This paper proposes a method of measuring and imaging the stiffness of human soft tissue to diagnose cancers or tumors which have been difficult to detect in ultrasound B-mode imaging systems. To measure the soft tissue stiffness, sinusoidal vibrations are applied to it, and the magnitude of its mechanical vibration is determined by estimating the temporal variation of speckle pattern brightness in ultrasound B-mode images. It is verified by simulation and experiment that the proposed method can estimate the relative tissue stiffness from B-mode images with a relatively small amount of computation.
Nowadays, ultrasound Doppler imaging is widely used in assessing cardiovascular functions in the human body. However, a major drawback of ultrasonic Doppler methods is that they can provide information on blood flow velocity along the ultrasound beam propagation direction only. Thus, the blood flow velocity is estimated differently depending on the angle between the ultrasound beam and the flow direction. In order to overcome this limitation, there have been many researches devoted to estimating both axial and lateral velocities. The purpose of this article is to survey various two-dimensional velocity estimation methods in the context of Doppler imaging. Some velocity vector estimation methods can also be applied to determine tissue motion as required in elastography. The discussion is mainly concerned with the case of estimating a two-dimensional in-plane velocity vector involving the axial and lateral directions.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.368-373
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2009
A human tissue mimicking phantom is constructed to assess the performance of a medical ultrasound elasticity imaging system. In a human body, the tumor or cancer is stiffer than its surrounding normal tissue. A technique fur imaging the elasticity of such a tissue is referred to as elastography. Homogeneous elasticity phantoms with differing Young's moduli are constructed using a plastic hardener and softener to simulate the mechanical characteristics of a diseased human tissue. The Young's modulus of the fabricated homogeneous phantom materials were measured from 11.1 to 79.6 kPa depending on the mixing ratio of the amount of the hardener to that of the softener. An ultrasound lesion mimicking phantom was made of these materials, and ultrasound elasticity imaging was performed on it. It is confirmed in this paper that the fabricated plastic-based elasticity phantom is useful in representing the elastic characteristics of a human tissue.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.32
no.4
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pp.362-368
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2012
The objective of this study is to image the harmonic wave generated by contact acoustic nonlinearity in obliquely incident ultrasonic wave for early detection of closed cracks. A closed crack has been simulated by contacting two aluminum block specimens producing solid-solid contact interfaces and then acoustic nonlinearity has been imaged with contact pressure. Sampling phased array(SPA) and synthetic aperture focusing technique(SAFT) are used for imaging techniques. The amplitude of the fundamental frequency decreased with appling pressure. But, the amplitude of second harmonic increased with pressure and was a maximum amplitude at the simulation point of closed crack. Then, the amplitude of second harmonic decreased. As a result, harmonic imaging of contact acoustic nonlinearity is possible and it is expected to be apply for early detection of initial cracks.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.5
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pp.464-474
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2003
Ultrasonic imaging of 3-D structures for nondestructive evaluation must provide readily recognizable images with enough details to clearly show various flaws that may or may not be present. Typical flaws that need to be detected are miniature cracks, for instance, in metal pipes having aged over years of operation in nuclear power plants; and these sub-millimeter cracks or flaws must be depicted in the final 3-D image for a meaningful evaluation. As a step towards improving conspicuity and thus detection of flaws, we propose a pulse-echo ultrasonic imaging technique to generate various 3-D views of the 3-D object under evaluation through strategic scanning and processing of the pulse-echo data. We employ a 2-D Wiener filter that filters the pulse-echo data along the plane orthogonal to the beam propagation so that ultrasonic beams can be sharpened. This three-dimensional processing and display coupled with 3-D manipulation capabilities by which users are able to pan and rotate the 3-D structure improve conspicuity of flaws. Providing such manipulation operations allow a clear depiction of the size and the location of various flaws in 3-D.
