ГЛАВА 3. Прием и измерение ультразвука
Э. Миллер, К. Хилл
3.1. Введение
В медицинских или биологических приложениях необходимость в приеме и измерении ультразвука возникает в трех обширных областях. Это получение диагностической информации от пациента, измерение акустических свойств тканей и других сред и измерение акустических полей, которыми могут облучаться живые клетки и ткани, в том числе и ткани пациентов. При этом основной интерес сосредоточен на выяснении связи возможных биологических изменений с физическими параметрами воздействия, т.е. на вопросах дозиметрии. Различные применения предъявляют и различные требования к методу измерения и его особенностям, например возможности получения информации о детальной структуре ультразвукового поля в пространстве и времени или возможности сравнения получаемых результатов с данными каких-либо стандартных методов. Кроме того, требования практического удобства будут различаться для разных применений, например в отношении портативности и механической прочности датчика (зонда) или необходимости прямого преобразования акустического сигнала в электрический. По-видимому, впервые проблемы ультразвуковой дозиметрии были исчерпывающе рассмотрены только в 1973 г. в коллективной монографии [29], а впоследствии еще более детально в 1978 г. О’Брайеном [26].
Ультразвук по определению не воспринимается непосредственно органами чувств человека, и поэтому необходимо использовать какой-то физический эффект или последовательность таких эффектов, чтобы действие ультразвука могло проявиться, причем главным образом количественно. В этой связи очевидны практические удобства тех процессов, которые непосредственно приводят к электрическому сигналу.
Существует значительное число используемых физических эффектов; главные из них перечислены в табл. 3.1. Детально они будут обсуждаться позже, но можно сразу сказать, что наиболее важен пьезоэлектрический эффект, особенно для диагностических применений, поскольку устройства на его основе непосредственно,
Таблица. 3.1. Физические эффекты, используемые при приеме и измерении акустических полей
просто и эффективно преобразуют акустический сигнал в электрический. Все эти эффекты в принципе могут быть использованы в количественных измерениях, т. е. таким путем, что измеренная величина будет однозначно связана через физические константы с интересующими параметрами акустического поля. Таким образом, выбор метода для конкретной задачи производится с точки зрения удобства его применения, а также точности измерения интересующего параметра акустического поля.
