Objective. Transmit Beam Pattern (TBP) optimization is an important task in medical ultrasound. State-of-the-art TBP optimization has well-known drawbacks like non-uniform beam width over depth, presence of significant side lobes and quick energy drop out after the focal depth. To overcome these limitations, we developed a novel optimization approach for TBP by focusing the analysis on the narrow band approximation of the TBP, particularly suited for Continuous Wave Doppler (CWD) and Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) elastography, and considering transmit delays as free variables instead of linked to a specific focal depth. Approach. We formulate the problem as a non linear Least Squares problem to minimize the difference between the TBP corresponding to a set of delays and the desired one, modeled as a 2D rectangular shape elongated in the direction of the beam axis. The narrow band case leads naturally to reformulate the problem in the frequency domain, with a significant computational saving with respect to time domain. Main Results. Results obtained by our synthetic software simulation show the main lobe width is considerably more intense and uniform over all the depth range with respect to the state-of-the-art optimization. The intensity gain of the beam ranges from $17\%$ to $54\%$ with respect than the standard focused beam patterns, the uniformity gain of the beam width ranges from $3.5$ to $9$ times the standard level and the side lobe variability reduction ranges from $1.1$ to $2.8$ times the standard level. Our optimized delay profile results in a combination of standard delay profiles at different focal depths. Significance. The proposed method improves the concentration of the ultrasound energy along a desired axis resulting in increased measurement accuracy in ARFI elastography and CWD modalities.


翻译:为克服这些限制,我们为TBP开发了一种新型优化方法,将分析重点放在TBP的窄带近似值上,特别适合连续波多普勒和声频辐射力脉冲仪,并考虑将延迟作为自由变量传送,而不是与特定焦距相连。 方法。我们将问题发展成非线性最低方块宽度问题,以尽量减少TBP与一系列延迟相对应的显著侧叶和快速能量下降之间的差别。为了克服这些限制,我们为TBP开发了一种新型优化方法,将分析重点放在TBP的窄带近似值上,特别适合连续波多普勒和声频辐射力量脉冲仪,并考虑将延迟作为自由变量传送,而不是与特定焦距连接。我们综合软件模拟的结果显示,在内部平面平面平面平面平流度中,从内部平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平底面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面平面。

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