FIELD II je programové prostředí tvořené souborem
matlabovských funkcí, které umožňuje numerickou simulaci ultrazvukového signálu.
Program je schopen numerické simulace vyslaného a přijatého akustického
tlakového pole pro širokou škálu akustickych měničů (transducerů). Na základě
takto nasnímaných dat jsme schopni zrekonstruovat snímek např. struktury měkké
tkáně, jaký bychom získali konvenčním ultrazvukovým přístrojem.
Simulace je založena na Tupholme-Stepanishenově modelu. Tento model vychází z předpokladu, že se akustický systém chová lineárně.
Z terorie
signálu víme, že lineární systém lze popsat pomocí impulzní odezvy. V
našem případě je vstupem do systému elektrický signál, který rozkmitá
piezoelektrické elementy akustického měniče vysílající tlakový puls do
prostředí. V určitém, pevně stanoveném bodě můžeme pozorovat změny hodnot
tlaku v čase (Obr. 1). Je-li budícím signálem Diracova distribuce můžeme
časově proměnné hodnoty tlaku považovat za impulzní odezvu, označme ji
h1(t,r1). Hodnota tlaku pro libovolný budicí signál je dána jeho
konvolucí se zjištěnou impulzní odezvou. Ovšem impulzní odezva je
prostorově závislá, tj. v jiném bodě zjistíme jinou impulzní odezvu.
Z tohoto důvodu h1(t,r1) nazýváme prostorovou impulzní odezvou. Pomocí ní jsme schopni
určit průběh tlaku v libovolném bodě pro daný budící signál.
|
Obr. 1 – Akustický system
popsaný lineárním
modelem.
|
Analogicky definujeme prostorovou impulzní odezvu h2(t,r1) pro příjem. Ta je rovna příjaté odezvě na kulovou tlakovou vlnu s počátkem v určitém bodě.
Ze znalosti prostorové impulzní odezvy pro vysílání a
příjem můžeme určit celkovou impulzní odezvu akustického systému jako konvoluci
těchto dvou impulzních funkcí a elektro-mechanické přenosové funkce
ultrazvukového měniče. Tato funkce plně popisuje akustický systém a přijatý
elektrický signal je určena konvolucí celkové impulzní odezvy a budícího
signálu.
Podrobnější popis je v tomto dokumentu.
Popis instalace simulátoru FIELD.
Výpis a popis funkcí, které budete potřebovat.
Při odevzdávání přiložte zdrojový
kód. NEPOPISUJTE jak jste co udělali (to je zde na stránkách). Pouze odpovězte
na zadané otázky a zobrazte požadované grafy, obrázky, hodnoty.
Modře jsou vyznačeny
kroky co máte naprogramovat a červeně
věci co mají být ve zprávě.
Moderní ultrazvukové sondy jsou tvořeny polem piezoelektrických elementů, ktere slouží zároveň jako zdroje a snímače ultrazvukových pulsů. Existuje několik způsobů jejich fyzického rozmistění (lineární, linerání zakřivené, kruhové). Na tomto cvičení budeme zkoumat vlastnosti sondy složené z lineárního pole piezoelektrických elementů obdélníkového průřezu.
Vytvorili jsme akustický systém (stahnite si tento skript) s následujícími parametry:
field_init;
field_end;
Každý z piezoelektrických elementů si můžeme představit jako pásmovou propust s impulzni odezvou, která se v prostředí FIELD II zadává funkcí xdc_impulse.
[emittedPressureField, startTime] = calc_hp(hndEmitter, hydrophonePoints);
20*log10[ Pm_i / max(Pm_i) ].
Po přijetí jsou odražené RF signály zpracovány ultrazvukovým přístrojem způsobem, který je schématicky zobrazen na Obr. 3.
v(t) =
log(e(t))
|
Obr. 3 – Zpracování naměřených RF signálů. |
Na výpočet obrázku můžete použít skript doLinearScanning.m. Skript rovede linearní skenování oblasti a zobrazí výsledek. Projděte si zdrojový kód a identifikujte jednotlivé části: nastavení parametů sondy, inicializece struktury příjímače/vysílače, definice prostředí pomocí pozic diffuzérů a jejich koeficientů odrazu, způsob nastvení směru paprsku / ohniska, zpracování RF dat, konverze dat na snímek ve stupních šedi.
V simulátoru FIELD II budeme používat virtuální diagnostický ultrazvukový přístroj se stejnými parametrami jako v části 1.
V prostředí FIELD se ultrazvukový paprsek
směruje a zaostřuje pomocí příkazu xdc_center(Th, A) a xdc_focus(Th, 0, B), kde
Th je ukazatel na strukturu ve, které jsou uloženy parametry vysílače /
přijímače. Takto nastavený vysílač vyšle ultrazvukový pulz z bodu A
procházející bodem B (souřadnice v [m]). Tento Navíc paprsek bude mít ohnisko
v bodu B. Souřadnicový systém, viz. Obr. 6.
Zjistíme rozlišení v axiálním a laterálním směru, vykreslíme distribuci energie paprsku pro systém s jedným ohniskem:
Proveďte simulaci ultrazvukového snímku měkké tkáně, ve které je vidět struktura cysty. Odpovídající množinu difuzérů spolu s jejich koeficienty odrazu získáte funkcí generateCystPhantom(N), jejímž vstupem je počet difuzérů; N zvolte 1000.
[phntPoints, phntCoefs] =
generateCystPhantom(1000);
Modifikujte soubor doLinearScanning.m a