3D imaging systems using 2D phased arrays have a large number of active channels, compelling to use a very expensive and bulky beamforming hardware, and suffer from low volume rate because, in principle, at least one ultrasound transmit-receive event is necessary to construct each scanline. A high speed 3D imaging method using a cross array proposed previously to solve the above limitations can implement fast scanning and dynamic focusing in the lateral direction but suffer from low resolution except at the fixed transmit focusing along the elevational direction. To overcome these limitations, we propose a new real-time volumetric imaging method using a cross array based on the synthetic aperture technique. In the proposed method, ultrasound wave is transmitted successively using each elements of an 1D transmit array transducer, one at a time, which is placed along the elevational direction and for each firing, the returning pulse echoes are received using all elements of an 1D receive array transducer placed along the lateral direction. On receive, by employing the conventional dynamic focusing and synthetic aperture method along lateral and elevational directions, respectively, ultrasound waves can be focused effectively at all imaging points. In addition, in the proposed method, a volume of interest consisting of any required number of slice images, can be constructed with the same number of transmit-receive steps as the total number of transmit array elements. Computer simulation results show that the proposed method can provide the same and greatly improved resolutions in the lateral and elevational directions, respectively, compared with the 3D imaging method using a cross array based on the conventional fixed focusing. In the accompanying paper, we will also propose a new real-time 3D imaging method using a cross array for improving transmit power and elevational spatial resolution, which uses linear wave fronts on transmit.
A harmonic quadrature demodulation method to extract the second harmonic component from focused ultrasound signals after a single transmit-receive event is proposed. In the proposed method, the focused ultrasound signal is converted into baseband inphase and quadrature components by multiplying with sine and cosine signals both having twice the center frequency of the transmitted signal and filtering the two modulated signals. The quadrature component is then passed through a Hilbert filter to be added to the inphase component, which leaves only the envelope of the second harmonic component. A novel phase estimation technique is employed in the proposed method to avoid the phase mismatch between the focused signal and the two modulating signals. The proposed method is verified through both theoretical analysis and computer simulations. It is shown that compared to the pulse inversion scheme the proposed method provides almost the same results for stationary targets and significantly improved harmonic to fundamental ratio for moving targets.
Clement Chun Ho Wu;Samuel Jun Ming Lim;Damien Meng Yew Tan
Clinical Endoscopy
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v.57
no.4
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pp.434-445
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2024
Pancreatic cystic lesions (PCLs) have increased in prevalence due to the increased usage and advancements in cross-sectional abdominal imaging. Current diagnostic techniques cannot distinguish between PCLs requiring surgery, close surveillance, or expectant management. This has increased the morbidity and healthcare costs from inappropriately aggressive and conservative management strategies. Endoscopic ultrasound (EUS) needle-based confocal laser endomicroscopy (nCLE) allows for microscopic examination and delineation of the surface epithelium of PCLs. Landmark studies have identified characteristics distinguishing various types of PCLs, confirmed the high diagnostic yield of EUS-nCLE (especially for PCLs with an equivocal diagnosis), and shown that EUS-nCLE helps to change management and reduce healthcare costs. Refining procedure technique and reducing procedure length have improved the safety of EUS-nCLE. The utilization of artificial intelligence and its combination with other EUS-based advanced diagnostic techniques would further improve the results of EUS-based PCL diagnosis. A structured training program and device improvements to allow more complete mapping of the pancreas cyst epithelium will be crucial for the widespread adoption of this promising technology.
External beam radiation therapy (RT) can induce toxicity in patients surgically treated for breast cancer. Modern irradiation techniques have lowered the incidence and severity of radiation-induced injuries; however, their side effects on normal tissues remain challenging. This review illustrates early and late changes observed using ultrasound (US) imaging, including echocardiography, at the skin, muscle, pleura, lungs, and heart levels. The US findings and the potential role of this technique in detecting and grading early and late complications of RT are highlighted in this article. US has proven useful in the differential diagnosis of post-RT complications, including but not limited to cancer recurrence and toxicity from other sources, such as anticancer drugs. Additionally, considering the progressive nature of RT-induced injury, early detection of toxicity may be helpful in the individual stratification of damage risk and serve as a tool for patient screening and management. In these cases, US can be used as a radiation-free biomarker of RT side effects at the subclinical stage.
A coded excitation has been studied to improve the performance for ultrasound imaging in term of SNR, imaging frame rate, contrast to tissue ratio, and so forth. However, it requires a complicated arbitrary waveform transmitter for each active channel that is typically composed of a multi-bit Digital-to-Analog Converter (DAC) and a linear power amplifier (LPA). Not only does the LPA increase the cost and size of a transmitter block, but it consumes much power, increasing the system complexity further and causing a heating-up problem. This paper proposes an optimized 1.5bit fourth order sigma-delta modulation technique applicable to design an efficient arbitrary waveform generator with greatly reduced power dissipation and hardware. The proposed SDM can provide a required SQNR with a low over-sampling ratio of 4. To this end, the loop coefficients are optimized to minimize the quantization noise power in signal band while maintaining system stability. In addition, the decision level for the 1.5 bit quantizer is optimized for a given input waveform, which results in the SQNR improvement of more than 5dB. Computer simulation results show that the SQNR of a FM(frequency modulated) signal generated by using the proposed method is about 26dB, and the peak side-lobe level (PSL) of its compressed waveform on receive is -48dB.
