9.6. Акустическая голография
Понятие голографии хорошо известно в оптике, где этот термин был введен Габором в смысловом значении «полная картина», т. е. изображение, содержащее информацию как об амплитуде, так и о фазе волн. В оптике развитие метода, с помощью которого можно легко зарегистрировать такую полную информацию об объекте и использовать ее для восстановления изображения, было огромным достижением и вскоре навело на мысль, что сходный метод можно применить и к акустике. Начиная примерно с 1965 г. было выполнено значительное количество работ в этом направлении и большая их часть описана в литературе, в частности в трудах нескольких конференций по этой тематике [1] и в обзорах, таких например, как превосходная работа Чиверса [4].
Логика перенесения принципа голографии в акустику требует тщательного анализа. Основное отличие от оптики состоит в том, что в акустике нетрудно получать и регистрировать фазовую информацию одновременно с амплитудной, так как всегда можно брать выборки в нужном частотном диапазоне. Все дело в том, что записывать только амплитуду проще и дешевле. На практике, в некоторых методах визуализации и характеризации тканей (см. гл. 10), применяется традиционное оборудование для приема и дальнейшего использования таких полных наборов данных. В этом смысле идея голографии является естественной для акустики, и привлекать какие-либо особенные тонкости этого предмета не требуется.
Второе важное отличие акустической голографии от оптической связано с доступностью аппаратурной реализации. Оптические голограммы обычно формируются как картины интерференции между модулированным (объектным) и опорным пучками в плоскости фотоэмульсии. Отсутствие простого акустического аналога фотоэмульсии может вызвать значительные технические сложности, и большинство широко используемых акустических методов записи таких голограмм используют пространственные картины левитации поверхности жидкости на границе вода/воздух, которые последовательно считываются сканирующим лучом лазера (см. раз. 9.6). Другой метод — непосредственное сканирование волнового фронта акустоэлектрическим преобразователем (или решеткой преобразователей, ср. рис. 9.1), при котором акустический опорный пучок не требуется, а может быть заменен опорным значением фазы в электрической форме. Пример такой фазовой интерферограммы
будет приведен ниже при обсуждении акустической микроскопии (см. рис. 9.8).
Дополнительные проблемы в акустической голографии возникают при восстановлении изображений. Изображение в оптической голографии обычно восстанавливается с использованием излучения (видимого света) с той же длиной волны, что и при записи, тогда как в акустической голографии (за исключением, может быть, акустической микроскопии на гиперзвуковых волнах; см. раз. 9.7) восстановление в видимом свете приводит к смещению длины волны на 2—3 порядка с пропорциональным сокращением размеров изображения. Хотя это и препятствует качественному восприятию трехмерности изображения, однако не мешает в принципе регистрировать изображение в трех измерениях и затем отображать любую выбранную плоскость. На эту возможность влияет, однако, то, что сигналы вне выбранной плоскости вносят неизбежный вклад в шум изображения, на который накладывается спекл-шум, особенно интенсивный из-за требования узкополосности спектра в голографии.
Таким образом, пока акустическая голография — это интригующая идея, предлагающая некоторые возможности трехмерной визуализации внутренних органов человека. Однако прямые параллели с оптическим аналогом наталкиваются на несколько серьезных физических ограничений. Реальное значение голографии в медицине будущего, по-видимому, связано с более широким толкованием принципа одновременного использования фазовой и амплитудной информации.
