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 F ₁. В электронном блоке прибора при этом запоминается изображение в зоне 1 (рис. 4.15,б). Далее в процессе вращения ротора датчика по часовой стрелке обеспечивается сканирова­ние в том же угле преобразователем 2 с фокусом F ₂ и запоминается вторая часть изображения - в зоне 2. Нако­нец, третий преобразователь позво­ляет получить третью часть изобра­жения - зону 3 на рис. 4 15,б. 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 возможности динамической фокусировки обеспечи-ваются благодаря применению много­элементных 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. 4.16).

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. 4.13.

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.4.16), 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. 4.14). Это объясняется тем, что поверх­ность, соединяющая начала всех им­пульсов при излучении, повторяет с

некоторым приближением форму по­верхности одноэлементного сфери­ческого излучателя. Поверхность, соединяющая начала излучаемых им­пульсов, называется фронтом волны (ультразвуковой). Управляя задерж­ками сигналов, можно формировать необходимый фронт волны для фоку­сировки луча на различную глубину (рис. 4.16).

,

Рис.4.16. Электронная динамическая фоку­сировка в датчике с кольцевой

решеткой. Вид составного УЗ - луча

В отличие от датчика с переключае­мыми преобразователями датчик с кольцевой решеткой позволяет уста­новить фокус на любой глубине и по­лучить составное изображение, по­добное рис. 4.15,б, но с каким угодно ко­личеством фокальных зон.

Отличительной особенностью кольцевой решетки является 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.4.16 изображены размеры луча - ширина и толщина в зоне фоку­са F ₁. Принципиальное отличие коль­цевых 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). 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 необходимо использовать 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 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.

Рис. 4.17. Динамическая фокусировка и вид составного УЗ - луча в

электронных датчиках ли­нейного и секторного сканирования

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 видплоской решетки из узких эле­ментов, к каждому из которых подво­дится отдельный контактный провод (рис.4.17). 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 пьезоэлементами акустических (ультразвуковых) им­пульсов, то можно фокусировать луч на необходимую глубину и переклю­чать глубинуфокуса для того, чтобы 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. 4.17 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 толщи- не, только в фокусе F _n линзы. На рис. 4.17 справа показано сечение каждого из лучей в толщине плос­кости. Вне зависимости от характера динамической фо-кусировки и формы сечения луча в плоскости сканирова­ния (рис. 4.17- заштри- хована) сече­ние каждого луча в толщине плос­кости имеет один и тот же вид.

В отличие от кольцевой решетки, где можно получить узкий луч во всех направлениях («карандашный» луч), в линейных решетках луч можно сде­лать узким лишь в плоскости сканиро­вания. В толщине 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 толщине 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. 4.18 показан внешний вид луча конвексного датчика с тремя дина­мическими фокусами. Для фокуси­ровки в толщине плоскости в конвексной решетке также используется акустическая линза, которая вслед­ствие выпуклой формы самой ре­шетки имеет поверхность не цилинд­рической, а тороидальной формы.

Дата добавления: 2014-11-29