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datestamp: 2018-05-25 10:34:08
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status_changed: 2018-05-25 10:34:08
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Bodnariuc, Ecaterina
title: On Plane Wave Ultrasound Particle Image Velocimetry
subjects: ddc-500
divisions: i-110400
adv_faculty: af-11
cterms_swd: inverse acoustic scattering
cterms_swd: plane wave imaging
cterms_swd: ultrasound imaging
cterms_swd: Echo PIV
cterms_swd: flow estimation
cterms_swd: trajectory matrix
cterms_swd: filter bank
abstract: This thesis is concerned with the development of methodological and mathematical foundations of plane wave ultrasound particle image velocimetry. This innovative
technology, also known as Echo PIV, is a non-invasive imaging technique developed to estimate the blood flow in the vascular system.

In this thesis, we address two relevant problems related to in-vitro Echo PIV. First, we consider the image reconstruction problem which amounts to estimating the location of small isolated scatterers, embedded in a homogeneous medium, from plane wave ultrasound measurements. We link the Delay and Sum method with the leastsquares
solution for the linearized inverse acoustic scattering problem. Numerical studies show that the least-squares approach provides accurate reconstruction results for synthetic and in-vitro data.

In the second part of the thesis, we focus on the motion estimation problem for pipe flow. For laminar and steady flow, we develop a global dictionary-based approach
that estimates the model flow parameter via an converging iterative refinement scheme. Furthermore, we show that the flow parameter can be the determined from the geometry
of the image sequence spectra. To discriminate between the steady and turbulent flow, we design a filter-bank that is sensitive to all flow directions and extract the local
velocity field by analyzing the phase component of the response function for combined filters. We validate our methods on synthetic and in-vitro data.
abstract_translated_text: Diese Dissertation befaßt sich mit der Entwicklung von methodischen und mathematischen Grundlagen von Plane Wave Ultrasound Particle Image Velocimetry (partikelunterstützte Geschwindigkeitsmessung mittels ebene Ultraschallwellen). Diese innovative Technologie, auch bekannt als Echo PIV, ist eine nichtinvasive Bildgebungsmethode, die entwickelt wurde, um den Blutfluss im Gefäßsystem zu bestimmen.

In dieser Arbeit behandeln wir zwei grundlegende Probleme im Zusammenhang mit In-Vitro-Echo PIV. Zunächst betrachten wir das Problem der Bildrekonstruktion, welches darin besteht, die Positionen kleiner isolierter Streuer, welche in einem homogenen Medium eingebettet sind, aus Messungen mittels ebenen Ultraschallwellen (plane waves) abzuschätzen. Dazu verbinden wir die gängige Delay-und Sum-Methode mit der Lösung des linearen Ausgleichsproblems zum linearisierten inversen akustischen Streuungsproblem. Numerische Ergebnisse zeigen, dass das lineare Ausgleichsproblem akkurate Rekonstruktionsergebnisse liefert sowohl für synthetische als auch für In-Vitro-Daten.

Im zweiten Teil der Arbeit konzentrieren wir uns auf das Problem der Bewegungsschätzung für die Rohrströmung. Für laminaren und stetigen Fluss entwickeln wir einen globalen Dictionary-basierten Ansatz, der den Strömungsparameter über
ein konvergierendes iteratives Verfeinerungsschema schätzt. Weiterhin zeigen wir, dass der Strömungsparameter aus der Geometrie der aus der Bildsequenz ermittelten Spektren ermittelt werden kann. Um zwischen der stationären und der turbulenten Strömung zu unterscheiden, konstruieren wir eine Filterbank, die auf alle Strömungsrichtungen reagiert und extrahieren das lokale Geschwindigkeitsfeld durch Analyse
der Phasenkomponente der Antwortfunktion für kombinierte Filter. Wir validieren unsere Methoden auf synthetischen und In-Vitro-Daten.
abstract_translated_lang: ger
date: 2018
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00024515
ppn_swb: 1656493586
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-245157
date_accepted: 2018-05-17
advisor: HASH(0x558eaa68c070)
language: eng
bibsort: BODNARIUCEONPLANEWAV2018
full_text_status: public
citation:   Bodnariuc, Ecaterina  (2018) On Plane Wave Ultrasound Particle Image Velocimetry.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/24515/1/Ecaterina_Bodnariuc_Dissertation.pdf