In this paper, a new beamforming technique is proposed, which can completely eliminate all the artifacts caused by digital scan converter. In the proposed method, named display-pixel-based focusing(DPBF) by the authors, ultrasound waves are focused directly at the display pixels instead of sampling points on the polar coordinate. Consequently. the DPBF system does not require the digital scan converter. To verify the proposed method, we modified a commercial scanner and performed experiments with a 3.5 MHz convex array and a 7.5 MHz linear array. We also defined and measured ICRA/B(Image Coarseness Ratio) to compare the image quality quantitatively. The experimental results with in vivo and in vitro data show that the proposed method improves the ICRA/B considerably, resulting in much smoother and finer images.
Objective: Rehabilitative ultrasound imaging is a safe and noninvasive technique for evaluating muscle thickness. A dual probe-fixing frame (DPF) can provide visual feedback during exercises targeting specific muscles. The purpose of this research was to verify the reliability and validity of the DPF for dual-probe ultrasound (DPU)-based visual feedback exercises, allowing users to use both hands freely. Design: This cross-sectional study used repeated measures to compare muscle thickness measurements obtained using the handheld device and DPF with DPU. Methods: Twenty healthy adults participated in the study. Measurements were taken over two sessions, with a two-day interval between the sessions. The thicknesses of the rectus abdominis (RA) and transverse abdominis (TrA) muscles were measured using DPU. The DPF with DPU developed by the research team, was used along with a laptop-based muscle viewer. Bland-Altman analysis and intraclass correlation coefficients (ICCs) calculations were used in statistical analyses to evaluate agreement and reliability, respectively. Results: The results of the Bland-Altman analysis showed small average differences between the handheld and DPF methods for both RA and TrA muscle thicknesses. Inter-rater reliability analysis showed high ICC values for DPF measurements of both RA (0.908-0.912) and TrA (0.892-741) muscle thicknesses. Intra-rater reliability analysis also showed good ICC values for measurements taken by a single examiner over two days. Conclusion: The findings of this study demonstrate that the DPF provides reliable and valid measurements of muscle thickness during visual feedback exercises using the DPU.
Min Kyoung Lee;Dong Gyu Na;Leehi Joo;Ji Ye Lee;Eun Ju Ha;Ji-Hoon Kim;So Lyung Jung;Jung Hwan Baek
Korean Journal of Radiology
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v.24
no.1
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pp.22-30
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2023
Ultrasonography (US) is a primary imaging modality for diagnosing nodular thyroid disease and has an essential role in identifying the most appropriate management strategy for patients with nodular thyroid disease. Standardized imaging techniques and reporting formats for thyroid US are necessary. For this purpose, the Korean Society of Thyroid Radiology (KSThR) organized a task force in June 2021 and developed recommendations for standardized imaging technique and reporting format, based on the 2021 KSThR consensus statement and recommendations for US-based diagnosis and management of thyroid nodules. The goal was to achieve an expert consensus applicable to clinical practice.
A method to reduce seam line artifact in spatial compounding of ultrasonic images is presented. Spatial compounding is a speckle reducing imaging technique in which a number of ultrasound images of a given target that have been obtained from multiple view angles are combined into a single compounded image by combining the data received from each data point in the compounded image. Since different view angle results in different view area, and the images of different view arms are combined into an image, the compounded image consists of regions with different signal to noise ratio, and the boundary lines between these regions are visible as seam lines in the compounded images. In this paper, we present an algorithm that reduces the visibility of this seam line in the spatially compounded images. Design procedure for a FIH filter is described and the results of applying the filter to in-vivo ultrasonic images are analyzed.
Kim, Hyo-Geun;Aowlad Hossain, A.B.M.;Lee, Soo-Yeol;Cho, Min-Hyoung
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.32
no.2
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pp.158-164
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2011
Breast cancer is the most frequently appearing cancer in women, these days. To reduce mortality of breast cancer, periodic check-up is strongly recommended. X-ray mammography is one of powerful diagnostic imaging systems to detect 50~100 um micro-calcification which is the early sign of breast cancer. Although x-ray mammography has very high spatial resolution, it is not easy yet to distinguish cancerous tissue from normal tissues in mammograms and new tissue characterizing methods are required. Recently ultrasound elastography technique has been developed, which uses the phenomenon that cancerous tissue is harder than normal tissues. However its spatial resolution is not enough to detect breast cancer. In order to develop a new elastography system with high resolution we are developing x-ray elasticity imaging technique. It uses the small differences of tissue positions with and without external breast compression and requires an algorithm to detect tissue displacement. In this paper, computer simulation is done for preliminary study of x-ray elasticity imaging. First, 3D x-ray breast phantom for modeling woman's breast is created and its elastic model for FEM (finite element method) is generated. After then, FEM experiment is performed under the compression of the breast phantom. Using the obtained displacement data, 3D x-ray phantom is deformed and the final mammogram under the compression is generated. The simulation result shows the feasibility of x-ray elasticity imaging. We think that this preliminary study is helpful for developing and verifying a new algorithm of x-ray elasticity imaging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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