Главная > СВЧ, ультразвук, аккустика > Применение ультразвука в медицине: Физические основы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

6.4. Экспериментальное исследование рассеяния

6.4.1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

В разд. 6.2.2 было дано определение основных сечений рассеяния, и одна из задач экспериментального исследования состоит в правильном измерении этих сечений независимо от выбранной методики или используемой аппаратуры. Как было показано, сечение рассеяния зависит не только от угловых координат рассеянной волны но также и от пространственной ориентации исследуемого образца (т. е. от углов и и от частоты. В силу этого можно ввести несколько новых понятий сечения рассеяния на основе статистического усреднения по одному или нескольким из упомянутых углов и затем сопоставить их с той или иной конкретной схемой измерения. Особый интерес представляет измерение сечения обратного рассеяния, усредненного по различным ориентациям исследуемого образца ткани. Это сечение можно определить следующим образом:

При измерении обратного рассеяния используется один преобразователь, в других случаях необходимы два преобразователя. В общем случае в среду излучается акустический импульс, а принятый рассеянный сигнал, полученный в режиме типа А, стробируется таким образом, чтобы рассеивающий объем определялся областью пересечения двух пучков. При этом регистрируемый рассеянный сигнал представляет собой сложную функцию длительностей стробирующего и излучаемого импульсов, а также ширины пучка [41]. Излучаемый акустический сигнал может быть тональным (синусоидальным) или широкополосным импульсом. В последнем случае для определения зависимости рассеянной мощности от частоты необходим спектральный анализ принятого сигнала. В работе [51] рассмотрена возможность применения тональных импульсных сигналов для измерения обратного рассеяния ультразвука с помощью метода замещения, в основе которого лежит сравнение полученных сигналов с сигналами, рассеянными эталонной мишенью, например, плоским отражателем. При попытках провести абсолютные измерения рассеяния необходимо выполнить операцию обращений свертки спектральной характеристики преобразователя и используемой электронной аппаратуры с характеристикой исследуемой ткани по результатам измерений на плоском отражателе. Следует отметить, что во многих работах результаты измерения рассеяния все еще выражаются в децибелах относительно значений, полученных для выбранного плоского отражателя. Отражатель должен быть установлен на том же расстоянии от преобразователя, что и рассеивающий элемент, причем оба они с целью уменьшения погрешностей, связанных с эффектом компенсации фаз, должны находиться в дальнем поле преобразователя.

Существуют два основных источника погрешностей при измерениях рассеяния. Первый из них связан с необходимостью выбора некоторого компромиссного соотношения между пространственным разрешением и разрешением по частоте. Если время стробирования равно то пространственное разрешение в случае обратного рассеяния будет определяться величиной При этом в результате свертки частотного спектра с функцией разрешение по частоте будет ограничено величиной Второй источник погрешностей возникает из-за компенсации фаз на приемном преобразователе (разд. 3.2). Сечение рассеяния обычно выражается через интенсивность рассеянных волн, тогда как большинство пьезоэлектрических преобразователей являются фазочувствительными элементами. Любые флуктуации фазы сигнала по площади приемного

преобразователя будут приводить к заниженным оценкам интенсивности принятого сигнала и соответственно сечения рассеяния. Уменьшить влияние этого эффекта можно, проводя измерения в «дальнем поле» рассеивающего объема, где рассеянные волны являются приблизительно сферическими, а в пределах небольшой апертуры их можно считать плоскими (из-за малой кривизны волновых фронтов). Погрешность будет уменьшаться при использовании приемных преобразователей малых размеров (например, гидрофонов) или фазонечувствительного преобразователя [13], хотя такое решение не очень подходит для измерения обратного рассеяния. Отметим, что эффект компенсации фаз является более серьезным источником погрешностей при измерениях затухания, о чем шла речь в гл. 4.

Дополнительный источник погрешности может быть связан с затуханием звука как в самой рассеивающей области, так и в вышележащих тканях. В определенной степени эту погрешность можно учесть, если известна величина затухания [51]. При этом необходимо обращать внимание на характер рассеяния в прямом направлении. На практике большие трудности при исследовании рассеивающих свойств среды возникают из-за наличия в тканях газовых пузырьков, являющихся чрезвычайно эффективными рассеивателями ультразвуковых волн. Поэтому предварительно необходимо удалить эти пузырьки из исследуемого образца ткани. Более подробно анализ возможных источников ошибок при измерениях рассеяния выполнен в работе Нассири и Хилла [41].

Ниже мы рассмотрим некоторые специфические особенности рассеяния в биологических тканях и остановимся на тех выводах, которые можно сделать, исходя из результатов измерения сечения рассеяния в этих тканях.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление