Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Сразу же после излучения зондирующих импульсов датчик переходит в режим приема эхо-сигналов. Пространственно-избирательные свойства датчика определяются при этом формой приемного луча. Если на прием используется тот же преобразователь, то форма приемного луча практически повторяет форму передающего луча. В кольцевой решетке для этого в режиме приема должны использоваться те же кольца, а эхо-сигналы, ими принимаемые, должны пройти через такие же по величине линии задержки, что и при излучении (передаче). Часто в режиме приема используются не все кольца — особенно при Особенности работы ультразвуковых сканеров Импульсные сигналы линдрическая линза Ä— фокус линзы Границы в прсстра Сечениелучей в толщиннсй плоскости Сечен а пло скани Сечение луч в плоскости перпендикуляр оси луча Рнс.

17. Динамическая фокусировка н анд составного УЗ луча а электронных датчиках ли- нейного н секторного сканирования, Ультразвуковые диагностические приборы 33 приеме с малых глубин. В этом случае приемный луч по форме отличается от передающего. Более подробно мы рассмотрим этот случай ниже, поясняя принцип динамической апертуры. Динамическая фокусировка в электронных датчиках линейного сканирования в принципе осуществляется так же, как и в кольцевых решетках, но при одном существенном отличии. Конструктивно многоэлементный преобразователь линейного датчика имеет вид плоской решетки из узких элементов, к каждому из которых подво- дится отдельный контактный провод (рис. 17).

Для формирования передающего луча (при излучении) на часть элементов линейной решетки поступают электрические импульсы, возбуждающие пьезоэлементы. Если с помощью сдвигов по задержке между электрическими импульсами сформировать необходимую форму фронта волны излучаемых пьезоалементами акустических (ультразвуковых) импульсов, то можно фокусировать луч на необходимую глубину и переключать глубину фокуса для того. чтобы Глана 3 34 Ультразвуковые диагностические приборы реализовать динамическую фокусировку. Однако, если с помощью кольцевой решетки можно сформировать сферический фронт волны, то в линейной решетке, управляя задержками, можно сформировать цилиндрический фронт волны.

Цилиндрический фронт позволяет управлять фокусировкой только в плоскости сканирования (на рис. 17 эта плоскость совпадает с плоскостью рисунка). В перпендикулярном направлении (по толщине луча) электронная динамическая фокусировка в одномерных линейных решетках невозможна.

Поэтому в линейных решетках используется специальная акустическая цилиндрическая линза, которая фокусирует луч по толщине. Фокус этот имеет постоянную глубину, и изменять его положение невозможно. В линейных решетках можно получить узкий луч по ширине и по толщине, только в фокусе р„линзы. На рис. 17 справа показано сечение каждого из лучей в толщинной плоскости. Вне зависимости от характера динамической фокусировки и формы сечения луча в плоскости сканирования (на рис. 17 — заштрихована) сечение каждого луча в толщинной плоскости имеет один и тот же вид. В отличие от кольцевой решетки, где можно получить узкий луч во всех направлениях («карандашныйк луч), в линейных решетках луч можно сделать узким лишь в плоскости сканирования.

В толщинной же плоскости луч узок только в ограниченной зоне фокуса акустической линзы и расширяется в ближней и дальней зонах. В ближней и дальней зонах качество изображения, получаемого в приборах с датчиками линейного и конвексного сканирования, может уступать приборам с кольцевой решеткой вследствие более низкой разрешающей способности в толщинной плоскости. Все сказанное о динамической фокусировке в линейных решетках можно распространить и на фазированные датчики секторного сканирования. В электронных датчиках конвексного типа (включая микроконвексные датчики) динамическая фокусировка осуществляется так же, как в датчиках линейного типа, с той лишь разницей, что в силу другой геометрии поверхности многоэлементного преобразователя для фокусировки на ту же глубину требуется больший диапазон управляемых задержек для сигналов при излучении и приеме. На рис.

18 показан внешний вид луча конвексного датчика с тремя динамическими фокусами. Для фокусировки в толщинной плоскости в конвексной решетке также используется акустическая линза, которая вследствие выпуклой формы самой решетки имеет поверхность не цилиндрической, а тороидальной формы. Понятиеодинамической апертуре Рассматривая вид составного УЗ луча, получаемого при динамической фокусировке (рис.

