超音波イメージングの基礎実験首都大学東京都市教養学部・学科理工学系電気電子工学コース B3 大田黒紘之 ※外部公開用資料 (使用データの著作権配慮済み) 構築したシステム計測用PC ステージ RS232 X-Y Stage 制御 Control Software 超音波 Rx ADC (BASIC) GPIO プローブ Tx FG(5MHZ) 画像再構成用PC H(u,v) 波形データ波形解析 Filter (java) 再構成像構築したシステム発振器 PROBE 電源 X-Y STAGE オシロ制御担当構築した画像再構成プログラム(JAVA) 再構成画像波形解析Window 各ピクセルにおける応答波形が表示可能 →画像化に必要なパラメータの決定が容易再構成画像(200×200) ①円玉傾き（トレンド）が存在 → トレンド除去の必要性 1円硬貨上の文字がみたい →後述するフィルターを検討深さ(8bit grayscale) 深さ(color) 構築したフィルター (DECONVOLUTION) 画像空間 (x,y) 周波数空間 (u,v) フィルタリング過程元画像装置の特性ぼやけた画像 f(x,y) g(x,y) (f*g)(x,y) * FFT2D F(u,v) F(u,v) IFFT2D = FFT2D IFFT2D × G(u,v) = F(u,v)G(u,v) = F(u,v)G(u,v) / G(u,v) f(x,y) (修復画像) フィルター実装テスト(1円玉画像用) 元画像ぼやけた画像修復画像 f (x, y) = P RN G(0, 255) σ=1.0 2 2 1 x +y g(x, y) = exp( ) 2⇡ 2 2 2 σ=4.0 乱数による画像を使ってフィルターの妥当性を確認フィルターによる処理 Deconvolution Filtering フィルター適用前フィルターによって若干輪郭が改善したフィルター適用後 →実際のシステムの伝達関数(インパルス応答)及び最適な修復パラメータが適用できれば、より改善する可能性軟部組織の超音波イメージング（Bモード）プローブ鶏肉水 6 2 Zwater = 1.48 ⇥ 10 [kg/m · s] 水 6 2 軟部組織 Ztissue = 1.35 ⇥ 10 [kg/m · s] 6 2 Zbone = 7.80 ⇥ 10 [kg/m · s] 骨反射信号が非常に小さい事が想定される→増幅回路の必要性ファントム実験 A ４媒質(深さ一定) B A B C C ※媒質の情報(位置・物性)が超音波によって得られている事を単純媒質モデルによって確認する 2媒質(深さ変化) 信号確認用 Bモード基礎検討（ファントム実験) 入力 A 50円 B 10円 C 1円 ※異物には硬貨を使用 A Cu+Ni(15%) B Cu C Al Bモード基礎検討（ファントム実験) A B C D A B C ※異物には抵抗を利用 D t0 ANALOG FRONT-END (B-MODE) 反射信号 (5Mhz, <1mV) LNA (G=120) 積分回路 (LPF , fc=5MHz) DC Offset 除去回路対数圧縮回路出力信号・反射信号が数百μVオーダー利用したオペアンプ →初段のアンプで数十mVまで増幅 LM6365MX ・白色雑音が支配的スルーレート:300V/us →積分回路(LPF)で除去帯域：725MHz ・ダイナミックレンジ改善（未実装） →軟部組織・骨の反射レベルがまちまち反射小反射大骨光学画像(iPhone) ※手羽先断面超音波イメージング(Bモード) (*)受信波形と送信パルスを畳み込み積分 (*) 対数圧縮適用済 8bit JETカラーマップ骨光学画像(iPhone) 白い部分→反射大黒い部分→反射小超音波イメージング(Bモード) メディアンフィルタ適用対数圧縮なし白黒カラーマップ超音波を使った通信システム(SOMETHING NEW) ねらい ①ローカルエリアにおける簡易ネット(人対人を想定) 高い秘匿性電磁波に依存しない超音波 PC MPU 送信側 MPU Tablet PC 送信側超音波を使った通信システム(SOMETHING NEW) 表示PC 送信側受信側AMP +MPU 受信側トランスデューサ超音波を使った通信システム(SOMETHING NEW) 【通信方式】 ASK変調スタートコンディションによる通信開始合図【通信速度】 30bps(実測)