ГЛАВА 2. Генерация акустических полей и их структура
К. Хилл
2.1. Введение
Широкое практическое использование ультразвука в медицине в значительной степени обусловлено возможностью создавать направленные ультразвуковые поля или пучки — другими словами, специфическими свойствами ультразвука как вида излучения. В данной главе рассматриваются практические методы генерации направленных акустических полей. Кроме того, проводится анализ характеристик реальных полей, которые можно создать с помощью этих методов и которые вместе с тем могут быть рассчитаны или смоделированы на основе аналитических результатов, представленных в гл. 1.
На данном этапе целесообразно провести некоторое уточнение самого понятия акустического поля. В медицинской акустике, как и в других областях акустики, практический интерес к направленным полям вызван, с одной стороны, возможностью избирательного воздействия на заданный участок биологической ткани или другой среды, а с другой стороны, возможностью селективного приема сигналов от ограниченной области пространства. На рис. 2.1 схематически изображена наиболее общая ситуация, анализ которой показывает, что целесообразно провести различие между тремя понятиями акустического поля:
1) поле излучения — пространственно-временное распределение акустического поля, создаваемого за счет излучения энергии некоторым конкретным устройством, называемым излучателем;
2) поле приема — пространственно-временное распределение фазовой и амплитудной чувствительности некоторого другого устройства, называемого приемником;
3) поле излучения-приема — пространственно-временное распределение фазовой и амплитудной чувствительности при наличии в среде точечной мишени, локализованной в области пересечения заданных полей излучения и приема.
Далее будет показано, что рассмотренная общая ситуация упрощается в весьма важном случае эхо-импульсных диагностических
Рис. 2.1. Три различных понятия акустического поля: 
поле излучения, ПП - поле приема и ПИП - поле излучения-приема (И — излучатель, П — приемник, ЛРИ-6 - линия равной интенсивности излучения по уровню 6 дБ, ЛP4-6 - линия равной чувствительности приемника по уровню 6 дБ, ЛРИ-12 - линия равной интенсивности эхо-сигналов по уровню 12 дБ).
систем, когда характеристики излучателя и приемника в первом приближении можно считать одинаковыми. Однако из дальнейшего изложения станет также понятным, что учет более общего случая позволяет вскрыть некоторые интересные с практической точки зрения возможности и поэтому проведенная выше классификация представляется целесообразной.
Принятые выше определения подразумевают, что понятие об акустических полях значительно шире, чем представление о поле, созданном только при генерации акустических волн. В связи с этим четкое разграничение между данной главой и следующей, в которой будут рассмотрены конкретные вопросы регистрации акустических полей, становится достаточно условным.
При анализе физических методов, обеспечивающих генерацию акустических полей, мы рассмотрим в практическом плане только явление пьезоэлектричества. Однако для полноты представления необходимо отметить, что существуют и другие способы возбуждения акустических волн в ультразвуковом диапазоне частот. В частности, для генерации мощного ультразвука в частотном диапазоне 20—100 кГц обычно используются магнитострикционные преобразователи. Отметим, что в этом частотном диапазоне работают Устройства ультразвуковой очистки, дезинтеграторы биологических клеток и целый ряд ультразвуковых хирургических инструментов.
В работе [4] проведен подробный теоретический анализ явления магнитострикции, а некоторые применения магнитострикционного эффекта рассмотрены в работе [27].
