Датчики УЗ сканеров (стр. 3 из 3)
(2)Обозначим расстояние от пьезорешетки до фокуса также буквой F. Тогда
и 
; смысл размеров а1 и аiпонятен из чертежа.Выразим их через шаг пьезорешетки d
; 
.Приведем L1 и Li к виду
; 
.При
>> 
можно воспользоваться приближенными формулами вычисления 
; 
и 
(3)Используя формулы (2.6) и (2.7), находим
. (4)Задержки ti
весьма малы и находятся в диапазоне 10 – 1000 нс. Так как число элементов n апертуры обычно четное, то, с учетом их симметричного расположения относительно оси апертуры, задержки рассчитываются для одной половины. Например, при n = 16, d = 1 мм и F = 50 мм задержка для средних элементов (i = 8,9), рассчитанная по формуле (4), будет равна 145 нс, а для элементов 2 и 15 – 36 нс.Смысл фокусировки отраженных (эхо) сигналов состоит в следующем. Пусть на объект упал сфокусированный луч и от него отражается одна волна. Однако ее фронт дойдет до отдельных элементов апертуры в разное время – позже всех до крайних элементов – и вызовет в них импульсы малой амплитуды, распределенные во времени. Чтобы объединить их все вместе и получить один большой импульс, эхо-сигналы задерживают в той же последовательности, как и при фокусировке луча, и затем суммируют. Задержки рассчитывают по формуле (4). Формирование временных задержек для фокусировки при передаче осуществляют только цифровыми средствами. Для фокусировки при приеме в зависимости от поколений УЗ сканеров применяют и аналоговые и цифровые способы.
Обычно при передаче устанавливают один фокус, но его можно менять в процессе исследования одного и того же сечения – при этом будет меняться характер изображения. А вот фокусов при приеме, в принципе, может быть сколько угодно, причем точка фокуса перемещается в глубину синхронно с продвижением фронта УЗ луча. Обычно таких фокусов бывает 8 – 16. Временные задержки для получения различных фокусных расстояний хранятся в памяти программы или в ПЗУ и вводятся в соответствующие блоки по мере необходимости. Кроме того, надо учитывать, что при перемещении апертуры вдоль пьезорешетки в процессе сканирования изменяются положения элементов относительно апертуры. Так, после первого шага второй элемент становится первым, третий – вторым и т.д. При этом нужно изменять и соответствующие задержки.
Рассмотренный принцип фазоимпульсного управления многоэлементными структурами для формирования характеристики направленности УЗ луча используют также для электронной фокусировки луча механического секторного датчика и электронно-управляемого секторного сканирования. В первом случае ПЭП представляет собой
 |
кольцевую решетку, состоящую из нескольких изолированных колец (рис. 7).
Рисунок 7. Кольцевая пьезорешетка механического датчика
Для фокусировки при излучении запуск колец производится с задержкой: сначала запускается первое кольцо, потом второе и т.д. Фокусировка при приеме осуществляется с помощью задержки эхо-сигналов. Конструкция датчика получается более сложной хотя бы потому, что к подвижному преобразователю необходимо подвести большое количество проводников.
Электронная фокусировка позволяет существенно повысить разрешающую способность УЗ сканера. Отметим, что следует различать разрешающую способность по ширине и глубине. Первая обеспечивается фокусировкой, а вторая зависит прежде всего от длительности зондирующих импульсов, которая должна быть достаточно малой. Так, чтобы различать детали размером 1 мм, длительность импульса должна составлять около 0,6 мкс. При частоте УЗ колебаний 3 МГц импульс будет содержать 3 – 4 полупериода.
Широко применяются так называемые конвексные датчики. Они занимают промежуточное положение между секторными и линейными датчиками. Их пьезорешетка, как и у линейных, содержит большое (хотя и меньшее) количество элементов, но она изогнута в виде дуги. Это позволяет, с одной стороны, организовать управляемую фокусировку луча, а с другой – получить веерный растр. Поэтому конвексный датчик при относительно малых размерах позволяет получить большое поле обзора при хорошем качестве изображения.
Кроме рассмотренных выше типов эхограмм в УЗ диагностике иногда применяют С-эхограммы. Их получают путем фронтального сканирования объекта, в результате чего строится изображение сечения на определенной глубине. Сканирование обычно выполняют вручную, а сама процедура требует специальных приспособлений: ванна с водой, куда помещается пациент, механический датчик координат и др. Разумеется, аппаратура для С-сканирования должна быть цифровой, с памятью.