KALIBRACE ULTRAZVUKOVÉHO PRŮZVUČNÉHO SYSTÉMU VÝPOČETNÍ TOMOGRAFIE

Abstract

Tato dizertace je zaměřena na medicínskou zobrazovací modalitu – ultrazvukovou počítačovou tomografii – a algoritmy zlepšující kvalitu zobrazení, zejména kalibraci USCT přístroje. USCT je novou modalitou kombinující ultrazvukový přenos signálů a principy tomografické rekonstrukce obrazů vyvíjených pro jiné tomografické systémy. V principu lze vytvořit kvantitativní 3D obrazové objemy s vysokým rozlišením a kontrastem. USCT je primárně určeno pro diagnózu rakoviny prsu. Autor spolupracoval na projektu Institutu Zpracování dat a Elektroniky, Forschungszentrum Karlsruhe, kde je USCT systém vyvíjen. Jeden ze zásadních problémů prototypu USCT v Karlsruhe byla absence kalibrace. Tisíce ultrazvukových měničů se liší v citlivosti, směrovosti a frekvenční odezvě. Tyto parametry jsou navíc proměnné v čase. Další a mnohem závažnější problém byl v pozičních odchylkách jednotlivých měničů. Všechny tyto aspekty mají vliv na konečnou kvalitu rekonstruovaných obrazů. Problém kalibrace si autor zvolil jako hlavní téma dizertace. Tato dizertace popisuje nové metody v oblastech rekonstrukce útlumových obrazů, kalibrace citlivosti měničů a zejména geometrická kalibrace pozic měničů. Tyto metody byly implementovány a otestovány na reálných datech pocházejících z prototypu USCT z Karlsruhe.This dissertation is centered on a medical imaging modality – the ultrasonic computed tomography (USCT) – and algorithms which improve the resulting image quality, namely the calibration of a USCT device. The USCT is a novel imaging modality which combines the phenomenon of ultrasound and image reconstruction principles developed for other tomographic systems. It is capable of producing quantitative 3D image volumes with high resolution and tissue contrast and is primarily aimed at breast cancer diagnosis. The author was involved in a joint research project at the Institute of Data Processing and Electronics, Forschungszentrum Karlsruhe (German National Research Center), where a USCT system is being developed. One of the main problems in the Karlsruhe USCT prototype was the absence of any calibration. The thousands of transducers used in the system have deviations in sensitivity, directivity, and frequency response. These parameters change over time as the transducers age. Also the mechanical positioning of the transducer elements is not precise. All these aspects greatly affect the overall quality of the reconstructed images. The problem of calibration of a USCT system was chosen as the main topic for this dissertation. The dissertation thesis presents novel methods in the area of reconstruction of attenuation images, sensitivity calibration, and mainly geometrical calibration. The methods were implemented and tested on real data generated by the Karlsruhe USCT device.