Simulação com transdutor operando na frequência central de 1,5 MHz

São apresentados os resultados obtidos para a simulação com o phantom tridimensional do K-Wave em uma simulação com distorção na grade computacional para o caso de um transdutor ressonando na frequência central de 1,5 MHz.

Na Figura 5.1, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a imagem harmônica tecidual – THI (direita).

Figura 5.1 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem harmônica tecidual (direita). (Fonte:

Autora).

Na Tabela 5.1, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.1.

Tabela 5.1 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e THI.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅𝐶 THI 𝐶𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅𝐶 THI Primeira Esfera 12,37 22,83 8,35 13,61 Segunda Esfera 17,19 18,90 12,27 10,71 Terceira Esfera 15,40 27,62 10,16 17,71

É esperado um aumento na resolução de contraste em imagens harmônicas quando comparadas com uma imagem em Modo-B. Desta forma, os resultados da análise de CNRc, mostrados na Tabela 5.1, estão de acordo com o que é esperado tanto para as regiões da primeira quanto da terceira esfera, mas não para a segunda esfera. A hipótese mais provável para tal resultado é a da grande variação dos valores obtidos pelas métricas em função do tamanho e da região escolhida. Por outro lado, houve um aumento na relação sinal-ruído composta, de acordo com a Tabela 5.1, para todas as regiões analisadas.

Na Figura 5.2, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a imagem harmônica por inversão de pulso – PIHI sem etapa de remoção da frequência fundamental (direita).

Figura 5.2 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem harmônica por inversão de pulso sem

filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.2, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.2.

Tabela 5.2 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e PIHI.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅𝐶 PIHI 𝐶𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅𝐶 PIHI Primeira Esfera 12,37 15,32 8,35 0,28 Segunda Esfera 17,19 21,81 12,27 2,09 Terceira Esfera 15,40 12,96 10,16 0

É esperado um aumento na resolução de contraste em imagens harmônicas quando comparadas com uma imagem em Modo-B. Desta forma, os resultados da análise de CNRc, apresentados na Tabela 5.2, não estão de acordo com o que é esperado. Fica patente a necessidade do filtro para amplificação dos sinais de primeira harmônica na reconstrução da imagem pela técnica de PIHI.

Na Figura 5.3, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a imagem harmônica por inversão de pulso – PIHI com filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica (direita).

Figura 5.3 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem harmônica por inversão de pulso com

filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.3, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.3.

Tabela 5.3 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e PIHI com filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅_𝐶 PIHI 𝐶𝑁𝑅_𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅_𝐶 PIHI Primeira Esfera 12,37 23,00 8,35 3,00 Segunda Esfera 17,19 29,00 12,27 4,17 Terceira Esfera 15,40 29,00 10,16 1,29

Os resultados da análise de SNRc para a imagem harmônica por inversão de pulso implementada com a etapa de remoção da frequência fundamental está de acordo com o esperado para todas as regiões analisadas. O mesmo não ocorreu para a análise de CNRc. Este resultado não era esperado e isso deverá ser investigado em outros trabalhos.

Na Figura 5.4, pode-se visualizar a imagem PIHI sem a etapa de remoção da frequência fundamental (esquerda) e a imagem PIHI com filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica (direita).

Figura 5.4 – Imagens reconstruídas: imagem PIHI sem a etapa de remoção da frequência fundamental

(esquerda) e a imagem PIHI com filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.4, são mostrados os valores SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.5.

Tabela 5.4 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em PIHI sem filtro passa-faixa e PIHI com filtro passa-faixa centrado na frequência da primeira harmônica.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 PIHI sem filtro 𝑆𝑁𝑅_𝐶 PIHI com filtro 𝐶𝑁𝑅_𝐶 PIHI sem filtro 𝐶𝑁𝑅_𝐶 PIHI com filtro Primeira Esfera 15,32 23,00 0,28 3,00 Segunda Esfera 21,81 29,00 2,09 4,17 Terceira Esfera 12,96 29,00 0 1,29

Para todas as regiões analisadas foi possível observar uma melhora nos resultados obtidos para ambas as métricas (SNRc e CNRc) para a imagem reconstruída com a etapa de filtragem da frequência fundamental em relação à imagem sem esta etapa.

Pode-se perceber, ao comparar as duas imagens, de forma qualitativa, que a imagem sem a remoção da frequência fundamental se assemelha muito com a imagem em Modo-B, o que não ocorre com a imagem com etapa de filtro passa- faixas, que visivelmente, se assemelha com uma imagem de maior resolução, que é o desejado para esta técnica.

Na Figura 5.5, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a uma composição espacial de quadros – CEI em Modo-B com ∆θ=5° (direita).

Figura 5.5 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem por composição de quadros em Modo-

B com ∆θ=5° (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.5, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.5.

