Приемник

Передатчик

Передатчик, генерирующий сигна­лы для излучения внутрь исследуемо­го тела, является многоканальным устройством, которое по каждому из каналов должно передавать на фор­мирователь луча короткие электриче­ские импульсы. Основные задачи, вы­полняемые передатчиком:

- генерировать импульсы как мож­но меньшей длительности (чем коро­че импульс, тем лучше продольная разрешающая способность прибора);

- обеспечивать амплитуду им­пульсов необходимого уровня (чем выше амплитуда, тем выше чувстви­тельность), но не более допустимо­го с точки зрения безопасности па­циента;

- осуществлять сдвиг по задержке между импульсами с тем, чтобы был сформирован УЗ - луч на передачу с требуемым фокусом;

- изменять рабочую частоту им­пульсов (3,5; 5; 7,5; 10 МГц) в зависи-

мости от выбранного типа датчика.

Приемник, который получает от формирователя луча эхо-сигналы по многим каналам одновременно, должен усиливать эти сигналы, подвер­гать их определенным преобразова­ниям, суммировать сигналы всех ка­налов и подавать суммарный сигнал на сканконвертер.

Эхо-сигналы усиливаются в при­емнике в 1000-100000 раз по ампли­туде (60-100 дБ). Усиление может из­меняться по желанию исследователя с помощью ручки общее усиление, или просто усиление (Gain) на кла­виатуре прибора.

Рис. 4.2. Уровень эхо-сигналов вдоль акустической строки в зависимости

от глубины L (или времени t): а – без регулировки усиления по

зонам глубины; б – с регулировкой усиления по зонам глубины;

в – положение регуляторов усиления по глубине TGC

Кроме общего усиления сигналов во всех современных приборах имеется возможность регулировки усиления по зонам глубины (TGC - time gain control, или DGC - depth gain com­pensation). Основное назначение этих регулировок - компенсировать затуха­ние в различных зонах глубины в зависимости от свойств обследуемой обла­сти. Уровень принимаемых эхо-сигна­лов вследствие затухания существенно уменьшается с глубиной - например, уровень сигнала, получаемого от отра­жателя (неоднородности) на глубине 10 см, может быть в 1000 раз меньше по амплитуде, чем уровень сигнала от того же отражателя на глубине 1 см.

На рис. 4.2,а показан типичный ха­рактер изменения уровня эхо-сигна­лов в зависимости от глубины L (или, что то же самое, времени прихода эхо-сиг-налов t). Если не предприни­мать никаких мер, то на малых глуби­нах яркость изображения будет очень большой, в средней зоне она будет уменьшаться, а на больших глубинах будет совсем низкой. Все это суще­ственно ухудшает качество изобра­жения.

Поэтому в приемнике осуществля­ется регулировка усиления в зависи­-

мости от глубины: чем больше глуби­на, тем больше усиление. Правильная регулировка обеспечивает компенса­цию затухания сигнала в зависимости от глубины таким образом, чтобы максимальные уровни амплитуд эхо-сигналов были примерно одинаковы во всем диапазоне глубин (рис. 4.2,б). В этом случае обеспечивается равно­мерность яркости изображения и вы­сокая диагностическая информатив­ность на всех глубинах.

У различных объектов исследова­ния реальный характер изменения за­туханий с глубиной может сильно отличаться друг от друга.

Рис. 4.3. Уровень эхо-сигналов в зависимости от глубины L или времени t

при наличии зоны акустического псевдоусиления в середине

области исследования: а - без регулировки уси­ления; б - с

регулировкой усиления по зонам глубины; в - положение

ползунковых регуля­торов TGC

Для компенсации этих разли­чий используется раздельная регули­ровка усиления по зонам глубины. В простых приборах может быть всего две зоны регулирования: дальняя и ближняя (far, near). В приборах более высокого уровня число зон от 4 до 10, например через 2 или 3 см по глубине.

Как правило, для регулировки по зонам используются ползунковые ре­гуляторы; при этом по положению ру­чек регуляторов можно судить о характере изменения усиления с глуби­ной (рис. 4.2,в). Иногда характеристика изменения усиления с глубиной отоб­ражается в виде ломаной линии на эк­ране прибора рядом с изображением. Это дает возможность зафиксировать характеристику усиления при регист­рации изображения с помощью ви­деопринтера или видеомагнитофона.

Раздельная регулировка усиления по глубине особенно важна в случаях резкого изменения затухания на раз­личных глубинах. Например, если проводится гинекологическое исследова­ние через наполненный мочевой пу­зырь, в

котором затухание ультразвука очень мало, т.е. имеется зона акусти­ческого псевдоусиления, то раздель­ная регулировка позволяет учесть это обстоятельство и установить постоян­ный уровень яркости эхо-сигналов (рис.4.3). В последнее время появились модели приборов, в которых вводится автоматическая регулировка посто­янного уровня яркости эхо-сигналов на экране во всем диапазоне глубин, что облегчает работу исследователя.

Еще одна функция приемника - сжатие и регулировка динамичес­кого диапазона эхо-сигналов, опре­деляющего отношение максимально­го и минимального сигналов. Типичный динамический диапазон эхо-сигна­лов на входе приемника - 120 дБ, т.е. амплитуда максимального эхо-сигна­ла в миллион раз больше амплитуды минимального. В то же время дина­мический диапазон сигналов, которые могут одновременно отображаться на экране прибора (например в монито­ре телевизионного типа), составляет всего 35-40 дБ, т.е. 60-100 раз по амплитуде.

