โครงการวิจัย

การตรวจวินิจฉัยโรคในทางการแพทย์ด้วยภาพอัลตร้าซาวด์โดยใช้วิธีการทั่วไปนี้เรียกว่าภาพ B-mode หรือภาพแบบเชิงเส้น วิธีนี้มีปัญหาเรื่องความคมชัดของภาพไม่ดีเท่าที่ควร สาเหตุเนื่องจากสัญญาณสะท้อนกลับต่ำในบริเวณของอวัยวะร่างกายบางส่วน ปัจจุบันได้มีการนำสารเพิ่มความคมชัดสำหรับอัลตราซาวด์ (Ultrasound contrast agent) มาใช้เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณสะท้อนกลับร่วมกับใช้เทคนิคการประมวลผลสัญญาณ สำหรับแยกองค์ประกอบความถี่ที่มีนัยสำคัญต่อการปรับปรุงความคมชัดภาพออกมาสร้างเป็นภาพอัลตราซาวด์ คุณลักษณะไม่เป็นเชิงเส้น (Nonlinear) ทางความถี่ของสัญญาณสะท้อนกลับจากสารเพิ่มความคมชัดประกอบด้วย องค์ประกอบของความถี่มูลฐาน (Fundamental frequency: f₀), ซับฮาร์มอนิก (Subharmonic: f₀/2), ฮาร์มอนิกที่สอง (Second-harmonic: 2f₀), และอัลตร้าฮาร์มอนิก (Ultraharmonic: 3f₀/2) มีความแตกต่างจากบริเวณเนื้อเยื่อโดยรอบที่ประกอบด้วย องค์ประกอบความถี่มูลฐานและฮาร์มอนิกที่สอง การปรับปรุงความคมชัดของภาพอัลตราซาวด์จะต้องใช้เทคนิคการประมวลสัญญาณดิจิทัลที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแยกองค์ประกอบความถี่ที่มีนัยสำคัญออกมาสร้างภาพอัลตราซาวด์ ดังนั้นการออกแบบวงจรกรองความถี่ถือเป็นหนึ่งปัจจัยที่สำคัญ ความคมชัดของภาพสามารถวัดได้ในเชิงปริมาณของอัตราส่วนของกำลังเฉลี่ยบริเวณที่มีสารเพิ่มความคมชัดต่อกำลังเฉลี่ยบริเวณเนื้อเยื่อ (Contrast-to-tissue ratio; CTR) ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาการปรับปรุงความคมชัดของภาพมีสามเทคนิคหลักที่ใช้ประกอบด้วย ตัวกรองความถี่แถบผ่าน (ฺBandpass filter), เทคนิคพัลส์อินเวอร์ชัน (Pulse inversion) และตัวกรองโวลเทอรา (Volterra filter) นอกจากนี้ยังมีอีกหนึ่งปัจจัยการปรับปรุงความคมชัดนั้นคือ การเลือกใช้องค์ประกอบความถี่สำหรับสร้างภาพ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่ใช้องค์ประกอบฮาร์มอนิกที่สอง (2f₀) และเทคนิคการประมวลผลสัญญาณพบว่า การใช้ตัวกรองโวลเทอรามีความมีประสิทธิภาพให้ค่าความคมชัดภาพดีกว่าเมื่อเทียบกับตัวกรองความถี่แถบผ่านและวิธีพัลส์อินเวอร์ชัน อย่างไรก็ตามองค์ประกอบซับฮาร์มอนิก (f₀/2) และอัลตร้าฮาร์มอนิก (3f₀/2) มีประเด็นที่น่าสนใจในการดึงศักยภาพองค์ประกอบความถี่นี้มาใช้ใช้สร้างภาพอัลตร้าซาวด์ข้อดีคือ การกำเนิดความถี่เฉพาะบริเวณที่มีสารเพิ่มความคมชัดแต่ไม่มีกำเนิดความถี่ในบริเวณเนื้อเยื่อซึ่งมีความแตกต่างจากฮาร์มอนิกที่สอง (2f₀) ที่กำเนิดในบริเวณเนื้อเยื่อด้วย นั้นหมายความว่าภาพที่ได้รับมีความคมชัดที่สูงมากเทียบกับภาพจากฮาร์มอนิกที่สองและภาพวิธีโดยทั่วไป 

