2.6. Акустическое поле гибридной системы «Торонто»
Ранее мы рассмотрели вопросы, связанные с генерацией и исследованием структуры акустических полей. Были проанализированы возможности формирования заданного волнового фронта как с помощью выбора конфигурации поверхности преобразователя, так и методом электронного фазирования. В данном разделе дается краткое описание системы с оптимальными параметрами, разработанной специально для применения в диагностике. На примере этой системы иллюстрируются некоторые принципы, которые обсуждались в предыдущих разделах.
Данную гибридную систему разработали в Торонто Паттерсон и др. [23—25], а также Фостер и др. [9], для визуализации молочной железы. Как будет показано в гл. 8, в этой области возможно применение акустических систем со сравнительно большими апертурами. В этом случае сканирование выполняется через водную среду, обеспечивающую определенную задержку сигнала так, чтобы полезная глубина фокусировки составляла приблизительно 90% от минимального рабочего диапазона. Авторы разработали и сконструировали гибридную систему, схематично показанную на рис. 2.14. Излучателем в этой системе является сферически изогнутая, пятиэлементная кольцевая решетка, выполненная из пьезокерамического материала, а приемником служит восьмисегментный конус из пьезопластика. Поле излучения-приема такой системы представляет собой комбинацию полей двух различных типов. В частности, оно имеет узкий основной максимум, но в то же время и сильно выраженные боковые лепестки, что свойственно фокусированным приемникам с большой апертурой типа аксикона. Было разработано несколько методов, позволяющих снизить уровень боковых лепестков в данной системе. Первый из них относится к методам электронной аподизации волнового фронта, создаваемого кольцевой решеткой, и заключается в подаче на разные кольцевые элементы возбуждающих импульсов различной амплитуды. Установлено, что такой метод является достаточно эффективным, особенно если число кольцевых элементов сравнительно велико, а интервал между элементами мал. Второй предложенный метод подавления боковых лепестков в данной системе сводится к процедуре, названной «антифокусировкой». Согласно этой процедуре, путем сложения в противофазе сигналов от чередующихся секторов конической приемной решетки формируется сложный сигнал «рассогласования», соответствующий только внеосевым эхо-сигналам (боковым лепесткам). После регистрации этот сигнал вычитается из суммарного сигнала всех восьми элементов. В-третьих, авторы обнаружили, что индивидуальные сигналы восьми конусных сегментов были очень близки друг к другу, если мишень находилась на оси, однако различия в них по форме и времени прихода начинали быстро расти по мере удаления мишени от центра. Основываясь на этом наблюдении, авторы продемонстрировали возможность существенного снижения внеосевой чувствительности на основе операции, состоящей в перемножении сигналов от всех восьми сегментов с последующим извлечением корня восьмой степени для восстановления линейности. Здесь можно отметить, что такой подход
Рис. 2.14. Гкбридная сканирующая система «Торонто» (вид сбоку в разрезе) [26].
является, по-видимому, частным примером применения более общего принципа так называемой обработки сигналов с минимумом энтропии для достижения фокусировки [19]. Еще одно потенциальное преимущество использования многосекционных приемных решеток связано с подавлением спекл-шума изображения при когерентном излучении и будет рассмотрено в гл. 8.
В данной системе оригинальным способом воплощено большинство из основных идей, рассмотренных в этой главе — аподизация, геометрическая фокусировка с использованием как сферических, так и асферических поверхностей преобразователей, а также
формирование диаграммы направленности с помощью электронного фазирования. Следует также отметить, что на расчетные и практические характеристики такой гибридной системы существенное влияние оказывает импульсный режим работы.
В гл. 8 обсуждается еще одно потенциальное преимущество рассмотренной здесь многосекционной приемной решетки. Оно заключается в подавлении спекл-структуры при когерентном излучении, которая представляет собой одну из форм шума изображения. В этой главе будут также приведены примеры изображений, полученных с помощью различных модификаций данной гибридной системы.