Рис. 4.4. Сжатие и регулировка динамического диапазона с помощью. логарифмического приемника

Таким образом, имеется явное не­соответствие между динамическими диапазонами сигналов на входе и вы­ходе приемника. Частично это несо­ответствие снимается за счет автома­тической регулировки усиления с глу­биной. Наряду с этим в приемнике производится сжатие динамического диапазона за счет так называемой логарифмической характеристики приемника.

Поясним принцип сжатия динамического диапазона с помощью рис. 4.4. Предположим, на вход прием­ника поступают эхо-сигналы, огибаю­щие которых в значительной мере от­личаются друг от друга по уровню (сигналы 1, 2, 3. 4, 5). В обычном ли­нейном приемнике осуществляется усиление сигналов, при котором со­отношение между уровнямисигналов сохраняется, но только в ограниченном диапазоне - для сигналов не­большого уровня (сигналы 4, 5). Боль­шие сигналы (1,2) обрезаются сверху (или ограничиваются по амплитуде), так как линейный приемник с большим динамическим диапазоном сделать невозможно. Характеристика такого приемника, связывающая входные на­пряжения U _вх и выходные напряжения U _вых состоит из двух линий - одна (под углом) определяет линейное усиление в диапазоне слабых сигналов, другая (горизонтальная) - уровень ограниче­ния сильных сигналов. Динамический диапазон выходных сигналов в ли­нейном приемнике с ограничением получается таким, что сигналы боль­шого и среднего уровня (сигналы 1, 2, 3) будут иметь одну и ту же ампли­туду, а следовательно, будут отражаться на экране с одним и тем же уровнем яркости. Поэтому исследо­ватель не увидит различия между ни­ми, что означает потерю диагности­ческой информации.

Если сделать приемник с логариф­мической характеристикой, при кото­рой выходное и входное напряжения связаны соотношением U _вых = log U _вх, то все входные сигналы можно про­пустить через приемник без ограни­чения (рис. 4.4). Правда, при этом из­менится относительный уровень сиг­налов: если сигнал 1 на входе был вдвое больше сигнала 3, то на выходе он будет больше, например, всего на 20%. Таким образом, в логарифмиче­ском приемнике уменьшается разли­чие между сигналами, но все же оно имеет место, в то время как в зоне ог­раничения линейного приемника раз­личия в уровне сигналов исчезают вовсе.

Характер логарифмической зави­симости определяет степень сжатия входного динамического диапазона. Степень сжатия в ряде приборов можно изменять, расширяя или сужая динамический диапазон по желанию исследователя. Чем больше динами­ческий диапазон принимаемых эхо-сигналов, тем больше у прибора воз­можностей для отображения на эк­ране эхо-сигналов разного уровня и, следовательно, получения диагности­чески значимой информации. В ряде случаев, наоборот, большой динами­ческий диапазон не нужен, и требует­ся его уменьшить, например для того, чтобы подчеркнуть контуры границ различных сред.

Изменение диапазона рабочих ча­стот - еще одна функция приемника. Каждый прибор должен работать с на­бором датчиков, имеющим различные частоты (например, 3,5; 5,0 и 7,5 МГц). Поэтому диапазон частот приема не­обходимо изменять при переключе­нии прибора на работу с датчиком, имеющим другую частоту, чтобы обеспечить наилучшее качество при­ема эхо-cигна- лов. Изменение полосы приема в зависимости от датчика осу­ществляется в

приемнике путем пе­реключения специальных фильтров.

Таким же образом перестраивает­ся диапазон частот при работе с мно-гочастотными датчиками в зависимо­сти от выбранной частоты датчика.

В разделе 2.1.3 мы уже говорили о том, что по мере прохождения излу­чаемого сигнала вглубь его централь­ная частота смещается в сторону бо­лее низких частот. Так, при излучении сигнала с частотой 3,5 МГц эхо-сиг­нал с

глубины 12 см может иметь сдвиг центральной частоты до вели­чины 2,5 МГц. Для того чтобы обеспе­чить наилучшие условия выделения полезного сигнала на фоне шумов, в приемнике осуществляется под­стройка частоты приема с глубиной в соответствии с ожидаемым сдвигом частоты эхо-сигналов.

В завершение рассмотрения функ­ций приемника следует сказать о том, что в приборах простого и среднего класса используется традиционный аналоговый приемник, в котором сиг­налы на всех этапах преобразования имеют ана- логовую форму (т.е. форму непрерывной зависимости от време­ни). В сложных и дорогих приборах высокого класса все чаще использует­ся цифровой приемник (digital receiver), в котором уже на входе сиг­налы преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя. Вся обработка сигналов в таком приемнике (усиле­ние, сжатие динамического диапазо­на, регулировка усиления и изменение диапазона частот) осуществляет­ся в цифровом виде, что обеспечивает большую гибкость управления и высо­кую надежность и стабильность харак­теристик приемника.

Рис. 4.5. Преобразование информации из полярной в декартову

систему координат в сканковертере, где А – понятие об

интерполяции(расчет амплитуд в точках 2 и 3 по значениям

амплитуд в точках 1 и 4)

Дата добавления: 2014-11-29