Чувствительность аппарата УЗИ. Свойства ультразвука
Разрешение по контрасту существенно зависит от чувствительности системы. Чувствительность ультразвуковой системы определяется соотношением полезный сигнал/шум. То есть чувствительность сканера будет определяться тем, как он сможет распознать полезные акустические сигналы среди множества помех - шума.
Для того, чтобы разделить сигнал и шум используют фильтры. Фильтры устанавливают порог, отсекающий очень слабые по интенсивности сигналы, которые с большой вероятностью являются шумом. Это, к сожалению, не гарантирует полного устранения шумов, т.к. часть из них обязательно попадет в диапазон, ограниченный порогом.
С другой стороны, установка фильтров приведет к потере полезных сигналов, т.к. часть из них неизбежно выйдет за пределы ограниченные фильтрами. Порог представления полезных акустических сигналов обозначается как динамический диапазон системы. Динамический диапазон характеризуется отношением отображаемых системой максимального и минимального сигналов. Другими словами, динамический диапазон характеризует способность системы отображать одновременно высоко и низкоинтенсивные сигналы, передавая различия в их уровне. Чем больший динамический диапазон может обеспечить сканер, тем выше его чувствительность и качество.
Свойства ультразвука
Основным элементом, обеспечивающим генерацию ультразвуковых колебаний и детекцию эхосигналов, является ультразвуковой датчик (transducer).
В проекции излучающей поверхности датчика расположены пьезоэлектрические элементы. Обычно датчик содержит 32, 64, 128 пьезоэлементов. К каждому пьезоэлементу подходит несколько электродов, из которых формируется кабель датчика. Свободное пространство датчика заполнено поглощающим материалом, который ограничивает распространение ультразвуковых колебаний внутри датчика. Излучающая поверхность датчика покрыта специальным полимерным материалом с акустическим импедансом, близким к акустическому импедансу биологических тканей.
Каждый пьезоэлемент изготовлен из пьезокерамического материала. Лучшим пьезоэлектрическим материалом для изготовления пьезоэлементов ультразвуковых датчиков на протяжении почти 40 лет считается кристалл титоната циркония (PZT). Однако еще в 70-е годы российскими и японскими учеными был создан новый тип пьезокристаллов, существенно превосходящий по своим свойствам PZT.
В настоящее время это привело к созданию принципиально новой кристаллической технологии PureWave (Chen, Panda, 2004), обеспечивающей существенное улучшение чувствительности в двух- и трехмерном ультразвуковом изображении, цветовом допплеровском картировании, импульсном и постоянноволновом допплеровском режимах.
Для излучения и приема ультразвука используется обратный и прямой пьезоэлектрический эффект соответственно. Благодаря обратному пьезоэффекту, подаваемое на кристалл электрическое напряжение вызывает его деформацию, что, в свою очередь, приводит к изменению давления в прилегающей к датчику среде.
Если электрическое напряжение подается на кристалл с "ультразвуковой" частотой (как правило, 2-10 МГц), то это приводит к генерации и распространению в среде ультразвуковых волн соответствующей частоты.
