Estimation of the Thickness Profile of a Human Skull Phantom by Ultrasound Methods Using a Two-Dimensional Array

Sh. A. Asfandiyarov; Асфандияров Ш. А.; P. B. Rosnitskiy; Росницкий П. Б.; S. A. Tsysar; Цысарь С. А.; P. V.  Yuldashev; Юлдашев П. В.; V. A. Khokhlova; Хохлова В. А.; V. E. Sinitsyn; Синицын В. Е.; E. A. Mershina; Мершина Е. А.; O. A. Sapozhnikov; Сапожников О. А.

doi:10.31857/S0320791922600263

Estimation of the Thickness Profile of a Human Skull Phantom by Ultrasound Methods Using a Two-Dimensional Array

Authors: Asfandiyarov S.A.¹, Rosnitskiy P.B.¹, Tsysar S.A.¹, Yuldashev P.V.¹, Khokhlova V.A.¹, Sinitsyn V.E.², Mershina E.A.², Sapozhnikov O.A.¹
Affiliations:
1. Physics Faculty, Moscow State University, 119991, Moscow, Russia
2. Medical Research and Education Center, Moscow State University, 119991, Moscow, Russia
Issue: Vol 69, No 1 (2023)
Pages: 84-91
Section: ОБРАБОТКА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.
URL: https://journal-vniispk.ru/0320-7919/article/view/134380
DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791922600263
EDN: https://elibrary.ru/DAGVDP
ID: 134380

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The paper presents the results of evaluating the thickness profile of a skull phantom using a two-dimensional ultrasound array consisting of piezoelectric elements with a center frequency of 2.1 MHz. Two pulse-echo ultrasound methods were used in the experiment: the A-mode elementwise measurements and scanning with a focused probing beam created by the entire array using delay-and-sum (DAS) beamforming. The obtained thickness profiles are compared with the reference thickness profile obtained using X-ray computed tomography. It was shown that ultrasound DAS beamforming with a focused probing beam makes it technically possible to estimate the thickness profile of the skull phantom.

Keywords

ultrasound imaging, inhomogeneous media, two-dimensional array, skull, brain, delay-and-sum beamforming

References

Purkayastha S., Sorond F. Transcranial Doppler ultrasound: technique and application // Semin Neurol. 2012. V. 32. № 4. P. 411.
Antipova D., Eadie L., Macaden A.S., Wilson P. Diagnostic value of transcranial ultrasonography for selecting subjects with large vessel occlusion: a systematic review // Ultrasound J. 2019. V 11. № 29. P. 1–19.
Байков С.В., Молотилов А.М., Свет В.Д. Физико-технические аспекты получения ультразвуковых изображений структур головного мозга через толстые кости черепа. 1. Теоретические и модельные исследования // Акуст. журн. 2003. Т. 49. № 3. С. 332–341.
Байков С.В., Бабин Л.В., Молотилов А.М., Нейман С.И., Риман В.В., Свет В.Д., Селянин А.И. Физико-технические аспекты получения ультразвуковых изображений структур головного мозга через толстые кости черепа. 2. Экспериментальные исследования // Акуст. журн. 2003. Т. 49. № 4. С. 465–473.
Clement G.T., Sun J., Giesecke T., Hynynen K. A hemisphere array for noninvasive ultrasound brain therapy and surgery // Phys. Med. Biol. 2000. V. 45. № 12. P. 3707–3719.
Pernot M., Aubry J.-F., Tanter M., Thomas J.-L., Fink M. High power transcranial beam steering for ultrasonic brain therapy // Phys. Med. Biol. 2003. V. 48. № 16. P. 2577–2589.
Wydra A., Malyarenko E., Shapoori K., Maev R.Gr. Development of a practical ultrasonic approach for simultaneous measurement of the thickness and the sound speed in human skull bones: a laboratory phantom study // Phys. Med. Biol. 2013. V. 58. № 4. P. 1083–1102.
Perrot V., Polichetti M., Varray F., Garcia D. So you think you can DAS? A viewpoint on delay-and-sum beamforming // Ultrasonics. 2021. V. 111. P. 106309.
Wydra A., Maev R.Gr. A novel composite material specifically developed for ultrasound bone phantoms: cortical, trabecular and skull // Phys. Med. Biol. 2013. V. 58. № 22. P. N303–N319.
Bakaric M., Miloro P., Javaherian A., Cox B.T., Treeby B.E., Brown M.D. Measurement of the ultrasound attenuation and dispersion in 3D-printed photopolymer materials from 1 to 3.5 MHz // J. Acoust. Soc. Am. 2021. V. 150. № 4. P. 2798.
Гильфанова Л.И., Цысарь С.А., Юлдашев П.В., Свет В.Д. Акустическое поле в неоднородных средах в виде костей черепа // Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2015. № 4. С. 154322.
Цысарь С.А., Николаев Д.А., Сапожников О.А. Широкополосная виброметрия двумерной ультразвуковой решетки методом нестационарной акустической голографии // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 3. С. 328.
Хилл К., Бэмбер Дж., Хаар Г. Ультразвук в медицине. Физические основы применения. М.: Физматлит, 2008. 539 с.