Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 35
Текст из файла (страница 35)
При этом чем короче во времени импульсы, тем лучше разрешающая способность по глубине, или продольная разрешающая способность. Рисунок 18 поясняет сказанное, изображая эхо-сигналы, отраженные от различных акустических неоднородностей (неподвижных и движущихся — кровоток в сосудах), для двух типов сигналов — длинных и коротких. Если УЗ датчик излучает длинные импульсные сигналы 8,(г), то отраженные эхо-сигналы зачастую накладываются друг на друга в тех случаях, когда отражатели находятся близко друг от друга: например, в случае 1 для неподвижных отражателей и в случае 2 для подвижных отражателей.
Если отражатель находится далеко от других (случай 3), эхо-сигнал от него воспринимается отдельно. Принято говорить, что в случаях 1 и 2 отсутствует разрешение отражателей по глу- Глава 4 Излучаемые сигналы Неподвижны отражател Принимаемые эхо-сигналы Контрольный объем движущиеся отражатели Рис. 58. Влияние длительности излучаемых сигналов на разрешающую способность по глу- бине: придлинном сигнале Б,Я разрешение хуже, чем при коротком сигнале $,(5). бине, а в случае 3 отражатель разрешается.
Если использовать короткий излучающий импульс Як(5), то эхо-сигналы, отраженные отдельными структурами в случаях 1 и 2, будут восприниматься раздельно на оси 5 (см. рис. 18). Разрешающая способность по глубине здесь существенно выше, чем при сигнале 8,(5). Минимальный интервал по времени между элементами, при котором эхо-сигналы воспринимаются отдельно, равен длительности сигнала по времени т.
Соответственно, минимальное расстояние по глубине между элементами, при котором они Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером емый УЗ Строб 1 Строб 2 Строб 3 Строб 4 Стен сосуда ультразвуковые дивгностичвскив приборы 147 воспринимаются отдельно, равно: И. = Ст/2 (см. раздел 2.2). Для того чтобы наблюдать только один интервал по глубине, необходимо выделить определенный интервал во времени — строб, или ворота (9а1е, или эагпр1е 9а1е), и анализировать эхо-сигналы, приходящие в стробе. Положение этого строба на оси времени 1 однозначно определяется глубиной расположения сосуда.
Ширина строба выбирается равной или большей длительности импульса т. Область, ограниченная шириной приемно-передающего УЗ луча и длиной строба (рис. 18), характеризует контрольный объем в импульсно- волновом допплере, т.е. ту область, в которой оценивается спектр скоростей кровотока. Длина и положение строба во времени (и следовательно, по глубине) однозначно связаны с размерами и положением контрольного объема.
Поэтому зачастую вместо термина «строб» используется понятие контрольного объема. В начале исследования, например в тех случаях, когда ведется поиск сосуда, длина строба может выбираться в несколько раз больше длины импульса. При этом строб по глубине может иметь размер 5 — 10 мм. Соответственно и контрольный объем, т.е. область анализа эхо-сигналов, достаточно велик. При исследовании скоростей в профиле сосуда или в локальной области сердца величина строба выбирается минимальной — почти равной или несколько большей, чем длина импульса излучения. В этом случае контрольный объем минимален (рис.
19), и, последовательно передвигая строб по глубине, можно анализировать спектр скоростей в каждом из малых объемов. Приведенные примеры наглядно иллюстрируют тот факт, что для измерения допплеровских сдвигов частоты на отдельных интервалах по глубине Рис. 19. Лри коротком сигнале возможно получение информации о скоростях кровотока ив отдельных участках сечения крупного сосуда (в профиле сосуда). Скорость измеряется отдельно ив каждом участке в стробвх1, 2, 3 и 4. целесообразно применять короткие импульсные сигналы.
Однако при использовании коротких сигналов получается гораздо более низкая точность измерения допплеровского сдвига частоты, чем при длинных сигналах. Это объясняется, во-первых, тем, что короткие импульсы имеют соответственно более низкий уровень энергии, и, следовательно, всегда присутствующие шумы и помехи в большей степени затрудняют измерение сдвига частоты.
Во-вторых, снижение точности обусловлено тем, что с уменьшением длительности сигнала расширяется соответствующий ему спектр частот и затрудняется измерение допплеровских сдвигов частоты. Гпава 4 '(а ~ о '(б~ о (в ) о М= 2Ц'С Рис. 20. Импульсноволновой допплер. а — сигнал генератора с частотой Гв. 6 — сформиро- ванная пачка иэ Н импульсов с периодом повторения Т.
в — пачка эхо-импульсов, отражен- ных отдвижущихся структур; т, тп тть пт — столбы, в которык осуществляется прием эхо-сиг- налов с глубины Д Поэтому для измерения допплеровских сдвигов частоты применяются не просто короткие импульсные сигналы, а периодические последовательности импульсов, или так называемые пачки импульсов. Использование пачки коротких импульсов позволяет устранить упомянутые недостатки, так как энергия пачки возрастает с увеличением количества импульсов, а спектр становится более узким. Таким образом, пачка импульсов дает возможность сохранить основные достоинства длинного сигнала, позволяющего с достаточной точностью измерять допплеровский сдвиг частоты.