16 — 18), мы можем заметить, что ширина луча в плоскости сканирования увеличивается пропорционально глубине. Это значит, что поперечная разрешающая способность на малых глубинах существенно лучше, чем на больших. Для того чтобы ширину луча сделать более равномерной по всей глубине, можно при работе на малых глубинах уменьшать размер апертуры преобразователя датчика. В большинстве современных УЗ приборов наряду с динамической фокусировкой используется так называемая динамическая апертура (с)упаппс арег(оге). Напомним, что апертурой называется поверхность преобразователя, излуча- Особенности работы ультразвуковых сканеров ющая и принимающая УЗ сигналы. В многоэлементных преобразователях можно оперативно изменять размер апертуры, подключая большее или меньшее количество элементов решетки к приемникам или передатчикам сигналов.

Изменение размера апертуры в процессе получения изображения называется динамической апертурой. На рис. 19 дан пример управления размером апертуры в линейной решетке при работе на прием. Положим, что максимальное количество элементов решетки, используемое для формирования луча, равно 16. Для приема эхо-сигналов на малых глубинах используется апертура из 4 элементов, и с помощью управляемых задержек формируется волновой фронт ! для фокусировки в точку рь Угловая ширина луча при этом в 4 раза больше, чем она была бы, если бы использовались все 16 элементов. Однако линейная ширина луча почти такая же, как в дальней зоне при 16 элементах.

В диапазоне средних глубин прием эхо-сигналов осуществляется уже 8 элементами, сфокусированными в точку Г,. Угловая ширина луча при этом становится вдвое больше, чем при 16 элементах, а поперечная разрешающая способность почти не ухудшится по сравнению с малыми глубинами. Прием эхо-сигналов в дальней зоне осуществляется в примере на рис. 19 шестнадцатью элементами с фокусировкой в точку Е,. Угловая ширина луча в этой зоне в 4 раза меньше, чем у луча на малых глубинах, и в 2 раза меньше, чем у луча на средних глубинах, а поперечная разрешающая способность сохраняется почти такой же, несколько ухудшаясь с увеличением глубины.

Преимущества динамической апертуры: Импульсные сигналы есквя а Рис. 18. Динамическая фокусировка и вид составного УЗ луча в электронных конвеконык двтчиквк — относительно малое изменение поперечной разрешающей способности с увеличением глубины, что делает более постоянным качество изображения во всем диапазоне глубин; — уменьшение числа переключений фекальных зон на малых глубинах.

Следует иметь в виду, что повышение равномерности разрешающей способности по глубине достигается при динамической апертуре ценой Гпава 3 Волнов фронт на при Рис. Ы. Динамическая апертура и динамическая фокусировка на прием а реальном времени. ухудшения разрешающей способности в ближней зоне. Динамическая фокусировка нв прием в реальном времени До настоящего времени мы обсуждали динамическую фокусировку одновременно на передачу и прием, при которой строится составное изображение из различных фокальных зон.

Улучшение качества изображения в этом случае достигается за счет уменьшения частоты кадров во столько раз, сколько раз приходится переключать фокус по глубине. Теперь уместно вспомнить о том, что излучаемый импульс, равно как и зхо-сигналы, распространяется в мягких тканях со скоростью около 1500 м/с, причем скорость изменяется в различных тканях в небольших пределах. Это обстоятельство может быть использовано для того, чтобы в процессе приема эхо-сигналов осуществлять динамическую фокусировку в реальном времени (геа)- Игле с)упагп)с 1осцз(пд )и гесеыег), т.е.

перестройку фокуса датчика с малых глубин на большие по мере движения импульса вглубь тканей. Поясним, как осуществляется динамическая фокусировка в реальном времени на примере линейной решетки (рис. 19). После излучения зондирующего импульса линейная решетка фокусируется на прием из ближней зоны (фокус с,).

Когда истечет время, необходимое для прохождения зондирующим импульсом до глубины 1т ь плюс время прохождения зха-сигналом с этой глубины обратно до поверхности решетки„осуществляется перефокусировка на прием сигналов в средней зоне (фокус Рк). Па прохождении времени, которое потребуется импульсу для достижения глубины С, „и возвращения зхо-сигнала с этой глубины к датчику, решетка перефокусируется на глубину, соответствующую фокусу ск.

Характеристики

Список файлов книги