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醫用超音波專題期末進度報告 Ultrasonic imaging parameters ---Attenuation Coefficient 電機所 美茹 維寧 專利技術及論文分析 一、標的分析統計表 Device Circuit Method Apparatus System Process Total Attenuation coefficient 1 0 31 17 0 1 50 二、分類 Field 篇數 Ultrasound attenuation in bones (two transducers) 14 Ultrasound attenuation in bones (one transducer) 3 Ultrasound attenuation in other tissues (breast dermis…) 4 Attenuation predicted by Biot’s theory (for bone) 9 Ultrasound attenuation in signal processing 9 三、引證族譜圖 專題主題 本次期末專題主題為衰減係數之量測及估計。在描述超音波訊號於組織 內的傳播特徵時，衰減不啻為一相當重要的參數。生物組織呈三維結構而且被描述為密度、壓縮性和吸收變動(absorption fluctuations)的分佈狀況，換句話說，即可以速度、阻抗和吸收變動性來描繪。當超音波脈衝訊號通過一介質時，聲波能量將會轉換成其他能量形式，例如：熱，並且亦會變換其行進方向，其能量轉換的過程就是所謂的吸收，而方向改變的情形即稱為散射。簡言之，衰減就是吸收以及散射的效應，而衰減量為每單位長度下，向前傳遞能量所減少的數量。 一般來說，衰減的量測方式及信號處理部分可以整理如下樹狀圖： Spectral-Shift A-scan Spectral-Difference 單一探頭 Backscattering Zero-crossing 衰減 B-scan Amplitude decay (Attenuation) Spectral centroid 一對探頭 Spectral-Shift Spectral-Difference Any other corrected methods 採用單一探頭來量取衰減係數 (一)單一探頭法 1.單一探頭法探頭法的特性 使用一個探頭量測的優點是可以使實驗設備簡單，易處理，可時也可避免對焦不正確的情形。同時在做活體實驗時，可以辨別出各個組織層間的衰減係數，而不是一個加成的效應。但是只用一個探頭來量測衰減係數時，在觀測信號上會有因為各層組織間重複反射，或是反射回來的波又經由探頭表面反射出去，造成辨識信號上的困難，故這是個值得注意的問題。 2.信號處理方法 Spectral shift 利用中心頻率下降來計算衰減係數。 ：transmitting pulse power spectrum ：receiving pulse power spectrum T：time constant (2) Spectral difference (3) Amplitude decay 在這裡的分析信號的方式是觀察反射信號的波形。對其反射回來的波形振幅取log並與時間做圖，可到一系列的pulse echo。對其反射回來的波形觀察其振幅大小，可得到類似下圖的traces。 之前曾提到用單一探頭法會有多層反射導致無法分辨造成判斷上的困惱，在此的作法是不要讓探頭直接接觸皮膚表面，把探頭拉遠使之與觀測物有一段約5公分的距離，如此因為多從反射的pulse就會落在觀測時間外，如果就可分把此不要的pulse去除。 (4) Wave dispersion 隨頻率改變之衰減會使發射的波形失真。 (二)實驗架構圖 把超音波探頭放在人體皮膚上，首先波會穿透一層軟組織，然後再進入骨頭的部位，示意圖如下： 聲波參數之估計—衰減及分散量測 (一)理論 聲波衰減參數在超音波組織特徵和非破壞性物質測試之應用上非常重要。對大部分的物質而言（包括軟組織），衰減隨頻率提高而增加，並且遵循定律，本篇利用脈衝之振幅和相位並且藉由最小平方數學觀念來估計β、n二參數，由於此參數模型加入額外限制，所以可減少水與物質界面間之反射係數對估計參數帶來的影響以及提升估計準確性。假設忽略水的衰減效應，則我們插入之物質樣本之衰