С другой стороны, пачка коротких импульсов дает возможнос~ь обеспечить ту же разрешающую способность по глубине, что и один короткий импульс. На рис. 20а показан длинный синусоидальный сигнал, из которого формируется пачка импульсов (рис. 20б) путем вырезания коротких сигналов длительностью т. каждый, отстоящих друг отдруга на интервал Т. Интервал Т называется периодом повторения импульсов. Обратная величина Г= ЦТназывается частотой повторения импульсов (ри1эе герет)т1оп (тес)иепсу— РНГ). Это очень важная характеристика импульсных допплеровских сигналов, о которой еще будет сказано ниже.
Схема и основные устройства излучения и обработки сигналов в системе импульсноволнового допплера показаны на рис. 21. Пачка импульсов образуется из непрерывного си~нала генератора с частотой Г„при помощи формирователя пачки и подается на пьезопреобразователь датчика, в котором электрические сигналы трансформируются в механические колебания УЗ частоты и излучаются в направлении луча датчика.
Этот же пьезопреобразователь служит и для приема отраженных эхо-сигналов. В этом принципиальное отличие датчиков для импульсноволнового допплера от датчиков для непрерывноволнового допплера, где для излучения и приема используются отдельные пьезопреобразователи. Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером Рис. 21.
Импульсновапновой допплер. Схема и основные устройства системы излучении и обработки сигналов. Принятые датчиком акустические эхо-сигналы преобразуются им в электрические и поступают на приемное устройство (рис. 21). Эхо-сигнал от каждого отражающего элемента биологических структур также представляет собой пачку импульсов, сдвинутую (запаздывающую) по времени относительно излученной пачки на величину М = 2Е/С, где Š— глубина отражателя относительно поверхности датчика (рис.
20в). Когда элементарных отражателей много и они близко расположены друг относительно друга (что имеет место при обследовании биологических структур), эхо-сигналы от них образуют непрерывный шумоподобный сигнал. Для выделения импульсных эхо-сигналов,соотвегствующиходномуэлементу, прием осуществляется в стробах, обозначенных на рис. 20в буквами т, тп т и т.д. Стробы устанавливаются со сдвигом во времени относительно каждого из излучаемых импульсов пачки на величину бг = 2Е/С, при этом временной интервал между соседними стробами равен Т.
Как уже было сказано, глубина Е соответствует ожидаемому расположению обследуемого объекта, например сосуда или части его сечения. Формирование приемных стробов является функцией одного из устройств системы (рис. 21). После выделения эхо-сигнала его частота сравнивается с частотой тв генератора, и если эхо-сигнал обязан своим происхождением движущимся структурам (кровотоку), то выделяются составляющие эхо-сигнала с частотами допплеровского сдвига Г, (положительными или отрицательными).
Эхо-сигналы на частоте допплеровского сдвига поступают на два громкоговорителя: один для положительных, другой для отрицательных сдвигов частоты. Эти же эхо-сигналы подаются на анализатор спектра, вычисляющий спектр частот допплеровского сдвига 6(Гк). Спектр запоминается в устройстве памяти и отображается на мониторе прибора (рис. 21) в виде картинки, аналогичной показанной на рис.
16. Предположим теперь, что отражающая структура находится не на глу- Глава 4 Т) 2Е /С, Рис. 22. Неоднозначность олредвления глубины отражающих структур в системах импульсноволнового допплера. а — пачка излучаемык импульсов. б — пачка принимаемых сигналов. бине Е, а на глубине Е, = Е+ ТС/2, т.е. на временном расстоянии от начала оси времени, равном (М + Т) (рис. 22).
Это означает, что импульсы пачечного эхо-сигнала попадут в ворота т,, ткт и тд. Система импульсно- волнового допплера обнаружит эти импульсы и воспримет их так же, как эхо-сигналы от структуры на глубине Е, и будет измерять их спектр частот допплеровского сдвига. При этом система не в состоянии определить точно, на какой же действительно глубине — Е или Е, — находится отражающая структура, т.е. имеет место неоднозначность измерения глубины. Происходит это в тех случаях, когда первый эхо-импульс приходит позже, чем датчиком излучается второй импульс пачки. Если движущиеся отражающие структуры (например, сосуды) находятся одновременно на глубинах Е и Е„ то система будет измерять некий суммарный допплеровский спектр, т.е.
давать заведомо неверный результат. Для того чтобы не было неоднозначности определения глубины, необходимо выполнение следующего условия для величины периода повторения импульсов в пачке: где Е .„— максимальная глубина, в пределах которой мы хотим обеспечить однозначные измерения. Кстати, это требование всегда выполняется в режиме В, где тоже в процессе сканирования периодически излучаются короткие импульсы. Стремление выполнить требование однозначного измерения глубины в системах импульсновалнового допплера приходит в противоречие с требованием однозначного определения допплеровского сдвига частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
