Ultrasonics - Pulse-echo scanners - Part 1: Techniques for calibrating spatial measurement systems and measurement of system point-spread function response

Describes methods of calibrating the spatial measurement facilities and point-spread function of ultrasonic imaging equipment in the ultrasonic frequency range 0,5 MHz to 15 MHz. This standard is relevant for ultrasonic scanners based on the pulse echo principle of the types listed below: - mechanical sector scanners; - electronic phased-array sector scanners; - electronic linear-array scanners; - electronic curved-array sector scanners; - water bath scanners based on any of the above four scanning mechanisms; - 3D-volume reconstruction systems.

Ultrasons - Scanners à impulsion et écho - Partie 1: Techniques pour l'étalonnage des systèmes de mesure spatiaux et des mesures de la réponse de la fonction de dispersion ponctuelle du système

Décrit des méthodes d'étalonnage des moyens de mesure spatiaux et de la fonction de dispersion ponctuelle d'équipements d'imagerie à ultrasons, dans la gamme des fréquences ultrasoniques s'étendant de 0,5 MHz à 15 MHz. La norme s'applique aux scanners ultrasoniques basés sur le principe d'impulsion et écho des types suivants: - scanners sectoriels à balayage mécanique; - scanners sectoriels électroniques à réseau de phase; - scanners électroniques à réseau linéaire; - scanners sectoriels électroniques à réseau courbe; - scanners à bain d'eau, basé sur l'un des quatre mécanismes de balayage précédents; - systèmes de reconstruction de volume en 3D.

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Status
Published
Publication Date
10-Jul-2006
Technical Committee
Current Stage
PPUB - Publication issued
Start Date
11-Jul-2006
Completion Date
11-Jul-2006
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Standard
IEC 61391-1:2006 - Ultrasonics - Pulse-echo scanners - Part 1: Techniques for calibrating spatial measurement systems and measurement of system point-spread function response
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61391-1
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-07
Ultrasons – Scanners à impulsion et écho –
Partie 1:
Techniques pour l'étalonnage des systèmes
de mesure spatiaux et des mesures de la réponse
de la fonction de dispersion ponctuelle du système
Ultrasonics – Pulse-echo scanners –
Part 1:
Techniques for calibrating spatial measurement
systems and measurement of system point-spread
function response
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61391-1:2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For

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CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1

exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,

respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and

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base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

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cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is

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amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under

sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the

par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this

ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,

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• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

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ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced

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ainsi que sur les corrigenda.
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61391-1
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2006-07
Ultrasons – Scanners à impulsion et écho –
Partie 1:
Techniques pour l'étalonnage des systèmes
de mesure spatiaux et des mesures de la réponse
de la fonction de dispersion ponctuelle du système
Ultrasonics – Pulse-echo scanners –
Part 1:
Techniques for calibrating spatial measurement
systems and measurement of system point-spread
function response
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – 61391-1  CEI:2006
SOMMAIRE

AVANT-PROPOS ....................................................................................................................4

INTRODUCTION.....................................................................................................................8

1 Domaine d’application.....................................................................................................10

2 Références normatives ...................................................................................................10

3 Termes et définitions ......................................................................................................10

4 Symboles........................................................................................................................22

5 Conditions générales ......................................................................................................22

6 Techniques d'étalonnage de systèmes de mesure 2D......................................................26

6.1 Méthodes d’essai...................................................................................................26

6.2 Instruments ...........................................................................................................26

6.3 Réglages d’essai ...................................................................................................28

6.4 Paramètres d’essai................................................................................................30

7 Méthodes d'étalonnage des systèmes de mesure 3D.......................................................34

7.1 Généralités............................................................................................................34

7.2 Types de méthodes de reconstruction 3D...............................................................36

7.3 Paramètres d’essai associés aux problèmes de reconstruction...............................38

7.4 Méthodes d’essai pour la mesure de la précision de reconstruction 3D...................40

8 Mesure des fonctions de dispersion ponctuelle et de dispersion linéaire (dimensions

de la zone de résolution à haut contraste) .......................................................................48

8.1 Généralités............................................................................................................48

8.2 Méthodes d’essai...................................................................................................50

8.3 Instruments ...........................................................................................................50

8.4 Réglages d’essai ...................................................................................................50

8.5 Paramètres d’essai................................................................................................56

Annexe A (normative) Objets d’essai – Étalonnage de systèmes de mesure spatiaux 2D ......66

Annexe B (normative) Objets d’essai – Mesure et étalonnage de la précision de

reconstruction d’images 3D ...................................................................................................72

Annexe C (normative) Objets d’essai – Mesure de la réponse de la fonction de dispersion

ponctuelle .............................................................................................................................78

Bibliographie .........................................................................................................................88

---------------------- Page: 4 ----------------------
61391-1  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS

FOREWORD...........................................................................................................................5

INTRODUCTION.....................................................................................................................9

1 Scope.............................................................................................................................11

2 Normative references......................................................................................................11

