Качающееся акустическое зеркало в УЗИ. Электронное ультразвуковое сканирование
Одним из способов механического сканирования является использование качающегося акустического зеркала, отражающего ультразвуковые колебания, излучаемые неподвижным преобразователем. Зеркало и преобразователь в этой конструкции также помещаются в корпус, заполненный акустически прозрачной жидкостью.
Преимущество конструкции с качающимся зеркалом по сравнению с вариантом, в котором используется качающийся преобразователь, состоит в том, что в этом случае отсутствуют трудности подводки электрических сигналов к движущемуся узлу (преобразователю). К тому же зеркало обычно много легче преобразователя и потому может быстрее двигаться. В результате можно применять менее мощный, и следовательно, более компактный двигатель, вследствие чего размер датчика уменьшается.
Если зеркало плоское, то оно не может фокусировать ультразвуковой луч, и возможности фокусировки определяются конструкцией преобразователя. Угол, под которым отражается луч от зеркала, равен углу падения луча от преобразователя на зеркало точно так же, как и при отражении светового луча от обычного зеркала.
Энергетические потери при отражении невелики. Длина пути ультразвуковых сигналов от преобразователя до поверхности датчика в конструкции с зеркалом увеличивается по сравнению с датчиком с качающимся преобразователем. Поэтому форма зоны обследования близка к трапециедальной, и можно получить несколько лучшую разрешающую способность. Частота кадров в таких датчиках обычно находится в пределах от 15 до 30 с.
Еще одна конструкция датчика с механическим сканированием использует вращающийся ротор, на котором располагаются, как правило, три преобразователя. Ротор вращается равномерно в одном направлении, что заметно упрощает конструкцию. Ротор с преобразователями помещается в корпус, заполненный жидкостью, с акустическим окном в нижней части, контактирующей с пациентом. В процессе вращения ротора каждый из преобразователей включается поочередно на время, которое он находится перед акустическим окном. Эта конструкция позволяет получать большую частоту кадров -обычно около 30 с. Секторная зона обзора имеет угловой размер 90° и более.
Электронное ультразвуковое сканирование
Электронное сканирование обеспечивается с помощью следующих видов многоэлементных преобразователей:
- линейная решетка,
- конвексная решетка,
- фазированная линейная решетка,
- кольцевая решетка.
Эти преобразователи позволяют создавать многофокусный луч путем электронного управления положением фокуса по глубине. При таком управлении лежит каждый элемент решетки излучает ультразвуковой сигнал с определенной фазой или задержкой относительно других элементов. Ультразвуковые волны, излучаемые отдельными элементами, складываясь, формируют общий ультразвуковой фронт.
В линейных решетках каждый раз возбуждается часть элементов таким образом, что формируемый ими луч передвигается в области обзора, имеющей форму прямоугольника. В фазированной решетке формируемый луч меняет угловое направление, при этом возбуждаются все элементы решетки.
Модификацией линейной решетки является конвексная решетка, в которой благодаря выпуклой поверхности многоэлементного преобразователя формируются радиальные лучи, расходящиеся под углом друг к другу.
Конвексная решетка имеет следующие достоинства:
• по сравнению с фазированной решеткой ультразвуковые волны испускаются в тело пациента перпендикулярно поверхности преобразователя, что улучшает эффективность излучения и приема сигнала;
• поворот лучей при сканировании обеспечивается за счет геометрической формой решетки, поэтому достигается меньший уровень боковых лепестков, чем в фазированной решетке;
• с увеличением глубины расширяется зона обзора в отличие от линейной решетки, где она имеет прямоугольную форму.
