Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 3
Текст из файла (страница 3)
раздел 3.1). Существует физический предел разрешающей способности, т.е. значение, которое в принципе не может Краткие сведения по физике ультразвука О ~б Я и 1О О е о к о о ь и о о 2 ОЗ Ультразвуковые диагностические приборы 15 быть превзойдено в системе, использующей волны для получения информации. Этот предел близок по величине длине волны. Таким образом, чем выше частота, тем потенциально лучше может быть разрешающая способность, т.е. тем мельче могут быть детали, отображаемые диагностической системой, и тем лучше качество изображения.
К сожалению, ультразвук с высокой частотой значительно сильнее затухает при распространении в биологических тканях, что существенно снижает глубину исследования на высокой частоте (см. раздел 1.5). В УЗ диагностических системах непрерывные синусоидальные колебания используются только в специальных режимах работы. В большинстве же случаев применяется импульсное колебание или импульсный акустический сигнал. Типичный вид импульсного сигнала изображен на рис. 4. На рис. 4а показано, как импульс, сФормированный излучателем, распространяется вглубь биологических тканей вдоль оси х.
У каждого импульсного акустического сигнала можно выделить высокочвс'готное заполнение, а также нарисовать огибающую (пунктирная кривая), которая называется так потому, что огибает максимальные и минимальные значения высокочастотногозаполнения. Если акустический импульс излучен в момент т = О (рис. 4б). то на глубине х, он появится в момент 1 = к,/С (С вЂ” скорость звука в биологических тканях), на глубине х, импульс может быть обнаружен в момент ( = х,/С и т.д.
С глубиной величина импульса уменьшается вследствие затухания в тканях. Важной характеристикой импульсного сигнала является его спектр (или частотный спектр). Простое гармоническое колебание характеризуется всего одной частотой т, те. его спектр представляет собой одну ли- Рис. 4. Импульсный акустический сигнал, его распространение вглубь биологических тканей (а) и характер его смещения по оси времени г в зависимости от глубины перемещения (б). нию (рис. б). Импульсный сигнал можно представить как совокупность многих гармонических колебаний (гармоник) с различными частотами. На рис. 5 показан импульсный сигнал, который представлен как сумма очень большого числа гармонических составляющих с разными частотами. На рис. ба показана только часть этих гармонических колебаний. Изображая амплитуды этих гармонических составляющих в виде вертикальных отрезков оси частот т, получим спектр частот О(т).
Форма спектра отображает относительные уровни каждой из гармонических составляющих (рис. бб). По известному виду спектра С(т) можно совершенно точно определить, как выглядит сигнвл. Для этого необходимо знать еще и Фазы каждой из составляющих. И наоборот, по виду сигнала на временной оси можно однозначно определить, как выглядит его спектр. Вид сигнала связан с Фор- Глана 1 р(1) 10 Рис.
б. Гармоническое колебание (а) и его спектр 6(т) (б). е е $ з с,Ь ив Рис. 6. а — импульсный акустический сигнал р(1), состоящий из гармонических составляю- щих. б — спектр 6(1) импульсного сигнала. чения двухмерных акустических изоб- ражений применяются широкополос- ные сигналы, а для допплеровских ис- следований -узкополосные. 1.2. Физические характеристики биологических сред $9- Ультразвуковые диагностичеотие приборы мой спектра Формульной зависимостью, которая называется преобразованием Фурье.
Центральная частота (при симметричном спектре она находится посредине спектра) является основной частотой спектра. Обычно именно она указывается в качестве характерной частоты каждого УЗ датчика, используемого в системе. Короткие импульсы имеют более широкий спектр частот, чем длинные. Так квк ширина спектра сигнала называется полосой частот сигнала, то короткие импульсы называют широкополосными сигналами, а длинные импульсы узкополосными сигналами.
В зависимости от выбранного режима работы УЗ диагностической системы используется тот ипи иной вид акустических сигналов. Так, для полу- Как уже говорилось, в УЗ диагностике используются продольные УЗ волны, т.е. упругие колебания, направление распространения которых совпадает с направлением смещения частиц среды распространения. Колебания рабочей поверхности УЗ датчика, контактирующей с телом пациента, передаются биологическим тканям, и в результате частицы среды также начинают колебаться относительно сво- Краткие сведения па физике ультразвука ть Направление нзлученных УЗ волн Направления отраженных волн (эхс-снгнелсе) Ультразвукоеые диагностические приборы 17 его равновесного состояния, вызывая смещение соседних частиц„далее расположенных от датчика.
Таким образам, колебания (или волны) распространяются вглубь тканей. В УЗ диагностических системах используется эхолокационный принцип получения информации об органах и структурах, при котором излучаются акустические сигналы и принимаются сигналы, отраженные от неоднородностей биологической среды, и таким образом строится акустическое изображение (рис.
7). Отраженные сигналы, которые принимаются датчиком и используются для диагностики, называются эхо-аигналами. Отражение — основное физическое явление, на основе которого получается информация о тканях. При этом используются те отраженные волны, которые могут быть приняты датчиком, т.е. распространяющиеся в сторону, обратную волнам, напученным датчиком первоначально. Информация, получаемая с помощью отраженных волн, в существенной мере зависит от ряда физических явлений, сопровождающих распространение ультразвука в биологических тканях. В числе основных таких явлений необходимо назвать следующие. Преломление — изменение направления распространения волн при переходе из одной среды в другую, что может приводить к геометрическим искажениям получаемого изабтажения.
Рассеяние — возникновение множественных изменений направления распространения ультразвука, обусловленное мелкими неоднородностями биологической среды и, следовательно, многочисленными отражениями и преломлениями. Поглощение — переход энергии УЗ волн в другие виды энергии, в частности втепло, что вызвано в основном вязкостью среды. Акустическая неоднородность Рнс. 7. Распространение н отражение УЗ волн. Поглощение, рассеяние и отражение УЗ волн в биологических тканях являются причинами затухания, которое характеризует уменьшение энергии УЗ волн при распространении. Параметрами, которые влияют на перечисленные физические явления и на сложный процесс получения акустической диагностической информации, являются скорость звука в среде и плотность среды.
Именно различием скорости звука и плотности разных типов биологических сред объясняются акустические неоднородности биологических тканей, которые существенным образом влияют на формирование акустического изображения. 1.3. Скорость ультразвука в биологических средах, аражение и преловеленйе Для всех видов биологических тканей скорость звука (ультразвука) в каждой из них практически не зависит от частоты (или длины волны).
Глава 1 Таблица 1. Скорость УЗ волн в различных средах и акустические сопротивления сред 13 Ультразвуковыедиагностические приборы В табл. 1 приведены пределы изменения скорости звука для ряда биологических тканей человека (2, 3]. Кроме этого, для сравнения даны значения скорости звука в воздухе при нормальных условиях и в дистиллированной воде при температуре +20'С. Разброс значений скорости звука в тканях одного вида объясняется многими причинами, в частности состоянием пациента, субьективными особенностями организма, возрастом, различием температур при проведении измерений и тд.
В ряде случаев выявлена зависимость скорости звука от состояния исследуемой ткани (норма или патология), что в принципе могло бы быть использовано для диагностики, если бы удалось преодолеть трудности, связанные с точным измерением скорости звука в отдельных структурах (и чио.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
