Coherence Based Imaging in Echocardiography Using a 2D Matrix Array Probe

Abstract

Utmerket ultralydbildeoppløsning er viktig for å sikre høy diagnostisk verdi av ekkokardiogrammer. Denne artikkelen er en pilotstudie om ytelsen til et bildebehandlingsverktøy kalt 2D Coherence Factor. 2D Coherence Factor er et signalbehandlingsverktøy som tar sikte på å redusere støy i ultralydbilder ved å bruke en adaptiv tilnærming som utnytter koherensen til et ultralydsignal. Målet med oppgaven er å måle ytelsen til denne algoritmen på en database med pasientdata, og bedømme om teknikken fungerer best for blokkeringer av aperturen i elevasjonsretning.

Over 2200 ultralydbilder ble prosessert ved bruk av MATLAB-kode og det ble laget videoer fra bildene. Disse videoene ble deretter analysert ved hjelp av en tretrinnsmetode. Det første trinnet var en analyse av endringen i bildekvalitet for 2D CF-bildene sammenlignet med bilder behandlet med DAS-algoritmen. Det andre trinnet var å undersøke type apertureblokkering og finne ut om det var en sammenheng mellom endringen i bildekvalitet med 2D CF og variasjonen i apertureblokkeringene. Den tredje og siste tilnærmingen var å undersøke videoene i lys av deres kvalitet, apertureblokkering og også typen tversnitt som ble brukt.

Resultatene indikerer at 2D-koherensfaktoren presterer bedre når det er blokkeringer i elevasjonsretning. Av de 43 videoene som har en form for blokkering i elevasjonsretning, anses 68,12 % å ha bedre bildekvalitet når 2D Coherence Factor anvendes. I tillegg har alle de 9 videoene som viser en blokkering i kun elevasjonsretning forbedret bildekvalitet når 2D-koherensfaktoren brukes. Resultatene indikerer også at algoritmen gir bedre resultater for bilder med få blokkerte apertureelementer. Tversnittene som hadde den beste bildekvaliteten med 2D CF, var tverrsnittene med færrest blokkerte elementer. Videre har videoene som ble forbedret av 2D CF en lavere gjennomsnittlig mengde blokkerte elementer enn videoene som ikke viser noen betydelig forbedring med samme teknikk.

Resultatene i denne pilotstudien tyder på at det er en forbedring i bildekvalitet for de fleste videoene i studien. Ingen videoer fikk redusert bildekvalitet med 2D-koherensfaktoren. Disse resultatene indikerer at algoritmen bør forskes på ytterligere.

An excellent ultrasound image resolution is important in securing high diagnostic value of echocardiograms. This paper is a pilot study on the performance of an ultrasound processing tool called the 2D Coherence Factor. The 2D Coherence Factor is an ultrasound signal processing tool that aims to reduce clutter in ultrasound images by use of an adaptive approach that exploits the coherence of an ultrasound signal. The aim of the thesis is to gauge the performance of this algorithm on a database of ultrasound patient data, and judge if the technique works best for aperture blockages in the elevation direction.

Over 2200 ultrasound images were processed using MATLAB code and videos were created from the images. These videos were then analyzed using a three step method. The first step was an analysis of the change in image quality compared to the same images processed with the delay-and-sum algorithm. The second step was to examine the type of aperture blockages and figure out if there was a connection between the change in image quality with the 2D CF and the nature of the aperture blockages. The third and final approach was to examine the videos in light of their quality, aperture blockage and also the type of image view that was used during acquisition.

The results indicate that the 2D Coherence Factor performs better when there is a blockage in elevation direction. Of the 43 videos that have some form of blockage in elevation direction, 68.12 % are deemed to have better image quality when the 2D Coherence Factor is applied. In addition, all 9 videos showcasing a blockage in elevation-only direction have better image quality when the 2D Coherence Factor is used. The results also indicate that the algorithm performs better for images with few blocked aperture elements. The images views that experienced the best image quality with the 2D CF were the views with the least amount of blocked elements on average. Furthermore, the videos that were improved by the 2D CF have a lower mean amount of blocked elements than the videos that show no significant improvement with the same technique.

The results in this pilot study are indicative of there being an increase in image quality for most of the videos in the study. Also, no videos had their video quality decreased by the 2D Coherence Factor. This algorithm therefore warrants further study.