the minimum output power is 49.969 W, which is uniform within 4.1%. It was confirmed that the output power of the HIFU through the amplifier can be uniformly controlled in the 4 MHz frequency band.
Opto-acoustic systems provide structural and functional information regarding biological tissues. Conventional opto-acoustic systems typically employ continuous or pulsed lasers as transmission sources. Compared to lasers, light emitting diodes (LEDs) are cost-effective and relatively portable excitation sources but are non, coherent. Therefore, in this study, a relatively low cost lens - a type of Ramsden eyepiece - was specially designed to theoretically calculate the illumination and achieve a constant brightness across the pupil of an eye. In order to verify the capability of the developed light-emitting diode-acoustic (LEDA) systems, we carried out experiments on bovine and bigeye tuna eyeball samples, which are of similar size to the human eye, using low frequency (10 MHz) and high frequency (25 MHz) ultrasound transducers. High frequency ultrasound transducers are able to provide higher spatial resolution compared to low frequency ultrasound transducers at the expense of penetration depth. Using the 10 MHz and 25 MHz ultrasound transducers, acceptable echo signals (3.82, 3.94, and 5.84 mV at 10 MHz and 282, 1557, 2356 mV at 25 MHz) from depth greater than 3 cm and 6 cm from the anterior surface of the eye were obtained. We thereby confirmed that the LEDA system using a pulsed LED with the designed Ramsden eyepiece lens, used in conjunction with low and high frequency ultrasound transducers, has the potential to be a cost-effective alternative method, while providing adequate acoustic signals from bovine and bigeye tuna ocular areas.
In the diagnostic ultrasound (US) transducer technology, the high frequency US(HFUS) transducer over 20 MHz is one of the current issues to be pursued for better resolution with the expense of penetration. HFUS single element transducers and the mechanical scanning systems for imaging are reviewed, and HFUS array transducers are also briefly summarized. HFUS applications such as the human applications in ophthalmology and dermatology and small animal applications for research purposes are reviewed with vascular and blood imaging in this paper.
The paper looked into the effects of the spectral properties (waveform) of the high intensity focused ultrasound on suppression of the ultrasonic cavitation. Three different types of ultrasound were considered in the study, which were sinusoidal (1 MHz, 5 MPa), frequency modulated (from 1 MHz to 6 MHz for 10 ㎲, 5 MPa), asymmetrically shocked (fundamental frequency 1 MHz, peak positive pressure 12 MPa, peak negative pressure -4 MPa). The temporal response of an air bubble in water initially 1 ㎛ in radius to each type of the ultrasound was predicted using Gilmore bubble dynamic model and Church's rectified gas diffusion equation. It was shown that the radially pulsating amplitude of the bubble was greatly reduced for the frequency modulated wave and was little decreased for the shock wave, compared to the case that the bubble was exposed to the sinusoidal wave. It is interesting that the bubble response to the frequency modulated wave remains similar when the frequency component of the modulated ultrasound is beyond the bubble resonant frequency 3 MHz. This implies that, although the ultrasound is modulated up to 3MHz rather than up to the present 6 MHz, it is likely to produce similar cavitation suppression effects. In practice, it means that a typical narrow band ultrasonic transducer can be taken to generate an appropriate frequency modulated ultrasound to reduce cavitation activity. The present study indicates that ultrasonic cavitation may be suppressed to some extent by a proper spectral modification of high intensity ultrasound.
Purpose: This study conducts quantitative evaluation or structural and functional characteristics or normal skeletal muscle with ultrasound image and surface electromyography, and is to provide basic materials for utilizing ultrasound image analysis in physical therapy diagnosis and assessment of skeletal muscle. Methods: Measurement of three stages was conducted with 88 normal adults between their twenties and seventies, correlations and differences using collected data according to age and gender were compared and correlations among measured items were analyzed and then the following conclusions were obtained. Results: Analysis of ultrasound image of normal skeletal muscle showed that density, median frequency had the closest relations with age. In addition, it was found that there were high correlations between density explaining structural characteristics of skeletal muscle and median frequency explaining functional characteristics. Conclusion: Analysis of ultrasound image makes complex evaluation of structure and function of skeletal muscle possible when it is connected with functional evaluation method using physical measurement surface electromyography as well as quantitative evaluation of structural changes of skeletal muscle and is effective in complementing physical therapy diagnosis centering around functionality evaluation.
Transdermal drug delivery offers various advantages over conventional drug delivery systems, such as avoidance gastrointestinal degradation and hepatic first-pass effect. encourages patient compliance. and possible sustained release of drugs. However, transdermal transport of drugs is low permeability of the stratum corneum, the superficial layer of the skin. Many physicochemical and biological factors influencing transdermal transport is described together with the corresponding experimental and clinical results. Phonophoresis is medical treatment with drugs introduced into the skin by ultrasound energy. Enhanced drug penetration is through to result from the biophysical alterations of skin structure by ultrasound waves. The frequency used for phonophoresis is usually from 20 kHz to 15MHz. Phonophoresis can be categorized in to three ranges: low-frequency range(below 1 MHz). therapeutic frequency range(1 to 3MHz), and high-frequency range(above 3 MHz). The depth of penetration of ultrasound into skin is inversely proportional to the frequency. Cavitation may cause mechanical stress. temperature elevation, or enhanced chemical reactivity causing drug transport. One theory is that ultrasound affects the permeation of the stratum corneum lipid structure as the limiting step in permeating through the skin. The range of indications for phonophoresis is wide. Aspecific classification of the range of indications is obtained by classification of pathological conditions. The continuous research is needed for many interesting issucs of phonophoretic transdermal delivory in new future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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