Основной усилитель в ультразвуковых сканерах
Усиление эхо-сигналов в УЗ сканерах имеет специфические особенности, которых нет ни в одном другом устройстве для интроскопии.
УЗ колебания при распространении в мягких тканях претерпевают большие затухания, из-за чего динамический диапазон эхо-сигналов достигает 120 дБ. Амплитуда эхо-сигналов определяет яркость изображения и она должна быть одинаковой (при прочих равных условиях) у объектов, расположенных на разной глубине.
А это значит, что сигналы, приходящие с большей глубины в среднем нужно усиливать больше, чем сигналы, приходящие с меньшей глубины. При этом можно использовать два информативных признака – амплитудный и временной: импульсы большой амплитуды наиболее вероятно приходят с малых глубин, задержка же эхо по отношению к зондирующему импульсу однозначно связана с глубиной залегания объекта.
Как известно, динамический диапазон яркостей экрана монитора составляет 30 дБ (64 раза). Именно он несет в себе полезную информацию. Остальные же 90 дБ полного динамического диапазона эхо-сигналов нужно сжать. Это сжатие производят как бы с двух сторон – логарифмическим усилителем и блоком ВАРУ (временной автоматической регулировки усиления).
Логарифмический усилитель реализует амплитудно-селективный признак усиления: сигналы с большой амплитудой он усиливает с малым коэффициентом усиления и наоборот. Он представляет собой усилитель переменного тока, амплитудная характеристика которого описывается выражением
Uвых = Uвых.н [lg(Uвх/Uвх.н + 1)],
где Uвых.н, Uвх.н – амплитуды выходного и входного напряжений, соответствующие начальному участку амплитудной характеристики усилителя. Такая характеристика называется логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ). Ее примерный вид показан на рис.1.
Рисунок 1. Характеристики логарифмического усилителя.
Блок ВАРУ автоматически изменяет коэффициент усиления во времени таким образом, чтобы компенсировать среднее систематическое затухание. Наиболее естественной функцией регулирования усиления во времени была бы растущая экспонента, поскольку ультразвук в тканях в среднем затухает по закону падающей экспоненты.
Однако на практике такой закон регулирования осуществить трудно, поэтому используют другие управляющие функции. Компенсация неинформативного среднего затухания, по сути, означает сжатие динамического диапазона.
Получаемое с помощью УЗ сканеров изображение бывает достаточно сложным. Ряд второстепенных (для данного исследования) деталей мешает сосредоточить внимание на более существенных. Блок ВАРУ предоставляет оператору замечательную возможность с помощью ручной регулировки устранять мешающие фрагменты и наоборот, подчеркивать полезные – выделять область интереса.
Для этого на определенных временных участках, соответствующих области интереса, усиление эхо-сигналов увеличивают, а на других участках – уменьшают. На рис.2 глубина локации объекта условно разбита на три зоны. Область интереса находится во второй зоне, а в первой и третьей расположены «мешающие» фрагменты.
Чтобы их ослабить и выделить область интереса, в первой и третьей зонах скорость нарастания функции усиления уменьшают по сравнению со скоростью средней функции, а во второй зоне – увеличивают. ............
