Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Чем меньше радиус кривизны, тем меньше глубина ближней зоны с плохой поперечной разрешающей способностью и тем меньше ширина луча в зоне фокуса. Особенности работы ультразвуковых сканеров Ультразвуковые диагностические приборы 79 Однако в сфокусированных преобразователях появляется свой недостаток — на определенной глубине дальше фокуса ширина УЗ луча начинает резко увеличиваться (луч «расходится»), и поперечная разрешающая способность опять начинает ухудшаться. Если преобразователи с различным радиусом кривизны имеют одинаковый размер О и работают на одной и той же частоте Г, то на глубинах возле фокуса и в дальней зоне (до тех пор пока луч не начинает резко расходиться) границы УЗ луча практически совпадают с поверхностью конуса, вершина которого находится в центре преобразователя, а угол при вершине а = )~/О.

Конус, границы которого обозначены на рис. 13 и 14 пунктиром, является чидеальным лучом» для преобразователя данного размера О. При любом радиусе кривизны преобразователя соответствующий ему луч в лучшем случае может совпадать с идеальным, но не может быть уже. Зона, в которой луч практически совпадает с идеальным лучом, ограниченная по глубине интервалом ~ (рис. 14), называется зоной фокуса.

Чем меньше радиус кривизны 11, тем меньше протяженность зоны фокуса (. (сравним, например, рис. 14а и 14в). Имеет место прямая аналогия с известными в оптике закономерностями, характерными для фокусирующих оптических устройств, например увеличительных стекол. Большинству людей из личного опыта известно, что существует вполне определенный ограниченный диапазон глубин для увеличительного стекла (например, стекла очков для дальнозорких), в котором обеспечивается хорошая четкость изображения. На очень близких расстояниях (в ближней зоне) и на дальних расстояниях (за пределами зоны фокуса) четкость изображения (а( (б) (в~ Рис. 14. УЗ лучи, формируемые сферичес- кими преобразоаателлми с различными ра- диусами кривизны.

ухудшается. При этом чем больше увеличение (ближе фокус), тем меньше зона фокуса. Если сравнить между собой форму УЗ лучей в зоне фокуса при различной величине радиуса кривизны (рис. 14а-14в), то можно отметить, что наилучшую поперечную разрешающую способность обеспечивает преобразователь с малым радиусом кривизны й (рис.

14в). Глубина ближней зоны в нем невелика, и зона фокуса также мала, вследствие чего с помощью такого преобразователя можно исследовать биологические ткани только на малых глубинах. С помощью преобразователя, представленногона рис. 146, хорошо наблюдать средние глубины, а преобразователь, представленный на рис. 14а, удобно использовать для получения информации о глубоко расположенных тканях. На начальных этапах развития УЗ диагностических систем, когда в ос- Глава 3 Направлен сканиров аЗ 1 Рис. 15.

Фокусировка в датчике с секторным фокусными преобразователями. а — форма и намической фокусировке. механическим сканированием и тремя разноучей, б - вид составного изображения при ди- В) ультразвуковые диагностические приборы новном использовалось механическое секторное сканирование, в ряде систем применялись датчики с различными фокусными расстояниями: короткофокусные (рис.

14в) — для малых глубин, среднефокусные (рис. 14б)— для средних глубин и длиннофокусные (рис. 14а] — для больших глубин. В зависимости от глубины расположения органов и тканей, интересующих врача-диагноста, применялся тот или иной датчик. Конечно, это было не очень удобно, так как приходилось часто менять датчики. Поэтому вскоре появились секторные датчики, в которых на одном роторе находилось три преобразователя с разными фокусами, переключавшимися в зависимости от нужного диапазона глубин по желанию врача. На рис.

15а показан датчик с тремя преобразователями, каждый из которых сфокусирован на различную глубину и имеет соответственно фокусы Е„Е, или Е,. В зависимости от того, какой диапазон глубин интересен врачу, можно подключать тот или иной преобразователь, не меняя датчик. В зоне фокусировки преобразователя качество изображения высокое„а за ее пределами качество снижается. Наличие нескольких преобра- Особенности работы ультразвуковык сканеров Ультразвуковые диагностические приборы зователей в одном датчике и их электронное переключение сделало возможным получение высококачественного изображения во всем диапазоне глубин с помощью так называемой динамической фокусировки.

