Тенденции развития современных ультразвукових сканеров

Ультразвуковая аппаратура для диагностики является одной из самых «благодарных» отраслей медицинской интроскопии – даже на относительно небольшие усовершенствования, не требующие капитальных вложений, она отвечает улучшением качества изображения и других информационных сигналов. Однако технический уровень УЗ сканеров приближается к такому пределу, когда идет борьба за десятые доли процента воспроизведения акустического контраста, продольной и поперечной разрешающей способности. Для покорения этих десятых долей требуются новые идеи, новая элементная база.

В части аналоговых средств наблюдается тенденция выпуска и внедрения специальных аналоговых микросхем, объединяющих в себе несколько функций, причем удельный вес аналоговых узлов постоянно сокращается. Функции, которые раньше выполнялись аналоговыми средствами, все больше перекладываются на цифровые устройства – задержка эхосигналов для динамической фокусировки, детектирование, фильтрация, логарифмическое сжатие динамического диапазона и многое другое. При этом сводятся к минимуму такие стохастические явления, как шум и дрейф. Электронная база становится несколько дороже, но зато отпадает необходимость в изготовлении аналоговых линий задержки.

В арсенале режимов УЗ сканеров высокого уровня обязательно присутствует доплеровский режим, который является эффективным средством для исследования сердечно-сосудистой системы, что гарантирует УЗ сканерам первенство в этой области. Кратко напомним сущность эффекта Доплера, который наблюдается при отражении УЗ колебаний от движущегося объекта. Если объект, движущийся со скоростью v, облучать УЗ колебаниями, распространяющимися со скоростью с (рис.1), то частота отраженного сигнала будет отличаться от частоты f0 зондирующих колебаний на величину доплеровского смещения

. (1)

Формула (1) получена в предположении v << c. Знак «минус» в ней соответствует удалению объекта от зонда, т.е. при удалении объекта частота принимаемых колебаний уменьшается.

Рисунок 1. УЗ локация движущегося объекта

Рассмотрим простой пример. Пусть объектом локации является сердце, а отраженный сигнал принимается от стенки миокарда. Примем частоту излучаемых колебаний f0 = 3 МГц, скорость движения миокарда v равной 5 см/c, а угол q равным нулю. По формуле (1) находим fсм = 200 Гц. Могут быть приняты также УЗ колебания, отраженные от клапанов, которые движутся быстрее, чем миокард, поэтому и частота смещения для них будет больше. Подвижными объектами в организме являются также стенки сосудов и сама кровь. УЗ колебания отражаются от движущихся скоплений (аггломераций) эритроцитов, объем которых составляет 25% объема крови. Доплеровское смещение частоты будет при этом пропорционально скорости кровотока. Зная ее величину и геометрические размеры сечения сосуда, можно определить ударный объем крови и другие важные параметры гемодинамики.

Структурная схема выделения сигнала доплеровского смещения приведена на рис.2. Такая схема носит название квадратурного синхронного детектора. Она будет нам встречаться еще не раз. Генератор УЗ колебаний, который здесь играет также и роль гетеродина, возбуждает источник излучения ИИ и вырабатывает квадратурные, т.е. сдвинутые по фазе на 90о, опорные сигналы, условно обозначенные как cosf0 и sinf0. ............