Скачать презентацию Векторное электронное сканирование Векторное сканирование Название Скачать презентацию Векторное электронное сканирование Векторное сканирование Название

Lektsia_TTI_26.ppt

  • Количество слайдов: 30

Векторное электронное сканирование Векторное электронное сканирование

Векторное сканирование • Название «векторное сканирование» введено специалистами фирмы «Акусон» для обозначения усложненного варианта Векторное сканирование • Название «векторное сканирование» введено специалистами фирмы «Акусон» для обозначения усложненного варианта фазированного секторного электронного сканирования, который впервые был реализован в приборах фирмы. • Векторное сканирование имеет целью уменьшить недостаток фазированного секторного сканирования - малый размер зоны обзора на небольших глубинах - и преодолеть недостаток линейного сканирования - малый размер зоны обзора на больших глубинах.

• Принципы формирования аналогичны фазированному секторному сканированию с той разницей, что в процессе • Принципы формирования аналогичны фазированному секторному сканированию с той разницей, что в процессе приема эхо-сигналов для каждого из лучей приходится по мере увеличения глубины приема дополнительно корректировать и выставлять задержки (и фазы) сигналов так, чтобы компенсировать разность путей эхо-сигналов для луча с осью, сдвинутой относительно центра решетки элементов. • Напомним, что при фазированном секторном сканировании оси всех лучей проходят через центр решетки. • При векторном сканировании оси лучей также проходят через одну точку - мнимый центр решетки, который находится за пределами решетки.

Преимущество и недостатки векторного сканирования • Преимущество векторного сканирования заключается в улучшении формы зоны Преимущество и недостатки векторного сканирования • Преимущество векторного сканирования заключается в улучшении формы зоны обзора расширение зоны на малых глубинах способствует более информативному обследованию. • Недостаток векторного сканирования - сложность аппаратурной реализации метода.

Основные характеристики УЗ сканеров • • • Качество изображения и диагностическая информативность УЗ прибора Основные характеристики УЗ сканеров • • • Качество изображения и диагностическая информативность УЗ прибора зависят от его аппаратурных возможностей и определяются рядом технических характеристик, основными из которых являются следующие: Пространственная разрешающая способность (разрешение). Служит важнейшей характеристикой прибора, так как от нее зависит способность различать малые объекты и структуры, близко расположенные друг к другу. В качестве меры разрешающей способности принимается минимальное расстояние между двумя малыми отражающими объектами, при котором, наблюдая изображение на экране, можно их видеть раздельно, т. е. принять решение о наличии двух элементов. Для того чтобы исключить влияние размеров объектов на оценку разрешающей способности, в качестве элементов принимаются точечные отражающие объекты.

К определению разрешающей способности по Рэлею: а – хорошее разрешение, б – предельное разрешение, К определению разрешающей способности по Рэлею: а – хорошее разрешение, б – предельное разрешение, в – разрешения нет

• На практике для определения минимального расстояния различимости используется классический критерий, при котором • На практике для определения минимального расстояния различимости используется классический критерий, при котором полагается, что точечные объекты разрешаются (т. е. воспринимаются раздельно), если в суммарном сигнале от них есть провал (двугорбость). • На выше изображены типичные случаи: а) хорошего разрешения - сигналы от точечных отражателей воспринимаются раздельно; б) предельного разрешения - сигналы от отражателей воспринимаются раздельно, но при дальнейшем сближении отражателей сигналы от них сливаются, т. е. провал между ними исчезает, и тогда имеет место случай в) - разрешения нет. • Описанный критерий разрешающей способности называется разрешением по Рэлею (Rayleigh resolution).

• Применительно к УЗ системам получения изображения следует различать продольную разрешающую способность (longitudinal • Применительно к УЗ системам получения изображения следует различать продольную разрешающую способность (longitudinal resolution) и поперечную разрешающую способность (lateral resolution).

Продольное разрешение Продольное разрешение

• О продольной разрешающей способности мы говорим, когда точечные отражатели находятся в одном • О продольной разрешающей способности мы говорим, когда точечные отражатели находятся в одном УЗ луче и изменяется их взаимное положение вдоль оси луча. • Эхо-сигналы от элементарных отражателей а и б разрешаются, если огибающие этих сигналов пересекаются на достаточно низком уровне. • Из рисунка видно, что если огибающая сигнала менее протяженная во времени, т. е. сигнал во времени занимает более короткий интервал (случай I), то разрешающая способность выше. • В случае I отражатели а и б могут располагаться ближе, чем в случае II, и при этом наблюдаться раздельно, не сливаясь. • Эхо-сигнал получается в результате отражения зондирующего сигнала и практически повторяет его вид, поэтому продольная разрешающая способность определяется видом зондирующего импульса, прежде всего протяженностью его огибающей во времени, а также формой, в частности наличием или отсутствием так называемых «боковых лепестков» .

