Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 14
Текст из файла (страница 14)
ультразвуковых сканеров 3.1. Основные характеристики УЗ сканеров Качество изображения и диагностическая информативность УЗ прибора зависят от его аппаратурных возможностей и определяются рядом технических характеристик, основными из которых являются следующие. 1. Пространственная разрешающая способность (разрешение).
Служит важнейшей характеристикой прибора, так как от нее зависит способность различать малые объекты и структуры, близко расположенные друг к другу. В качестве меры разрешающей способности принимается минимальное расстояние между двумя малыми отражающими объектами, при котором, наблюдая изображение на экране, можно их видеть раздельно, т.е. принять решение о наличии двух элементов. Для того чтобы исключить влияние размеров объектов на оценку разрешающей способности, в качестве элементов принимаются точечные отражающие объекты. На практике для определения минимального расстояния различимости используется классический критерий, при котором полагается, что то- Ультразвуковые диагиоттические приборы Щ Особенности работы чечные объекты разрешаются (т.е.
воспринимаются раздельно), если в суммарном сигнале от них есть провал (двугорбость). На рис. 1 изображены типичные случаи: а) хорошего разрешения — сигналы от точечных отражателей воспринимаются раздельно; б) предельного разрешения— сигналы от отражателей воспринимаются раздельно, но при дальнейшем сближении отражателей сигналы от них сливаются, т.е.
провал между ними исчезает, и тогда имеет место случай в) разрешения нет. Описанный критерий разрешающей способности называется разрешением по Рэлею (Нау(е(с(т гезо)цбоп). Применительно к УЗ системам получения изображения следует различать продольную разрешающую способность ((опС(тцб(па! гезо!обоп) и поперечную разрешающую способность ((а1ега! газо)цт(оп). О продольной разрешающей способности мы говорим, когда точечные отражатели находятся в одном УЗ луче и изменяется их взаимное положение вдоль оси луча (рис.
2). Эхосигналы от элементарных отражателей а и б разрешаются, если огибающие Глава 3 1'Г Точечные объекты 1 2 Провала ° ° нет Видимый Амплитуда эхо-сигнала провал П Ю этих сигналов пересекаются на достаточно низком уровне (см. рис. 1а, 1б). На рис. 2 огибающие эхо-сигналов обозначены пунктиром. Видно, что если огибающая сигнала менее протяженная во времени, т.е. сигнал во времени занимает более короткий интервал (случай !), то разрешающая способность выше. В случае ! отражатели а и б могут располагаться ближе, чем в случае )(, и при этом наблюдаться раздельно, не сливаясь.
Эхо-сигнал получается в результате отражения зондирующего сигнала и практически повторяет его вид, поэтому продольная разрешающая способность определяется видом зондирующего импульса, прежде всего протяженностью его огибающей во времени, а также Формой, в частности наличием или отсутствием так называемых «боковых лепестков» (об этом подробнее см. раздел З.б).
Для получения более высокой продольной разрешающей способности желательно использовать более короткие зондирующие сигналы. Однако имеются определенные физические ограничения — в акустическом сигнале не может быть менее 1-2 периодов колебаний. Поэтому зондирующий импульс с более высокой час- тотой колебаний внутри огибающей в принципе может быть короче, чем импульс с более низкой частотой (случай ! по сравнению со случаем П на рис. 2).
Вот почему датчики с высокой частотой обеспечивают более высокую разрешающую способность. В табл. 1 даны примерные количественные оценки продольной разрешающей способности для современных приборов среднего класса. Нетрудно Огибв эхо-с )вис. 2. Продольное разрешение. В4 ультразвуковые диагностические приборы Рис. 1. К определению разрешающей способности гю Рэлею. а — хорошее разрешение, б — предельное разрешение (б — мера разрешающей способности), и — разрешения нет. Особенности работы ультразвуковых сканеров заметить, что продольная разрешающая способность обратно пропорциональна частоте датчика. При данной рабочей частоте датчика продольная разрешающая способность несколько ухудшается с увеличением глубины, что связано с частотнозависимым характером затухания сигналов с глубиной (см.