Tabela 5.5 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e CEI em Modo-B com ∆θ=5°. Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅_𝐶 CEI 𝐶𝑁𝑅_𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEI Primeira Esfera 12,37 31,48 8,35 20,50 Segunda Esfera 17,19 39,00 12,27 29,28 Terceira Esfera 15,40 14,46 10,16 9,69

Com a aplicação da técnica de composição espacial de imagens espera-se um aumento nas relações SNRc e CNRc, o que pode ser observado para as regiões da primeira e segunda esferas analisadas, excetuando-se a região da terceira esfera, como pode ser visto na Tabela 5.5. Um dos fatores que pode ter influenciado para essa divergência é que a mesma dimensão de área foi utilizada para as três ROIs e para o background. Entretanto, a terceira esfera é a maior esfera, e, possivelmente seja necessária uma maior área tanto dentro da ROI, quanto do

background (visto que devem ter dimensões próximas) para a análise da SNRc e

CNRc desta região. Outra possibilidade para explicar a discrepância entre resultado esperado e obtido, é que a forma como foi feita a composição de quadros, há regiões que não passaram pelo mesmo processo de média dos valores dos pixels devido aos ângulos utilizados (veja-se as figuras 4.8 e 4.9). Para trabalhos futuros, dever-se-á utilizar um artifício computacional para aumentar a área completamente composta da imagem resultante.

Mesmo com essas divergências entre o que era esperado e os resultados obtidos pelas métricas, ainda é possível avaliar qualitativamente a redução do aspecto granuloso que ocorre devido ao artefato speckle além de melhor definição das bordas dos alvos da Figura 5.5.

Na Figura 5.6, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e uma composição espacial de quadros harmônicos – CEIH com ∆θ=5° (direita).

Figura 5.6 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem por composição de quadros harmônicos

com ∆θ=5° (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.6, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.6.

Tabela 5.6 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e CEIH com ∆θ=5°. Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅_𝐶 CEIH 𝐶𝑁𝑅_𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEIH Primeira Esfera 12,37 32,12 8,35 21,35 Segunda Esfera 17,19 19,80 12,27 12,53 Terceira Esfera 15,40 34,49 10,16 23,63

Com a aplicação da técnica de composição espacial de imagens espera-se um aumento na SNRc e na CNRc, o que pode ser observado para as regiões analisadas, de acordo com a Tabela 5.6. Também é possível avaliar qualitativamente a melhor definição das bordas e a redução do aspecto granuloso que ocorre devido ao artefato speckle ao observar a Figura 5.6.

Até onde a autora conhece, esta técnica de composição de quadros harmônicos não está descrita na literatura. Não se conhece como as empresas que produzem equipamentos de ultrassom médico realizam a formação de imagens harmônicas e compostas. Acredita-se que, se a técnica aqui apresentada for implementada de forma rápida o suficiente para permitir a visualização de estruturas em tempo real (mais do que 30 quadros por segundo), tem-se claramente um processo inovador na área. Como se verá a seguir, o mesmo resultado aparece com a composição de quadros harmônicos com diferentes ângulos e número de quadros compostos.

Na Figura 5.7, pode-se visualizar as seguintes imagens: composição espacial de quadros em Modo-B – CEI (esquerda) e composição espacial de quadros harmônicos – CEIH (direita), ambas com ∆θ=5°.

Figura 5.7 – Imagens reconstruídas: composição espacial de quadros em Modo-B – CEI (esquerda) e composição espacial de quadros harmônicos – CEIH (direita), ambas com ∆θ=5°. (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.7, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.7.

Tabela 5.7 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens obtidas por composição espacial de quadros em Modo-B – CEI e composição espacial de quadros harmônicos – CEIH, para ∆θ=5°.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 CEI 𝑆𝑁𝑅_𝐶 CEIH 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEI 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEIH Primeira Esfera 31,48 32,12 20,50 21,35 Segunda Esfera 39,00 19,80 29,28 12,53 Terceira Esfera 14,46 34,49 9,69 23,63

É interessante observar, também que, na região da primeira esfera não se nota diferença entre as técnicas. Para a região da segunda esfera, houve uma piora nos resultados enquanto que para a região da terceira esfera houve grande melhoria na imagem que resultou em aumento significativo tanto na SNRc quanto na CNRc. Entretanto, qualitativamente é possível observar que a imagem com quadros harmônicos é bem melhor do que a imagem com quadros não harmônicos. Acredita- se que estas métricas não sejam as mais adequadas para realizar a comparação entre as duas técnicas.

Na Figura 5.8, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a uma composição espacial de quadros – CEI em Modo-B com ∆θ=2,5° (direita).

Figura 5.8 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem por composição de quadros em Modo- B com ∆θ=2,5° (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.8, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.8.

