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Estimation of Local Attenuation From Multiple Views Using Compensated Video Signals

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The effects of time gain control, nonlinear compression, beam diffraction, and nonuniform bandpass characteristic in an ultrasonic imaging instrument are compensated by video signal processing to calculate regional ultrasonic attenuation under a narrow-band assumption. Compensation for time gain control and amplitude compression is accomplished using a measurement of the digitized output value as a function of the time gain control. Compensation for beam diffraction is performed using the scattering from a random medium reference. Compensation for nonuniform bandpass characteristics employs a measurement of the relative amplitude response over the attenuation-induced frequency downshift experienced by the signal. The decay of the compensated signal envelope with range yields an attenuation value which is assigned to the nominal centre frequency of the instrument. The method is applied to calculate the attenuation in a model random medium using multiple views to obtain an attenuation of 4.0 ± 0.5 dB/cm at 3.5 MHz in the relatively small region of 1.6 × 1.5 cm2. The calculations of attenuation value are within 5% of the value obtained using a radiation force balance system. The results indicate that video signal processing and multiple views can be used to quantify attenuation in regions of about 2 cm2 with an accuracy of the order of 10%.

Zusammenfassung

Die Auswirkungen der zeitlichen Verstärkungsregelung, der nichtlinearen Kompression, der Strahlbeugung und einer ungleichmäßigen Bandpaßcharakteristik in einem bildgebenden Ultraschallgerät werden durch eine Verarbeitung des Videosignals kompensiert, wodurch die örtliche Ultraschalldampfung unter Schmalbandbedingungen berechnet werden kann. Die Kompensation der zeitlichen Verstärkungsregelung und der Amplitudenkompression wird durch Messung des digitalisierten Ausgangswerts als Funktion der zeitlichen Verstärkungsregelung erreicht. Die Strahlbeugung kann aufgrund der Streuung von einem regellosen Referenzmedium kompensiert werden. Zur Kompensation der ungleichmäßigen Bandpaßcharakteristik wird eine Messung der relativen Amplitudenübertragung über den Bereich der dämpfungsbedingten Frequenzerniedrigung benutzt, der das Signal unterliegt. Der Abfall des kompensierten Signals mit der Entfernung liefert einen Dämpfungswert, der der nominalen Schwerpunktsfrequenz des Geräts zugeordnet wird. Die beschriebene Methode wird auf die Berechnung der Dämpfung in einem regellosen Modellmedium unter Benutzung mehrfacher Bilder angewandt und liefert eine Dämpfung von 4 ± 0,5 dB/cm bei 3,5 MHz in dem relativ kleinen Bereich von 1,6 × 1,5 cm2. Die Werte der berechneten Dampfung liegen innerhalb 5% des Wertes, der mit einer Strahlungsdruckwaage erhalten wurde. Die Ergebnisse zeigen, daß durch eine Verarbeitung des Videosignals und Heranziehung von Mehrfachbildern die Dämpfung in Bereichen von etwa 2 cm2 mit einer Genauigkeit der Gräßenordnung von 10% bestimmt werden kann.

Sommaire

Pour déterminer l'atténuation des ultrasons dans une portion d'échantillon par imagerie ultrasonore en bande étroite, nous utilisons une technique de traitement du signal vidéo qui permet de compenser les pertes de gain de retard, la compression non linéaire, la diffraction du faisceau et les irrégularités de réponse en fréquence. Les compensations du gain et de la compression se font à partir d'une mesure de la grandeur de sortie numérisée, qui tient compte du retard de l'écho. La compensation des effets de diffraction se fait par utilisation d'un étalonnage sur un milieu aléatoire de réfeéence. La compensation des irrégularités de bande passante utilise une mesure des variations de l'atténuation du signal en function de la fréquence.

La décroissance de l'enveloppe du signal compensé en fonction de la distance permet d'attribuer une valeur d'atténuation à la fréquence centrale nominale de l'appareil. La méthode est appliquée au calcul de l'atténuation dans un modèle de milieu aléatoire, en utilisant de multiples prises de vues pour obtenir une atténuation de 4,0 ± 0,5 dB/cm à 3,5 MHz dans un domaine relativement restreint de 1,6 × 1,5 cm2. Les valeurs d'atténuation ainsi calculees sont à 5% des valeurs obtenues à l'aide d'un système de mesure par tension de radiation. Les résultats indiquent que le traitement du signal vidéo associé à la prise de vues multiples permet d'évaluer l'atténuation dans des régions d'environ 2 cm2 avec une précision de l'ordre de 10%.
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Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 1993

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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