9.2. Двумерная регистрация акустического изображения
Для осуществления некоторых способов визуализации, которые будут описаны в этой главе, требуются средства записи двумерного множества значений параметров акустического поля (амплитуды давления, фазы, времени прихода импульсов и т. д.). В принципе доступны многие методы, но практические требования к чувствительности по амплитуде, времени отклика и (в некоторых случаях) к чувствительности по фазе значительно ограничивают выбор. Основные методы акустической регистрации и измерения подробно рассмотрены в гл. 3, и последующее обсуждение призвано просто подчеркнуть некоторые аспекты, связанные с визуализацией.
Один из простейших методов записи двумерного множества значений параметров акустического поля — сканирование очень малым пьезоэлектрическим преобразователем над исследуемой поверхностью. Изображение может быть зарегистрировано без потери информации при условии, что размеры преобразователя, скорость съема данных и размеры растра выбраны так, чтобы получить наиболее богатое пространственными частотами акустическое поле, а динамический диапазон системы регистрации адекватен глубине модуляции поля.
Хотя эта процедура иногда и применяется, она слишком медленна для медицинских целей, и поэтому были созданы одно- и
Рис. 9.1. Блок-схема системы трансмиссионной визуализации для применения в медицине.
(кликните для просмотра скана)
двумерные решетки (матрицы) «точечных» преобразователей. Длину линейных решеток делают такой, чтобы перекрыть один из линейных размеров поля изображения, а для сканирования решеткой по полю (или полем по решетке) в поперечном направлении создается специальное приспособление [11]. Подобное устройство показано на рис. 9.1. Расширение такой решетки до двумерной может привести к непомерной сложности и стоимости, если используется обычная электроника, а требуется хорошая избирательность по пространственным частотам. Обсуждалась возможность построить такую решетку в виде твердотельного устройства, объединенного со своей собственной электроникой. Однако единственными изготовленными и применяемыми на практике устройствами являются различные варианты «звуковизора», или «трубки Соколова». Это аналог телекамеры, в которой внутренняя поверхность трубки покрыта пьезоматериалом, а распределение заряда на этой поверхности считывается сканирующим электронным пучком [3]. Конструкция и пример использования одного из таких звуковизоров представлены на рис. 9.2.
Рис. 9.3. Блок-схема интерферометрической ультразвуковой видеокамеры [21]. Применение такого устройства для точных измерений акустических полей описано в разд. 3.3.
Пьезоэлектрические приборы обладают тем неоценимым свойством, что их выходные сигналы являются электрическими, поэтому они очень широко применяются в устройствах акустической визуализации. Однако довольно успешно использовался и другой подход, связанный с наблюдением локальных деформаций границы раздела, ориентированной приблизительно нормально к направлению пучка. В одном из устройств этого типа (на которое уже были ссылки в разд. 3.3) используется граница раздела воздух/жидкость, на которой возникают стационарные деформации, соответствующие локальному значению радиационного давления, действующего на поверхность. В другом варианте устройства очень тонкая, отражающая свет пленка («мембрана») натянута поперек пучка, и с помощью методов оптической интерферометрии определяются локальные мгновенные значения смещения частиц в среде, через которую распространяется звук. Система такого типа [21] показана на рис. 9.3.