• При использовании зондирующих импульсов колообразной (гауссовой) формы продольное (аксиальное) разрешение определяется величиной • При использовании зондирующих импульсов колообразной (гауссовой) формы продольное (аксиальное) разрешение определяется величиной • • где скорость УЗ в среде, - длительность зондирующих импульсов. Для получения более высокой продольной разрешающей способности желательно использовать более короткие зондирующие сигналы. Однако имеются определенные физические ограничения - в акустическом сигнале не может быть менее 1 - 2 периодов колебаний. Поэтому зондирующий импульс с более высокой частотой колебаний внутри огибающей в принципе может быть короче, чем импульс с более низкой частотой (случай I по сравнению со случаем II). Вот почему датчики с высокой частотой обеспечивают более высокую разрешающую способность.

Оценки разрешающей способности УЗ приборов среднего класса Рабочая частота датчика, МГц 3, 5 5, Оценки разрешающей способности УЗ приборов среднего класса Рабочая частота датчика, МГц 3, 5 5, 0 7, 5 10, 0 Продольна я разрешаю щая способност ь, мм Поперечна я разрешаю щая способност ь, мм Максимал ьная рабочая глубина, мм 0, 8 0, 6 0, 4 0, 3 2, 5 1, 5 0, 8 0, 4 200 130 70 40

Поперечное разрешение Поперечное разрешение

• О поперечной разрешающей способности говорится в случае, когда точечные отражатели располагаются на • О поперечной разрешающей способности говорится в случае, когда точечные отражатели располагаются на одной глубине или на линии, перпендикулярной осям УЗ лучей. • Рассмотрим следующие практические случаи. I. Отражатели а и б находятся в границах одного луча. При этом отсутствует возможность принять решение о разрешении двух отражателей. II. Отражатели находятся в двух соседних лучах. И в этом случае, если не используются специальные методы обработки сигналов, невозможно принять решение о том, что наблюдается - два отражателя или один протяженный объект, одновременно находящийся в двух соседних лучах. III. Отражатели находятся в различных лучах, между которыми есть один или несколько лучей. В этом случае отражатели полностью разрешаются.

• Таким образом, поперечная разрешающая способность определяется расстоянием между лучами и ухудшается с • Таким образом, поперечная разрешающая способность определяется расстоянием между лучами и ухудшается с увеличением этого расстояния. • Повышая плотность лучей (уменьшая расстояние между акустическими строками), можно улучшить поперечную разрешающую способность. • При этом ширина лучей должна быть меньше или того же порядка, что и расстояние между их осями, - только тогда будет достигнут эффект улучшения разрешающей способности.

• Оценить поперечную разрешающую способность на расстоянии от преобразователя апертурой можно из соотношения • Оценить поперечную разрешающую способность на расстоянии от преобразователя апертурой можно из соотношения где - длина УЗ волны. • Отметим, что сохранение постоянства поперечного разрешения на разной глубине эхо-импульсного зондирования может быть обеспечено только путем соответствующего изменения эффективного размера апертуры сканирующего преобразователя.

• Поперечная разрешающая способность, как правило, хуже продольной и ухудшается с глубиной. • • Поперечная разрешающая способность, как правило, хуже продольной и ухудшается с глубиной. • Вместе эти две величины характеризуют пространственную разрешающую способность, которая непосредственно связана с таким понятием, как зернистость изображения. • Этим понятием часто пользуются специалисты при сравнительной оценке качества изображения различных приборов. • И хотя в этой оценке может быть некоторая субъективность, в основе оценки - объективные технические возможности конкретных приборов и, прежде всего - их пространственная (объемная) разрешающая способность. .

• Объемная разрешающая способность определяется как • Вполне понятно, что для достижения лучшей • Объемная разрешающая способность определяется как • Вполне понятно, что для достижения лучшей «читаемости» эхо-изображения и распознавания на нем необходимых объектов оптимальным следует считать случай.

УЗ луч, формируемый плоским одиночным преобразователем УЗ луч, формируемый плоским одиночным преобразователем

Фокусировка УЗ луча • Выше уже говорилось, что поперечная разрешающая способность УЗ диагностической системы Фокусировка УЗ луча • Выше уже говорилось, что поперечная разрешающая способность УЗ диагностической системы и, следовательно, качество изображения зависят от ширины УЗ луча. • Луч, формируемый плоским одноэлементным преобразователем, имеет вид, показанный на выше приведенном рисунке. • Точка F на центральной оси луча, где ширина луча минимальна, называется фокусом. • Зона от поверхности преобразователя до фокуса называется ближней, зона далее фокуса соответственно называется дальней. • Ширина луча в ближней зоне практически такая же, как размер D преобразователя. • Луч в дальней зоне имеет форму конуса с вершиной в центре преобразователя.