3 Terms and definitions .....................................................................................................11

4 Symbols .........................................................................................................................23

5 General conditions..........................................................................................................23

6 Techniques for calibrating 2D-measurement systems ......................................................27

6.1 Test methods ........................................................................................................27

6.2 Instruments ...........................................................................................................27

6.3 Test settings..........................................................................................................29

6.4 Test parameters ....................................................................................................31

7 Methods for calibrating 3D-measurement systems...........................................................35

7.1 General .................................................................................................................35

7.2 Types of 3D-reconstruction methods......................................................................37

7.3 Test parameters associated with reconstruction problems ......................................39

7.4 Test methods for measurement of 3D-reconstruction accuracy...............................41

8 Measurement of point-spread and line-spread functions (high-contrast spot size) ............49

8.1 General .................................................................................................................49

8.2 Test methods ........................................................................................................51

8.3 Instruments ...........................................................................................................51

8.4 Test settings..........................................................................................................51

8.5 Test parameters ....................................................................................................57

Annex A (normative) Test objects – Calibration of 2D-spatial measurement systems.............67

Annex B (normative) Test objects – Measurement and calibration of 3D-image

reconstruction accuracy ........................................................................................................73

Annex C (normative) Test objects – Measurement of point-spread function response............79

Bibliography ..........................................................................................................................89

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – 61391-1  CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
___________
ULTRASONS – SCANNERS À IMPULSION ET ÉCHO –
Partie 1: Techniques pour l'étalonnage des systèmes
de mesure spatiaux et des mesures de la réponse
de la fonction de dispersion ponctuelle du système
AVANT-PROPOS

1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de

favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de

l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes internationales,

des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au public (PAS) et des

Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des comités d'études,

aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations

internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux

travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des

conditions fixées par accord entre les deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure

du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI

intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées

comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI

s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable de

l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.

4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la

mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications

nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications

nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.

5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa

responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.

6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.

7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou

mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités

nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre

dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais

de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de

toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.

8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications

référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.

9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La présente Norme internationale CEI 61391-1 a été établie par le comité d'études 87 de la CEI:

Ultrasons.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
87/336/FDIS 87/343/RVD

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
---------------------- Page: 6 ----------------------
61391-1  IEC:2006 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
ULTRASONICS – PULSE-ECHO SCANNERS –
Part 1: Techniques for calibrating spatial measurement systems
and measurement of system point-spread function response
FOREWORD

1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote

international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To

this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,

Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC

Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested

in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-

governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely

with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by

agreement between the two organizations.

2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international

consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all

interested IEC National Committees.

3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National

Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC

Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any

misinterpretation by any end user.

4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications

transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence

between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in

the latter.

5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.

6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.

7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and

members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or

other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and

expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC

Publications.

8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is

indispensable for the correct application of this publication.

9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of

patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 61391-1 has been prepared by IEC technical committee 87:

Ultrasonics.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
87/336/FDIS 87/343/RVD

Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on

voting indicated in the above table.

This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.

---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 61391-1  CEI:2006
Les termes en caractères gras dans le texte sont définis à l'Article 3.
Cette norme est destinée à être publiée en deux parties ou plus:

– La Partie 1 traitant des techniques d'étalonnage des systèmes de mesure spatiaux et de

mesure de la réponse de la fonction de dispersion ponctuelle du système;

– La Partie 2 traitera du mesurage de la sensibilité du système, de la portée dynamique et de

la résolution à faible contraste.

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de

maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous "http://webstore.iec.ch" dans les données

relatives à la publication recherchée. À cette date, la publication sera:
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
---------------------- Page: 8 ----------------------
61391-1  IEC:2006 – 7 –
Terms in bold in the text are defined in clause 3.
This standard is intended to be published in two or more parts:
– Part 1 deals with techniques for calibrating spatial measurement systems and
measurement of system point-spread function response;

– Part 2 will deal with measurement of system sensitivity, dynamic range, and low-contrast

resolution.

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the

maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in the data

related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 61391-1  CEI:2006
INTRODUCTION

Un scanner ultrasonique à impulsion et écho produit des images de tissus dans un plan de

balayage ultrasonique en balayant un faisceau pulsé étroit d’ultrasons à travers la section

examinée et en détectant les échos générés aux limites du tissu. De nombreux types de

transducteurs ultrasoniques fonctionnent en mode émetteur-récepteur pour les signaux

ultrasoniques. Les scanners ultrasoniques sont largement employés dans les applications

médicales, afin de produire des images d’organes à tissus mous du corps humain.

La présente norme décrit des procédures d’essai qui devraient être largement acceptables et

valides pour de nombreux types d’appareils. Il convient que les fabricants utilisent la norme

pour préparer leurs spécifications; il convient que les utilisateurs utilisent la norme pour vérifier

les spécifications. Les mesures peuvent être réalisées sans interférer avec les conditions de

fonctionnement normales de l’appareil. Des objets d’essai typiques sont décrits dans les

annexes. Les structures des objets d’essai n’ont pas été spécifiées en détail; des types de

structures générales et internes appropriés sont néanmoins décrits. Il est recommandé que la

structure spécifique de l’objet d’essai utilisée soit indiquée dans les résultats correspondants.