A rotational pulse-echo ultrasonic propagation imager that can inspect cylindrical specimens for material nondestructive evaluations is proposed herein. In this system, a laser-generated ultrasonic bulk wave is used for inspection, which enables a clear visualization of subsurface defects with a precise reproduction of the damage shape and size. The ultrasonic waves are generated by a Q-switched laser that impinges on the outer surface of the specimen walls. The generated waves travel through the walls and their echo is detected by a Laser Doppler Vibrometer (LDV) at the same point. To obtain the optimal Signal-to-Noise Ratio (SNR) of the measured signal, the LDV requires the sensed surface to be at a right angle to the laser beam and at a predefined constant standoff distance from the laser head. For flat specimens, these constraints can be easily satisfied by performing a raster scan using a dual-axis linear stage. However, this arrangement cannot be used for cylindrical specimens owing to their curved nature. To inspect the cylindrical specimens, a circular scan technology is newly proposed for pulse-echo laser ultrasound. A rotational stage is coupled with a single-axis linear stage to inspect the desired area of the specimen. This system arrangement ensures that the standoff distance and beam incidence angle are maintained while the cylindrical specimen is being inspected. This enables the inspection of a curved specimen while maintaining the optimal SNR. The measurement result is displayed in parallel with the on-going inspection. The inspection data used in scanning are mapped from rotational coordinates to linear coordinates for visualization and post-processing of results. A graphical user interface software is implemented in C++ using a QT framework and controls all the individual blocks of the system and implements the necessary image processing, scan calculations, data acquisition, signal processing and result visualization.
In this work, a medical linear array ultrasonic transducer working in the range of 20 MHz has been developed for high-resolution ultrasonic imaging. After devising the structure of the transducer suitable for the transmission of high-frequency waves, we optimized the dimension of constituent components. Then, the process to fabricate the transducer was developed to realize the designed structure, and a prototype of the transducer was fabricated and characterized. The center frequency of the fabricated transducer was measured to be 19 MHz, and the fractional bandwidth to be 84.5 %, and the standard deviation of the sensitivity over the entire channels to be 0.74 dB. These measurement results showed good agreement with design data, which confirmed the validity of the high frequency ultrasonic transducer structure developed in this work. It was confirmed that the developed transducer with new structure had wider frequency bandwidth and uniform sensitivity than a conventional 20 MHz transducer.
Protective coatings are most widely used anticorrosive structures for steel structures. The corrosion under the coating damages the host material, but this damage is completely hidden. Therefore, a field-applicable under-coating-corrosion visualization method has been desired for a long time. Laser ultrasonic technology has been studied in various fields as an in situ nondestructive inspection method. In this study, a comparative analysis was carried out between a guided-wave ultrasonic propagation imager (UPI) and pulse-echo UPI, which have the potential to be used in the field of under-coating-corrosion management. Both guided-wave UPI and pulse-echo UPI were able to successfully visualize the corrosion. Regarding the field application, the guided-wave UPI performing Q-switch laser scanning and piezoelectric sensing by magnetic attachment exhibited advantages owing to the larger distance and incident angle in the laser measurement than those of the pulse-echo UPI. Regarding the corrosion visualization methods, the combination of adjacent wave subtraction and variable time window amplitude mapping (VTWAM) provided acceptable results for the guided-wave UPI, while VTWAM was sufficient for the pule-echo UPI. In addition, the capability of multiple sensing in a single channel of the guided-wave UPI could improve the field applicability as well as the relatively smaller size of the system. Thus, we propose a guided-wave UPI as a tool for under-coating-corrosion management.
The ultrasonic transient fields and B-mode images of a point target which were simulated for a medical ultrasonic probe with a few defective piezo-elements were compared with those for a normal probe. The present study considered a 3.5 MHz linear array probe whose acoustic beam was formed by the 64 active elements of total 192 elements. The results showed that the maximum amplitude and -3 dB width of the acoustic fields by main-lobes decreased linearly as the defective element number increased from one to four. However, the depths of foci remained almost unchanged, and the pressure differences between main-lobes and side-lobes tended to decrease due to rise in pressures in side-lobes. Such changes in ultrasonic fields affected the B-mode images of point targets. So the artifacts were formed in the right and left side of the target, and the lateral spatial resolutions were decreased while the axial resolution was almost the same.
The transient acoustic fields formed by a 3.5 ㎒ curved linear array transducer which is commonly used in ultrasonic medical imaging system for diagnosis of abdomen are systematically analyzed to obtain new design parameters for the better acoustic image. In the analysis with an assumption of radiating waveform, element size, radius of curvature, amplitude apodization are considered as parameters giving constitutive relations with the fields. As simulation results, appropriate new parameters with the reduced curvature and elevation aperture and the apodization of Hamming window, which make an improved acoustic beam with lower side lobe levels than a conventional typical transducer, are obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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