• Говоря о форме луча, мы имеем в виду, что границы луча, изображенные • Говоря о форме луча, мы имеем в виду, что границы луча, изображенные на выше приведенном рисунке, обычно проводятся по некоторому определенному уровню мощности сигнала. • Это означает, что мощность сигнала в любой точке внутри луча отличается от максимальной, измеряемой на оси, не более чем на определенную величину (например, на 50%). • За пределами луча сигнал имеет меньший уровень.

• Размер УЗ преобразователя, как правило, находится в пределах от 7 до 25 • Размер УЗ преобразователя, как правило, находится в пределах от 7 до 25 мм (для датчиков с малой частотой размер больше, чем для датчиков с большей частотой). • Соответственно тот же размер имеет ширина УЗ луча в ближней зоне. • По этой причине поперечная разрешающая способность в ближней зоне очень плохая: поперечный размер элемента изображения 725 мм совершенно не годится для получения качественной картины.

• В зоне фокуса F и в дальней зоне угловая ширина луча определяется • В зоне фокуса F и в дальней зоне угловая ширина луча определяется величиной ~ /D, где - длина волны УЗ колебаний, D - размер преобразователя. • Размер D выбирается таким образом, чтобы обеспечить по возможности малую угловую ширину луча . • Однако, если преобразователь плоский, то фокус F расположен далеко и большую часть глубины исследования занимает ближняя зона с широким лучом и плохой поперечной разрешающей способностью.

• Все сказанное относится не только к одноэлементным УЗ преобразователям, но и к • Все сказанное относится не только к одноэлементным УЗ преобразователям, но и к многоэлементным преобразователям, которые используются в датчиках с линейным, конвексным и фазированным сканированием. • С ними также нельзя получить хорошую поперечную разрешающую способность в ближней зоне, если не предпринимать специальные меры.

УЗ преобразователи с различными радиусами кривизны УЗ преобразователи с различными радиусами кривизны

• Вследствие указанных причин в УЗ диагностических системах применяется фокусировка УЗ луча. • • Вследствие указанных причин в УЗ диагностических системах применяется фокусировка УЗ луча. • Принцип фокусировки проще пояснить на примере одноэлементного преобразователя. • Если вместо плоской формы придать поверхности преобразователя сферическую форму, то фокус F приблизится к поверхности преобразователя. • Фокус будет располагаться тем ближе, чем меньше радиус кривизны R сферической поверхности преобразователя. • Чем меньше радиус кривизны, тем меньше глубина ближней зоны с плохой поперечной разрешающей способностью и тем меньше ширина луча в зоне фокуса.

• Однако в сфокусированных преобразователях появляется свой недостаток - на определенной глубине дальше • Однако в сфокусированных преобразователях появляется свой недостаток - на определенной глубине дальше фокуса ширина УЗ луча начинает резко увеличиваться (луч «расходится» ), и поперечная разрешающая способность опять начинает ухудшаться. • Если преобразователи с различным радиусом кривизны имеют одинаковый размер D и работают на одной и той же частоте f, то на глубинах возле фокуса и в дальней зоне (до тех пор пока луч не начинает резко расходиться) границы УЗ луча практически совпадают с поверхностью конуса, вершина которого находится в центре преобразователя, а угол при вершине = /D.

• Конус, границы которого обозначены на пунктиром, является «идеальным лучом» для преобразователя данного • Конус, границы которого обозначены на пунктиром, является «идеальным лучом» для преобразователя данного размера D. • При любом радиусе кривизны преобразователя соответствующий ему луч в лучшем случае может совпадать с идеальным, но не может быть уже. • Зона, в которой луч практически совпадает с идеальным лучом, ограниченная по глубине интервалом L, называется зоной фокуса. • Чем меньше радиус кривизны R, тем меньше протяженность зоны фокуса L

Фокусировка в датчике с секторным механическим сканированием Фокусировка в датчике с секторным механическим сканированием

• На выше приведенном рисунке показан датчик с тремя преобразователями, каждый из которых • На выше приведенном рисунке показан датчик с тремя преобразователями, каждый из которых сфокусирован на различную глубину и имеет соответственно фокусы F 1, F 2 или F 3. • В зависимости от того, какой диапазон глубин интересен врачу, можно подключать тот или иной преобразователь, не меняя датчик. • В зоне фокусировки преобразователя качество изображения высокое, а за ее пределами качество снижается. • Наличие нескольких преобразователей в одном датчике и их электронное переключение сделало возможным получение высококачественного изображения во всем диапазоне глубин с помощью, так называемой, динамической фокусировки.