Tabela 5.8 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e CEI em Modo-B com ∆θ=2,5°. Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅𝐶 CEI 𝐶𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅𝐶 CEI Primeira Esfera 12,37 28,46 8,35 17,85 Segunda Esfera 17,19 34,34 12,27 24,61 Terceira Esfera 15,40 18,86 10,16 12,45

Com a aplicação da técnica de composição espacial de imagens, espera-se um aumento na SNRc e CNRc, o que pode ser observado para todas as regiões analisadas, como pode ser visto na Tabela 5.8. Também é possível avaliar qualitativamente a melhor definição das bordas dos alvos e a redução do aspecto granuloso que ocorre devido ao artefato speckle ao observar a Figura 5.8.

Na Figura 5.9, pode-se visualizar a imagem em Modo-B (esquerda) e a uma composição espacial de quadros harmônicos – CEIH com ∆θ=2,5° (direita).

Figura 5.9 – Imagens reconstruídas: em Modo-B (esquerda) e imagem por composição de quadros harmônicos com ∆θ=2,5º (direita). (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.9, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.9.

Tabela 5.9 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens em Modo-B e CEIH em Modo-B com ∆θ=2,5°. Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝑆𝑁𝑅𝐶 CEIH 𝐶𝑁𝑅𝐶 Modo-B 𝐶𝑁𝑅𝐶 CEIH Primeira Esfera 12,37 26,62 8,35 17,10 Segunda Esfera 17,19 20,47 12,27 12,26 Terceira Esfera 15,40 28,08 10,16 18,82

Com a aplicação da técnica de composição espacial de imagens espera-se um aumento na SNRc e CNRc , o que pode ser observado, de acordo com a Tabela 5.9, para quase todas as regiões analisadas, excetuando-se apenas o CNRc na região da segunda esfera, que manteve-se muito próximo do valor obtido para a mesma região da imagem em Modo-B. Também é possível avaliar qualitativamente a melhoria da definição das bordas e a redução do aspecto granuloso que ocorre devido ao artefato speckle ao observar a Figura 5.9.

Na Figura 5.10, pode-se visualizar as seguintes imagens: composição espacial de quadros em Modo-B – CEI (esquerda) e composição espacial de quadros harmônicos – CEIH (direita), ambas com ∆θ=2,5°.

Figura 5.10 – Imagens reconstruídas: composição espacial de quadros em Modo-B – CEI (esquerda) e

composição espacial de quadros harmônicos – CEIH (direita), ambas com ∆θ=2,5°. (Fonte: Autora).

Na Tabela 5.10, são mostrados os valores de SNRc e CNRc referentes às imagens simuladas, mostradas na Figura 5.10.

Tabela 5.10 - Valores obtidos para a análise de SNRc e CNRc referentes às imagens obtidas por composição espacial de quadros em Modo-B – CEI e composição espacial de quadros harmônicos – CEIH, para ∆θ=2,5°.

Região 𝑆𝑁𝑅𝐶 CEI 𝑆𝑁𝑅_𝐶 CEIH 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEI 𝐶𝑁𝑅_𝐶 CEIH Primeira Esfera 28,46 26,62 17,85 17,10 Segunda Esfera 34,34 20,47 24,61 12,26 Terceira Esfera 18,86 28,08 12,45 18,82

É interessante notar que o mesmo padrão de melhora ou piora entre as regiões de interesse observar do na Tabela 5.7 se repete. A mesma discussão daqueles resultados pode ser aplicada neste caso. Ainda, há uma outra possibilidade de explicação para estes resultados: para alvos muito distantes da

face do transdutor, a utilização de quadros harmônicos não pode ser utilizada sem que haja diminuição ou perda do contraste na imagem resultante.

De acordo com os resultados das Tabelas 5.1 e 5.3, os melhores resultados na análise da SNRc foram obtidos para a imagem referente à técnica de PIHI com remoção das componentes presentes na frequência fundamental. Entretanto, o oposto ocorreu na análise da CNRc. Isso pode ser um indicativo de que quando a prioridade é aumentar a relação sinal-ruído, a técnica de imagem harmônica por inversão de pulso pode ser mais indicada, já para quando o objetivo é aumentar a relação contraste-ruído, a técnica de imagem harmônica tecidual pode ser mais indicada, e isso é algo que deve ser investigado.

Portanto, para a simulação de 1,5 MHz com distorção da grade computacional, de maneira geral, para as regiões analisadas e para as métricas utilizadas, os melhores resultados de aumento da SNRc ocorreram com a técnica PIHI. Quando se deseja um aumento na CNRc, deve-se utilizar a técnica THI. Para imagem composta, os melhores resultados ocorreram para as imagens obtidas a partir da técnica de composição espacial de quadros harmônicos com ∆θ=5°.

Um fator muito importante que deve ser levado em consideração quando se trata de imagens por composição de quadros é o fato de que existe um índice de correlação entre os quadros que não deve ser nem muito grande para que a imagem resultante não fique muito embaçada e nem muito pequeno para que seja possível a variação no padrão de speckle do background e realce dos alvos.