A New Design of the Interrogating Waves for Medical Ultrasonic Imaging Based on Wavelets and Subband Filter Banks: A Simulation Study

Medical ultrasonic imaging is a useful imaging facility known to be most safe and easy. It enables physicians to observe the inside structures of the bodies, blood flow, and motions of internal organs. Some physical properties of biologic tissues can also be estimated from backscattered sounds. However, the ultrasonic pulses interrogating the living organisms leave their footprints in the returning signals during imaging. Some significant details are buried in the footprints and their overlaps from adjacent particles. These distortions also decrease the quality of the images. Many research efforts have been made to enhance the image quality and to recover the acoustic information in various ways. In this study, a new interrogation method based on the wavelet and subband filter bank is proposed. It adopts the subband wavelet filters satisfying the perfect-reconstruction (PR) conditions as the interrogating pulses to restore the details useful in tissue characterization and to enhance the image quality. The proposed method was applied to two types of simulations of ultrasonic imaging. The results showed its ability to restore the detailsin the simulated interrogation of biologic tissues, and verified the improved image quality in the simulated imaging of general ultrasonic phantom compared with the conventional method.

의료용 초음파 영상시스템을 위한 Wavelet 과 Subband Filter Bank 에 기반한 새로운 탐침 파형의 설계: A Simulation Study

의료용 초음파 영상 장비는 안전하면서도 사용이 편리할 뿐 아니라, 인체 내부의 구조적 영상을 포함하여 혈류나 내부 장기의 움직임에 이르기까지 진단을 위한 다양한 정보를 제공한다. 뿐만 아니라 조직 특성화 영상에서는 반사된 초음파 신호로부터 생체 조직의 물리적인 특성을 파악하여 진단에 활용하기도 한다. 하지만 영상의 획득을 위해 사용하는 탐침용 초음파 펄스 신호는 인체내부를 거쳐 그 흔적이 반사신호에 남게 되고, 이는 영상의 화질 저하로 이어져 미세한 조직이나 인접한 부분의 세밀한 관찰이 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 시도 되었으나, 한정된 반사 신호로부터 탐침 펄스의 영향을 제거하고 매질의 특성을 복원하는 데에는 어려움이 있었다. 본 연구에서는 wavelet 과 subband filter bank 에 기반한 새로운 탐침용 초음파 펄스 및 그에 따른 영상획득 방법을 제안하였다. Perfect reconstruction (PR) 조건을 만족하는 일련의 wavelet filter 세트를 초음파 펄스로 구현하여 탐침에 사용하고, 반사되어온 신호를 적절히 재조합 하면 탐침 펄스의 영향이 배제되어, 매질의 세밀한 특성을 복원한 영상을 얻게 된다. 이는 조직 특성화 영상등을 위해 중요한 정보가 된다. 검증을 위해 2종류 (A-mode 와 B-mode) 의 초음파 영상 시뮬레이션에서, 제안된 방법으로 영상을 획득하였다. 그 결과, 탐침 대상의 주파수 특성을 복원할 수 있었으며, 기존의 방법에 비해 향상된 화질의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.