2.4. Влияние неоднородностей

Акустические неоднородности всегда присутствуют в биологических тканях. Их наличие является причиной дополнительных погрешностей, связанных с рефракцией и дифракцией акустического поля. Кроме того, в случае, когда используются фазочувствительные приемники, можно говорит и об эффекте компенсации фаз.

Рефракция и дифракция вызывают локальные возмущения параметров ультразвукового пучка по сравнению с теми их значениями, которые наблюдались бы в случае, если бы на пучок воздействовало только затухание. Возможные значения этих погрешностей, по данным [3], пока еще не оценивались. Скорее всего, они будут существенными лишь при использовании приемников очень малых размеров.

Как отмечалось ранее (см. 1.1), эффект компенсации фаз на приемнике может возникать в тех случаях, когда имеются различия в длине пути или в скорости звука на различных участках акустического пути в среде с неоднородностями. Это положение иллюстрировалось рис. 1.6. На фиксированной частоте коэффициент затухания _фаз(f), который связан только с эффектом компенсации фаз, может быть рассчитан в явном виде. Для двух различных ситуаций (см. рис. 1.6) вклад этой величины в полное затухание  можно вычислить следующим образом [3]:

,

где g – относительная доля площади приемника, на которую падает часть волны с постоянной фазой (например, g = 0,5, если скачок фазы в волне делит площадь приемника точно пополам). Величина  при наличии вариаций в длине пути составляет

,

где и – скорости звука в контактной жидкости и теле (образце). Если же имеются вариации скорости звука, то

.

Очевидно, что вклад эффекта компенсации фаз будет существенно изменяться при переходе от тканей одного вида к тканям другого и при переходе от образца к образцу.

Эффекты компенсации фаз можно снизить следующими путями: использовать приемники, не чувствительные к фазе; исследовать тонкие и ровно вырезанные образцы; добиваться того, чтобы ультразвуковые пучки имели малое поперечное сечение вблизи образца (например, применением фокусирующих преобразователей); использовать приемники малых размеров; увеличивать расстояние между образцом и приемником.

2.5. Контрольные измерения на стандартных материалах

Представляется целесообразным любую новую систему испытывать методом контрольных измерений на каких-либо стандартных материалах с хорошо известными характеристиками. Для систем, которые обеспечивают проведение абсолютных измерений с высокой точностью, в качестве тест-ма­териала используют чистую воду. По данным [3], для систем, предназначенных для выполнения относительных измерений на биологических тканях, пока не существует фантомов, которые имитировали бы свойства этих неоднородных тканей по искажению пучка и рассеянию. В качестве же однородного материала используют касторовое масло, в котором скорость звука и затухание близки к параметрам многих мягких тканей. Для касторового масла получено эмпирическое соотношение

_30 C = 0,5  f^1,66,

где  измеряется в децибелах на сантиметр, а частота выражается в мегагерцах. Это соотношение справедливо в частотном диапазоне 0,5500 мГц. Зависимость затухания от температуры для касторового масла в интервале 040 С можно представить в виде

,

где T – температура, К. Эту формулу можно записать также в следующем виде, более удобном для практики:

,

где t – температура, С.

Хлопковое масло тоже можно использовать как тест-материал. Для него при температуре 26 C. Правда, вследствие более низкого затухания в этом материале к точности измерительной системы предъявляются более жесткие требования.