เพื่อเป็นการเพิ่มอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับปรุงคุณภาพความคมชัดของภาพอัลตราซาวด์ โครงการวิจัยนี้มีความสนใจที่จะนำข้อเด่นของทั้งสองปัจจัยหลักนั้นคือ การเลือกใช้องค์ประกอบความถี่รวมซับและอัลตร้าฮาร์มอนิก (f₀/2 และ 3f₀/2) และการใช้ตัวกรองโวลเทอราสำหรับการปรับปรุงความคมชัดของภาพอัลตร้าซาวด์ ซึ่งด้วยข้อดีของทั้งสองปัจจัยนี้จะทำให้ได้ภาพอัลตร้าซาวด์ที่มีความคมชัดสูงมาก ข้อดีนี้จะเป็นการนำไปสู่การประยุกต์ใช้เป็นภาพอีกหนึ่งทางเลือกในการช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการตรวจวินิจฉัยโรคด้านการแพทย์และการตรวจวิเคราะห์คุณลักษณะของเนื้อเยื่อด้วยภาพอัลตร้าซาวด์ที่ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังมีประเด็นที่น่าสนในการหาผลเฉลยของการออกแบบตัวกรองโวลเทอราสำหรับแยกองค์ประกอบรวมของซับและอัลตร้าฮาร์มอนิกพร้อมกัน โดยคุณสมบัติของตัวกรองโวลเทอราที่ใช้กันทั่วไปเรียกว่าแบบหนึ่งอินพุตหนึ่งเอาท์พุต (Single-input-single-output; SISO) นั้นมีข้อจำกัดที่ไม่สามารถใช้ได้กับองค์ประกอบซับและอัลตร้าฮาร์มอนิก ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์จะทำการศึกษาตรวจสอบการประยุกต์ใช้อนุกรมโวลเทอราอันดับที่สามที่สามารถครอบคลุมผลตอบสนองความไม่เป็นเชิงเส้นด้วยแนวทางแบบจำลอง วิเคราะห์คุณสมบัติของค่าเอกลักษณ์ตัวกรองที่เหมาะสมสำหรับแยกองค์ประกอบรวมของความถี่ซับและอัลตร้าฮาร์มอนิก และทำการประเมินผลความสามารถของตัวกรองในเทอมค่าความคมชัด (CTR) ของภาพ โดยทำการศึกษาเปรียบเทียบกับเทคนิคพัลส์อินเวอร์ชันและวิธีการทั่วไป (B-mode) เพื่อเป็นการยืนยันความสามารถและศักยภาพของตัวกรองที่ออกแบบ

1. ได้องค์ความรู้ใหม่การออกแบบตัวกรองโวลเทอราสำหรับสร้างภาพอัลตร้าซาวด์ซับและอัลตร้า

ฮาร์มอนิกที่มีความคมชัดสูงเมือเทียบกับเทคนิคอื่นๆ

2. ชื่อเสียงทางวิชาการผ่านการนำเสนองานในที่ประชุมวิชาการและ

ตีพิมพ์บทความในวารสารนานาชาติ

3. ผลงานที่ได้นี้สามารถที่จะนำไปเผยแพร่ในวารสาร สามารถใช้เป็นแหล่งอ้างอิง

ทางวิชาการได้ทั้งในและ ต่างประเทศ ผู้ที่จะได้รับผลกระทบ ประกอบด้วย 1. นักวิจัย วงการวิชาการและนักศึกษา 2. อุตสาหกรรมเครื่องอัลตร้าซาวด์ทางการแพทย์ แนวทางการนำผลงานไปขยายผล/ใช้ประโยชน์ 1. ได้เทคนิคการสร้างภาพอัลตร้าซาวด์ด้วยสารเพิ่มความคมชัดเป็นที่สนใจของบริษัทเครื่องสแกนอัลตร้าซาวนด์สามารถนำไปจัดสร้างเป็นภาพอัลตร้าซาวด์ที่มีความคมชัดสูงอีกหนึ่งทางเลือกได้ 2. นำองค์ความรู้ไปใช้ในการเรียนการสอนรายวิชาที่เกี่ยวข้องได้และเป็นการเปิดโอกาสนำแนวคิดของอัลกอริธึมที่พัฒนาขึ้นไปพัฒนาต่อยอดได้

• -