Obrazowanie ultradźwiękowe 3D/4D

Dr hab. Jurij Tasinkiewicz

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Zakład Ultradźwięków

Tematyka badawcza:

Obrazowanie ultradźwiękowe 3D/4D

Opis tematyki badawczej w zakresie proponowanej pracy doktorskiej:

- Opracowanie nowoczesnych metod rekonstrukcji obrazu ultrasonograficznego 3D w czasie rzeczywistym bazujących na technikach przetwarzania danych w domenie częstotliwości czasowo-przestrzennych,
- Opracowanie zaawansowanych algorytmów filtracji obrazu w dziedzinie spektralnej w oparciu o metody dekonwolucji z zastosowaniem sygnałów dopasowanych o rozproszonym widmie.

Badania ultrasonograficzne są obecnie powszechnie stosowane w diagnostyce medycznej oraz w terapii szeregu chorób ze względu na niski koszt badań, elastyczność, szybkość, nieinwazyjny charakter, ogólną dostępność oraz bezpieczeństwo dla pacjentów. Szeroki zakres zastosowań oraz popularność badań USG i procedur diagnostycznych wykonywanych w obrazowaniu ultrasonograficznym stworzyły zapotrzebowanie na nowy typ aparatury: mniejszej, bardziej dostępnej i przeznaczonej dla szerszego grona odbiorców, w tym mniej wykształconego personelu służby zdrowia. Ponadto, zwiększenie mocy obliczeniowej przenośnych urządzeń ultrasonograficznych pozwala oczekiwać na ich zastosowanie do obrazowania trójwymiarowego (3D) w czasie rzeczywistym (4D) w najbliższych latach. Jednak wykonanie takiego urządzenia które pozwoliło by uzyskać obrazowanie 3D/4D wysokiej rozdzielczości jest niezmiernie skomplikowane technologicznie. Wśród wyzwań można wymienić następujące:

- projektowanie elektroniki systemów nadawczo-odbiorczych,
- projektowanie i produkcja przetworników 2D,
- projektowanie obwodów elektronicznych oraz zapewnienie podłączeń szyków przetworników 2D zawierających tysiące elementów do obwodów nadawczo-odbiorczych,
- ograniczenia poboru mocy przenośnych urządzeń ultrasonograficznych,
- ogromna ilość danych wejściowo-wyjściowych,
- projektowanie efektywnych algorytmów rekonstrukcji obrazu 3D/4D.

To ostatnie zagadnienie będzie celem proponowanej tematyki badawczej w zakresie pracy doktorskiej.

Metoda dekonwolucji ma na celu skorygowanie szerokości pasma systemu obrazowania ultradźwiękowego, które jest zwykle ograniczone. Jako przyczynę tych ograniczeń wymienić można przetwornik ultradźwiękowy, zawartość widma sygnału (zarówno amplitudy jak i fazy) która zmienia się wzdłuż ścieżki propagacji (domena czasowa) jak i w zależności od kształtu wiązki ultradźwiękowej (domena przestrzenna). W takim przypadku wynik dekonwolucji jest poprawny tylko w tym miejscu obszaru rekonstrukcji, gdzie sygnał odniesienia jest zdefiniowany. Ideą projektu jest zastosowanie adaptacyjnego sygnału referencyjnego który byłby również dopasowany względem wyżej wymienionych czynników. Co więcej, wydajność metody dekonwolucji zależy w znacznym stopniu od stosunku sygnału do szumu (SNR skrót od angielskiego Signal-to-Noise Ratio). Odrębnym tematem badawczym będzie więc opracowanie i zastosowanie sygnałów o rozproszonym widmie w celu zwiększenia przepustowości systemu obrazowania ultradźwiękowego, jak i SNR. W szczególności badania będą dotyczyć opracowania metod rekonstrukcji obrazu ultradźwiękowego opartych na przetwarzaniu w dziedzinie widmowej z kompensacją przestrzennej funkcji odpowiedzi impulsowej (PSF skrót od angielskiego Point Spread Function) w celu poprawy, jakości obrazowania. W algorytmach rekonstrukcji zostanie zaimplementowana w/w metoda dekonwolucji.