Daniel Eder,
"Ultraschalltomographie: Messaufbau und Rekonstruktionsverfahren"
, 1-2022
Original Titel:
Ultraschalltomographie: Messaufbau und Rekonstruktionsverfahren
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Ultraschallbildgebung nach dem Tomographie-Prinzip ist ein Ansatz, der in den vergangenen Jahren für medizinische und technische Anwendungen zunehmend an Interesse gewonnen hat. Ziel dieser Arbeit ist es, aus einfachen Komponenten einen Ultraschallscanner zu realisieren, der es ermöglicht, anhand verschiedener Testobjekte Messdaten aufzunehmen, um damit die Anwendung verschiedener tomographischer Rekonstruktionsverfahren zu untersuchen. Es werden dabei mit der aus der Computertomographie bekannten inversen Fan-Beam-Transformation und einem iterativen Rekonstruktionsansatz mit diskretisierten Bézierkurven zwei Verfahren eingesetzt, die auf die Rekonstruktion der zweidimensionalen Schallgeschwindigkeitsverteilung im Messbereich abzielen.
Zur Erzeugung und Detektion von Ultraschallsignalen werden im Messaufbau insgesamt 16 piezoelektrische Ultraschallwandler verwendet. Als Teil der Arbeit werden die Schallfelder dieser Wandler charakterisiert und die Beeinflussung der Schallfelder mittels 3D-gedruckter akustischer Linsen untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen, wird eine Geometrie zur Anordnung der Wandler im Messkopf festgelegt. Um am Sendewandler des Messaufbaues ein möglichst breites Abstrahlverhalten zu erzielen, wird an dieser Stelle eine zylindrische Streulinse appliziert.
Im Zuge der Arbeit wird der Scanner anhand zweier Objekte getestet. Um jeweils ein anorganisches und ein organisches Testobjekt zu verwenden, werden dafür ein homogener Zylinder aus Polyamid und ein gekochtes und geschältes Hühnerei eingesetzt. Es zeigt sich, dass die Rekonstruktionsalgorithmen die Position und Form beider Objekte wiedergeben und damit plausible Ergebnisse liefern. Aus Rekonstruktionsergebnissen mit simulierten Messdaten lässt sich allerdings schließen, dass der Aufbau noch deutliches Verbesserungspotential besitzt. Eine Erhöhung der Anzahl an Empfangswandlern würde beispielsweise eine deutlich genauere Rekonstruktion der Schallgeschwindigkeitsverteilung ermöglichen.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Ultrasound tomography: measurement setup and reconstruction methods
Englische Kurzfassung:
Ultrasound imaging based on the tomographic principle is gained interest for medical and technical applications in recent years. The goal of this thesis is to build an ultrasonic scanner from simple components to be able to acquire data on various test objects for an investigation on the use of different tomographic reconstruction methods. With the inverse fan-beam transform known from computed tomography and an iterative reconstruction approach based on discretized Bézier curves, two different reconstruction methods are applied to the data. Both aim at the reconstruction of the two-dimensional speed of sound distribution in the measurement volume.
For the generation and detection of ultrasonic signals, a total of 16 piezoelectric ultrasonic transducers are used in the measurement setup. As part of this thesis, the sound field of these transducers is characterized very precisely and the impact of 3D-printed acoustic lenses on their sound field is investigated. The insights of this investigation are used to determine a suitable geometry for the arrangement of the transducers in the measuring head. A cylindrical diverging lens is applied to the emitting transducer of the scanner to achieve a wider radiation pattern.
In the course of the work, the scanner is tested using two different objects. To use one inorganic and one organic test object, a homogeneous polyamide cylinder and a boiled and peeled hen's egg are used. It is shown that the chosen reconstruction algorithms reconstruct the position and shape of both objects well and thus provide plausible results. However, reconstruction results with simulated measurement data show that the setup still has significant potential for improvement. Increasing the number of receiving transducers, for example, would enable a much more accurate reconstruction of the speed of sound distribution.