Динамическая фокусировка Используя датчик с тремя разно- фокусными преобразователями, можно сначала получить часть изображения в процессе сканирования (вращения) в заданном угле с помощью преобразователя 1 с фокусом Ен В электронном блоке прибора при этом запоминается изображение в зоне 1 (рис. 15б). Далее в процессе вращения ротора датчика по часовой стрелке обеспечивается сканирование в том же угле преобразователем 2 с Фокусом Г, и запоминается вторая часть изображения — в зоне 2.

Наконец„ третий преобразователь позволяет получить третью часть изображения — зону 3 на рис. 15б. Составленное из нескольких зон изображение дает возможность наблюдать весь диапазон глубин с хорошей поперечной разрешающей способностью, и этот способ получил название динамической фокусировки. Недостатком способа при использовании датчика с переключаемыми разнофокусными преобразователями является уменьшение частоты кадров.

Так, в датчике с тремя преобразователями частота кадров снижается в три раза по сравнению со случаем, когда все три преобразователя одинаковы и имеют один и тот же фокус. Снижение частоты кадров, несущественное при наблюдении статичных органов и структур, является, однако, серьезным ограничением при исследовании движущихся структур. Наилучшим образом воэможности динамической фокусировки обеспечиваются благодаря применению много- элементных преобразователей в датчиках электронного линейного, конвексного и фазированного сканирования, а также при механическом сканировании с помощью кольцевых решеток.

Поясним суть электронной динамической фокусировки на примере датчика механического секторного сканирования с преобразователем в виде кольцевой решетки (рис. 16). Такой преобразователь изготавливается из плоского пьезокерамического диска путем разрезания диска на концентрические кольца, число которых обычно не менее 5. Кольца закреплены на общем демпфере и имеют общие согласующие слои. Каждое из колец электрически соединено с отдельным приемопередатчиком. Для излучения зондирующего сигнала на кольца подаются электрические импульсы.

Если они поступают одновременно, то кольцевая решетка почти ничем не отличается от плоского сплошного одноэлементного преобразователя и создает излучающий луч такой же формы, как на рис. 13. Если же на кольца подать импульсные сигналы с различным взаимным сдвигом во времени, то можно изменять Форму луча.

Так, если взаимный сдвиг задержек графически имеет вид сферической поверхности определенного радиуса (рис. 16), то при излучении импульсов отдельными кольцами (соответственно в разное время) мы получаем луч, почти полностью аналогичный лучу, формируемому сферическим одноэлементным преобразователем с таким же радиусом сферической поверхности (рис.

14). Это объясняется тем, что поверхность, соединяющая начала всех импульсов при излучении, повторяет с некоторым приближением Форму поверхности одноэлементного сферического излучателя. Поверхность, со- Глава 3 Импульсные сигналы л Рк 63 с .О К > ас Ф Б Е Й армируемые ренты волны для фокуса тк для фокуса рт для Фокуса Г, То правление анирсвения Ши сь луча Рис. 16. Электронная динамическая фоку- сировка в датчике с кольцевой решеткой. Вид составного УЗ луче.

единяющая начала излучаемых импульсов, называется фронтом волны (ультразвуковой). Управляя задержками сигналов, можно формировать необходимый фронт волны для фокусировки луча на различную глубину (рис. 16). В отличие от датчика с переключаемыми преобразователями датчик с кольцевой решеткой позволяет установить фокус на любой глубине и по- лучить составное изображение, подобное рис. 15б, но с каким угодно количеством фокальных зон. Отличительной особенностью кольцевой решетки являе~ся то, что формируемые ею лучи имеют осесимметричную форму. Это значит, что ширина луча в плоскости сканирования такая же, как и во всех других плоскостях, проходящих через ось луча.

Условимся называть толщиной луча его размер (ширину) в плоскости, проходящей через ось луча перпендикулярно плоскости сканирования. На рис. 16 изображены размеры луча — ширина и толщина в зоне фокуса Гн Принципиальное отличие коль|левых решеток от всех других многоэлементных преобразователей (линейных, конвексных и секторных)— равенство ширины и толщины луча на каждой из глубин. Только кольцевая решетка в принципе может обеспечивать наилучший луч — одинаково узкий во всех направлениях, что во многих случаях очень важно (например, в кардиологии при исследовании клапанов сердца). До сих пор мы говорили о формировании луча на передачу (излучающего луча).

Характеристики

Список файлов книги