ارائه‌کننده: رویا پریدار         
استاد راهنما: دکتر بابک محمدزاده اصل
استاد ناظر داخلی اول: دکتر علی محلوجی فر
استاد ناظر داخلی دوم: دکتر زهرا بهمنی
استاد ناظر خارج از دانشگاه اول: دکتر زهرا کاوه­وش (دانشگاه صنعتی شریف)
استاد ناظر خارج از دانشگاه دوم: دکتر حمید بهنام (دانشگاه علم و صنعت)
تاریخ: 1402/10/23
ساعت:  9 تا 11
مکان:  اتاق شورای دانشکده عمران، طبقه دوم

چکیده: تصویربرداری اولتراسوند یکی از رایج ­ترین تکنیک­ های تصویربرداری در زمینه­ ی پزشکی می­باشد که به دلیل داشتن مزایایی همچون غیر تهاجمی بودن و غیر یونیزه بودن، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در این روش، تولید تصویر با کیفیت بالا جهت آشکارسازی بهتر مشخصات بافت، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. همچنین، جهت بکارگیری این تکنیک در مواردی همچون تصویربرداری از حرکت قلب و یا جریان خون، دستیابی به نرخ فریم بالا امری ضروری می­باشد. نتیجه گرفته می­شود که نرخ فریم بالا همراه با کیفیت مطلوب تصاویر بازسازی شده، یک مساله­ی مهم در تصویربرداری اولتراسوند می­ باشد. تصویربرداری موج صفحه­ ای، روشی است که در آن، به جای اسکن خط­ به­ خط، کلّ بافت به یکباره تحت تابش قرار گرفته و در نتیجه، نرخ فریم بطور قابل توجهی افزایش می­یابد. اما تصویر بدست آمده از این روش، از کیفیت چندان مطلوبی برخوردار نمی­باشد. افزایش تعداد امواج صفحه­ ای و ترکیب خروجی حاصل از آن­ها، منجر به بهبود کیفیت تصویر نهایی می­ شود. اما در بکارگیری این روش بهبود یافته، باید به دو نکته توجه کرد: 1) این بهبود کیفیت، به­ ازای کاهش نرخ فریم بوده، و 2) تصویر نهایی در مقایسه با تصویربرداری اولتراسوند مرسوم، همچنان از کیفیت پایین برخوردار است. تاکنون الگوریتم ­های شکل­ دهی پرتو متفاوتی جهت بهبود کیفیت تصویر ارائه شده ­اند. همچنین، جهت افزایش نرخ فریم روش­های مختلفی ارائه شده­اند. اما در بکارگیری هر یک از این الگوریتم­ها، مصالحه­ی بین کیفیت و نرخ فریم مطرح می­ باشد.
هدف از انجام این پژوهش، کاهش هرچه بیشتر مصالحه­ ی بین کیفیت تصویر و نرخ فریم در تصویربرداری موج صفحه­ ای می­باشد. این هدف را می­توان به دو صورت تحقق بخشید: 1) ارائه­ی الگوریتم پردازشی بهبود یافته با سرعت بالا، و 2) کاهش تعداد تابش ­ها در عین حفظ کیفیت تصویر. در این پژوهش، در هر یک از موارد ذکر شده، پیشنهاداتی ارائه شده است؛ جهت بهبود کیفیت تصویر نهایی با بار محاسباتی کم، دو روش تحت عنوان­ های CSMV و TCMV ارائه شد که هر کدام دارای مزایایی می­ باشد. بطور دقیق­ تر، در روش پیشنهادی CSMV، با کاهش تعداد نمونه­های مورد نیاز که تکنیک فشرده­ سازی (CS) آن را محقق می­ کند، و در روش پیشنهادی TCMV، با کاهش تعداد نقاط تصویربرداری مورد پردازش که تکنیک تکمیل تنسور (TC) آن را محقق می­کند، سرعت پردازش بهبود می­ یابد. پیشنهاد سوم، ارائه­ ی روشی جهت انتخاب تعداد محدودی امواج صفحه ­ای با بکارگیری یک روش بهینه می­ باشد، به گونه­ای که امواج صفحه­ ای که در بهبود کیفیت تصویر نهایی، چندان موثر نیستند، حذف شده و بنابراین، بار محاسباتی در عین حفظ کیفیت تصویر، کاهش یابد. این روش پیشنهادی، Conv-based DAS نام­گذاری شده و تاثیر بسزایی در کاهش تعداد امواج صفحه­ ای دارد. در نهایت، پیشنهاد چهارم، که در راستای بهبود بیشتر پیشنهاد سوم ارائه شده است، روشی جهت کاهش بیشتر تعداد تابش ­ها همزمان با بهبود کیفیت تصویر نهایی می ­باشد. این هدف با بهره­ گیری از الگوی انتخاب Cantor، که بطور گسترده­ ای در طراحی آرایه ­های اقتصادی مورد استفاده قرار می­گیرد، محقق شده است. ارزیابی­ های صورت گرفته بر روی داده­ی PICMUS، عملکرد مطلوب پیشنهادات ارائه شده را از لحاظ افزایش کیفیت تصویر و نرخ فریم بطور همزمان، تصدیق می­کند. بطور خاص، با بکارگیری روش پیشنهادی CSMV، سرعت پردازش در مقایسه با روش مرسوم CS، از مرتبه­ ی  به  کاهش می­ یابد ( و  تعداد پیکسل­ های تصویر به­ترتیب در راستای محوری و جانبی می­باشد)، در حالیکه کیفیتی معادل با روش CS و بهبود 70% رزولوشن در مقایسه با الگوریتم رایج DAS را نتیجه می­دهد. همچنین، با بکارگیری روش پیشنهادی TCMV، با پردازش حدود 40% از نقاط تصویربرداری، امکان دستیابی به تصویری با کیفیت معادل با الگوریتم MV فراهم می­گردد که نشان­ دهنده­ ی افزایش 40% سرعت پردازش در عین حفظ کیفیت الگوریتم MV می ­باشد. با استفاده از الگوریتم پیشنهادی Conv-based DAS نیز تعداد تابش ­های مورد نیاز به اندازه­ ی 4 برابر (در داده­ی PICMUS) بدون افت کیفیت تصویر، کاهش می­ یابد که تاثیر قابل توجهی در بهبود نرخ فریم خواهد داشت؛ بطور دقیق­تر، با بکارگیری این روش پیشنهادی، می­توان با استفاده از 16 عدد تابش، تصویری با کیفیت معادل با 75 عدد تابش را تولید کرد. در نهایت، با استفاده از روش پیشنهادی مبتنی بر الگوی انتخاب Cantor، تعداد تابش های بکارگرفته شده کاهش بیشتری می­ یابد (4 الی 8 عدد تابش)، در حالیکه کیفیت تصویر در مقایسه با روش مرسوم DAS و تعداد تابش­های بیشتر، بهبود می­ یابد؛ بطور مثال، روش پیشنهادی مبتنی بر الگوی انتخاب Cantor در حالت بکارگیری 8 عدد تابش، منجر به بهبود 44% رزولوشن و 2.5% CNR (پارامتر ارزیابی کنتراست) در مقایسه با الگوریتم DAS در حالت بکارگیری 27 عدد تابش می­شود. توجه شود که با ترکیب روش ­های پیشنهادی ارائه شده، می­توان از مزایای آن­ها بصورت همزمان بهره­ مند شد و در نتیجه، بهبود نرخ فریم و کیفیت تصویر را بطور موثرتری تحقق بخشید.