раздел 1.5). О поперечной разрешающей способности говорится в случае, когда точечные отражатели располагаются на одной глубине или на линии, перпендикулярной осям УЗ лучей (рис. 3). Интересно рассмотреть следующие практические случаи. 0 Отражатели а и б находятся в границах одного луча. При этом отсутствует возможность принять решение о разрешении двух отражателей. П. Отражатели находятся в двух соседних лучах. И в этом случае, если не используются специальные методы обработки сигналов, невозможно принять решение о том, что наблюдается — два отражателя или один протяженный объект, одновременно находящийся в двух соседних лучах. Ш.
Отражатели находятся в различных лучах, между которыми есть один или несколько лучей. В этом случае отражатели полностью разрешаются. Таким образом, поперечная разрешающая способность определяется расстоянием между лучами и ухудшается с увеличением этого расстояния. Располагая лучи ближе друг к другу в процессе сканирования, т.е. повышая плотность лучей, можно улучшить поперечную разрешающую способность. При этом ширина лучей должна быть меньше или того же порядка„что и расстояние между их осями, — толь- Макс. Разрешение глубина 6' ц мм 200 150 100 50 3,5 5,0 7,5 10,0 Рабочая частста, Мгц График, иллюстрирующий табл. 1.
Ультразвуковые диагностические приборы Вб таблица 1. Оценки разрешающей способности УЗ приборов среднего класса (табличные значения иллюстрируются ниже нв графике) Глава 3 ижняя зона на фокуса ьняя зона (в !Н УЗ лучи Рис. 3. Поперечное разрешение. ко тогда будет достигнут эффект улучшения разрешающей способности.
Очевидно, что между соседними лучами не должно быть больших промежутков. В противном случае появляется риск не увидеть отражатель, находящийся между границами соседних лучей (см. случай )Н на рис. 3). Поэтому стремятся обеспечивать достаточно высокую плотность лучей и даже частичное наложение лучей друг на друга. Конечно, взаимное расположение лучей в существенной мере зависит от характера сканирования— линейного, конвексного или секторного. Вследствие этого от способа сканирования зависит и разрешающая способность. Ширина УЗ луча с уменьшением глубины также уменьшается (см. рис.
3). Исключение составляет так называемая ближняя зона (те, зона перед фокусом), где ширина лучей велика. Наименьшую величину ширина лучей имеет в зоне фокуса, по мере увеличения глубины ширина луча в дальней зоне увеличивается практически пропорционально глубине и на максимальной глубине в ряде случаев может резко увеличиваться. Соответственно и поперечная разрешающая способность, связанная с шириной УЗ луча, изменяется в зависимости от глубины. Наилучшей она является в зоне фокуса, далее с глубиной она ухудшается.
Наихудшая поперечная разрешающая способность — в ближней зоне и на максимальной глубине. Для того чтобы количественно охарактеризовать поперечную разрешающую способность, иногда ее оценивают на половине максимальной глубины, принятой для данной рабочей частоты датчика. В табл. 1 приведены примерные значения поперечной разрешающей способности на половинной глубине для различных частот датчика.
Данные характеризуют приборы среднего класса, в приборах высокого класса может достигаться более высокая поперечная разрешающая способность. В последнем столбце табл. 1 даны значения максимальной рабочей глубины, характерные для приведенных рабочих частот датчика. Поперечная разрешающая способность в принципе может быть увеличена за счет увеличения рабочей (излучающей и принимающей) поверхности датчика. Как было показано, поперечная разрешающая способность, как правило, хуже продольной и ухудшается с глубиной, что иллюстрирует рис. 3. Вместе эти две величины характеризуют пространственную разрешающую способность, которая непосредственно связана с таким понятием, как зернистость изображения.
Этим понятием часто пользуются специалисты при сравнительной оценке качества изображения различных приборов. И хотя в этой оценке может быть некоторая субъективность, в ос- Особенности работы ультразвуковых сканеров д Ультраааукоаыедиатноттттческие приборы 67 нове оценки — объективные технические возможности конкретных приборов и прежде всего их пространственная разрешающая способность. Рассмотрим, как будет выглядеть на экране прибора одиночный точечный отражатель (рис.
4). В зависимости от того, в какой зоне луча он будет находиться (а, б, в, г, д), соответствующая ему яркостная отметка на экране будет иметь вид чечевицы (эллипса) разного размера — на рис. 4 она изображена в виде заштрихованного пятна. Хотя на размер этого пятна влияют отражающие свойства точечного объекта и разрешающая способность собственно монитора, тем не менее в основном размер малой оси эллипса (вдоль оси луча) определяется продольной разрешающей способностью, а размер большой оси эллипса (поперек оси луча) — поперечной разрешающей способностью. Из таких отметок (пятен) различного уровня яркости строится акустическое изображение, как из элементов мозаики.
Чем меньше размер элементов изображения (см. табл. 1), тем более четким и менее зернистым воспринимается изображение. 2. Чувствительность. Наряду с разрешающей способностью чувствительность является важнейшей характеристикой, определяющей диагностическую эффективность УЗ сканера. Чувствительностью называется способность обнаруживать и наблюдать малые элементы структуры на фоне мешающих сигналов (помех) и собственных шумов системы. Любая электронная система, принимающая и отображающая сигналы, подвержена влиянию внешних помех (от посторонних источников), внутренних помех (так называемых ьнаводок» на приемные цепи от других блоков системы) и, самое главное, собственных тепловых шумов приемного тракта, вызванных Рис.
4. Элементы изображения (пикселы). Рис. б. К определению чувствительности— наблюдение сигнала на фоне шума. хаотическими движениями носителей электрического заряда в проводниках; интенсивность этих движений зависит от температуры.
Прием сигналов от отражающих структур в глубине обследуемого объекта происходит на фоне этих помех и шумов. Типичный вид осциллограммы смеси сигнала и шума на выходе приемно- го тракта УЗ сканера показан на рис. 5, где видны случайные шумы, хаотически изменяющиеся по амплитуде, и на их фоне полезные эхо-сигналы (выделены жирной линией). Полезные сигналы малого уровня (1 и 4 на рис. 5) практически не отличаются от шумо- Глава 3 Рис. б.
Понятие о динамическом диапазоне О. вых импульсов. Относительно сигналов 2 и особенно 3 можно более или менее уверенно принять, что они являются полезными сигналами. На экране монитора этим амплитудам соответствуют отметки различной яркости, поэтому, чтобы не отображать отметки от шумовых импульсов, устанавливается некоторый амплитудный порог (см. рис. 5), ниже которого сигналы не отображаются на экране. Выбор этого порога является компромиссом между стремлениями отсечь как можно большее количество шумов и обнаружить малые полезные сигналы. Количественно чувствительность определяется величиной минимального полезного эхо-сигнала, который может быть выделен на Фоне шумов. Чувствительность УЗ прибора зависит от характеристик входных цепей приемника УЗ сканера и более всего от качества датчика, в первую очередь эффективности преобразования УЗ колебаний в электрические и наоборот.
Особенно важна чувствительность прибора при работе на больших глубинах, где уровень полезных сигналов снижается вследствие затухания в биологических тканях. Поэтому чувствительность определяет максимальную рабочую глубину работы прибора, те. глубину, на которой еще обеспечивается уровень полезных сигналов, достаточный для их наблюдения. Затухание УЗ сигналов в биологической среде в существенной мере увеличивается с частотой. Поэтому максимальная глубина с увеличением частоты датчика уменьшается. Приведенные в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
