의료 영상 초음파 필드의료 영상 초음파 필드

컴퓨터 Field II 소프트웨어를 이용하여 모사 실험하기 .계측 장비를 구동하여 초음파 필드를 형성하기 .

20040800 화학 정현태

Sound & Ultrasound

Sound : mechanical energy transmitted by pressure waves in a material medium

Ultrasound : sound whose frequency is greater than 20 kHz

(Hz = cycles per second)

Speed of Sound & Medium

The speed of sound is determined primarily by the characteristics of the medium.

: K is bulk modulus(stiffness) ρ is density

Table of speed of soundMaterial Sound speed (m/s)

Air 330

Water 1480

Lung 600

Fat 1460

Liver 1555

Kidney 1565

Muscle 1600

Skull bone 4080

Wavelength

• Wavelength : distance between two peaks, valleys.

Ultrasonic transducer

• The Piezoelectric effect

Axial resolution

• Pulse duration

Lateral resolution

• Beam width

• Beam width W = 1.22 * λ / d : λ, frequency d, diameter of transducer

Near field vs. Far field

• NFL(the length of the near field)

Phase array

Field II program

Setting• Transducer center frequency = 3 * 10^6 Hz• Sampling frequency = 100 * 10^6 Hz• Height of element = 0.005 m• Kerf = 0.001 m• Focus = [0 0 70]/1000 m• image positon = [0 0 70]/1000 m• line number = 50 개• sector = 20 도 , element 개수 = 128 개

Field II program

Parameter• Transducer center frequency• Kerf(distance between transducer elements [m])• Focus distance• Element of transducer• Height of element• Result of the different position

Transducer center frequency

transducer

center

frequency

[Hz]

아래 그림의

y 축 크기

3 e4 2 e -13

3 e5 4 e -17

3 e6 2 e -21

3 e7 4 e -25

3 e8 ( 신호 없음 )

element 의 높이element 의

높이 [m]

아래 그림의

y 축 크기

0.05 2 e -19

0.5 2 e -17

5 2 e -15

50 2 e -13

Kerf size

Kerf [m] 아래 그림의

y 값 최대 크기

0.0005 3 e -21

0.001 2 e -21

0.005 5 e -22

0.05 5 e -23

Number of element (channel)

Element

개수

아래 그림의

y 값 최대 크기

256 7 e -21

512 12 e -21

Position of particlePoint distance

[m],

0.07m Focus

평균 time,

[s]

0.05 60

0.06 80

0.07 110

0.08 600

0.09 1200

0.10 1300

Distance of Focus

Focus

거리 [m]

신호 세기

max

0.05 1.5 e -22

0.06 3 e -22

0.07 3 e -21

0.08 2 e -21

초음파 필드 측정 실험

Setting• Element : 30 개• Center frequency : 2.5 MHz• Kerf = 260 um• Sampling rate : 60 MHz• Pulse duration : 4kHz • Trigger delay : 44.5 us• Transducer : one way mode, phase array• Scan mode : 2D scan - pulse intensity integral

Focus at 8cm from center

• 각 element 에서 보내는 초음파가 focus 지점에 도착하기까지 걸리는 시간 차이

• 시간 차이만큼 샘플링의 Cycle 횟수를 알아내어 물속에서의 초음파 속도로 나누어준다

• 계산 후에 정수로 반올림시키면 그 값이 element 에 신호를 넣을 순서가 된다 .

• Focused at 52mm !

Thank you very much !