Des versions similaires commercialisées de ces objets d’essai sont disponibles.

Les paramètres de performance spécifiés et les méthodes de mesure correspondantes ont été

choisis pour fournir une base de comparaison avec les spécifications du fabricant et entre des

types d’appareils similaires de différentes marques, conçus pour les mêmes types d’appli-

cations diagnostiques. Il convient que les spécifications du fabricant permettent la comparaison

des résultats obtenus à partir des essais selon cette norme. En outre, l’objectif de la norme est

qu’un ensemble de résultats et de valeurs obtenus par l’utilisation des méthodes recom-

mandées fournisse des critères utiles de prédiction des performances des appareils pour des

applications diagnostiques appropriées. La présente norme s'intéresse en particulier aux

mesures sur les images par des techniques numériques. Des méthodes convenant à l'examen

visuel y sont également mentionnées. D'autres techniques visuelles peuvent être trouvées

dans la CEI 61390 [1] .

Lorsqu’un système de diagnostic comporte plus d’une option pour un composant particulier du

système (par exemple le transducteur ultrasonique), l’objectif est que chaque option soit

considérée comme correspondant à un système différent. Toutefois, la performance d’une

machine est considérée comme spécifiée correctement, si des mesures sont réalisées pour les

combinaisons les plus significatives des réglages de contrôle et des accessoires de l’appareil.

Une évaluation additionnelle de l’appareil est manifestement possible, mais il convient qu'elle

ne soit envisagée que pour des cas particuliers et non de façon routinière.
___________
Les chiffres entre crochets renvoient à la bibliographie.
---------------------- Page: 10 ----------------------
61391-1  IEC:2006 – 9 –
INTRODUCTION

An ultrasonic pulse-echo scanner produces images of tissue in an ultrasonic scan plane by

sweeping a narrow pulsed beam of ultrasound through the section of interest and detecting

the echoes generated at tissue boundaries. A variety of ultrasonic transducer types are

employed to operate in a transmit/receive mode for the ultrasonic signals. Ultrasonic scanners

are widely used in medical practice to produce images of many soft-tissue organs throughout

the human body.

This standard describes test procedures that should be widely acceptable and valid for a wide

range of types of equipment. Manufacturers should use the standard to prepare their

specifications; the users should employ the standard to check specifications. The

measurements can be carried out without interfering with the normal working conditions of the

machine. Typical test objects are described in the annexes. The structures of the test objects

have not been specified in detail, rather suitable types of overall and internal structures are

described. The specific structure of a test object should be reported with the results obtained

using it. Similar commercial versions of these test objects are available.

The performance parameters specified and the corresponding methods of measurement have

been chosen to provide a basis for comparison with the manufacturer's specification and

between similar types of apparatus of different makes, intended for the same kind of diagnostic

application. The manufacturer's specification should allow comparison with the results obtained

from the tests in this standard. Furthermore, it is intended that the sets of results and values

obtained from the use of the recommended methods will provide useful criteria for predicting

the performance of equipment in appropriate diagnostic applications. This standard

concentrates on measurements of images by digital techniques. Methods suitable for

inspection by eye are covered here as well. Discussion of other visual techniques can be found

1)
in IEC 61390 [1] .

Where a diagnostic system accommodates more than one option in respect of a particular

system component, for example the ultrasonic transducer, it is intended that each option be

regarded as a separate system. However, it is considered that the performance of a machine is

adequately specified, if measurements are undertaken for the most significant combinations of

machine control settings and accessories. Further evaluation of equipment is obviously

possible but this should be considered as a special case rather than a routine requirement.

___________
Figures in square brackets refer to the Bibliography.
---------------------- Page: 11 ----------------------
– 10 – 61391-1  CEI:2006
ULTRASONS – SCANNERS À IMPULSION ET ÉCHO –
Partie 1: Techniques pour l'étalonnage des systèmes
de mesure spatiaux et des mesures de la réponse
de la fonction de dispersion ponctuelle du système
1 Domaine d’application

La présente Norme Internationale décrit des méthodes d'étalonnage des moyens de mesure

spatiaux et de la fonction de dispersion ponctuelle d’équipements d’imagerie à ultrasons,

dans la gamme des fréquences ultrasoniques s’étendant de 0,5 MHz à 15 MHz. La norme

s’applique aux scanners ultrasoniques basés sur le principe d’impulsion et écho des types

suivants:
− scanners sectoriels à balayage mécanique;
− scanners sectoriels électroniques à réseau de phase;
− scanners électroniques à réseau linéaire;
− scanners sectoriels électroniques à réseau courbe;

− scanners à bain d’eau, basé sur l’un des quatre mécanismes de balayage précédents;

...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.