4.9. Фокусирование уз луча

Поперечная разрешающая способность УЗ диагностической системы определяется шириной УЗ луча. Точка F на оси луча, где его ширина минимальна, называется фокусом (рис. 44).

Рис. 44. УЗ лучи, формируемые 1 – плоским преобразователем; 2 – сферическими преобразователями с различными радиусами кривизны

Зона от поверхности преобразователя до фокуса называется ближней, а дальше фокуса – дальней. Ширина луча в ближней зоне практически равна размеру D преобразователя, а в дальней зоне луч имеет форму конуса, с вершиной в центре преобразователя. В зоне фокуса F и в дальней зоне угловая ширина луча  определяется величиной /Д, где  – длина УЗ волны, Д – размер преобразователя.

Размер Д выбирается таким образом, чтобы обеспечить по возможности малую угловую ширину луча . Однако, если преобразователь плоский, то фокус F расположен далеко и большая часть глубины исследования занимает ближняя зона с широким лучом и плохой поперечной разрешающей способностью.

Для устранения этого недостатка в УЗ диагностических системах применяют фокусировку УЗ луча, придавая поверхности преобразователя сферическую форму (рис. 44 - 2).

Фокус будет располагаться тем ближе, чем меньше радиус кривизны R сферической поверхности и тем меньше будет глубина ближней зоны и меньше ширина луча в зоне фокуса.

Однако на определенной глубине L, дальше фокуса, ширина УЗ луча начинает резко увеличиваться и поперечная разрешающая способность опять начинает ухудшаться. Зона глубиной L, где форма луча близка к идеальной, называется зоной фокуса. Величина радиуса кривизны определяет глубину ближней зоны, зоны фокуса и следовательно глубину расположения исследуемых тканей.

Для обеспечения требуемой глубины исследования во всем диапазоне глубин применяются датчики с тремя преобразователями с разными фокусами, переключающимися по желанию врача. Наличие нескольких преобразователей в одном датчике и их электронное переключение сделало возможным использование динамической фокусировки (рис. 45).

Сначала получают часть изображения (зона 1) в процессе сканирования (вращения) в заданном угле с помощью преобразователя 1 с фокусом F₁, которое запоминается в электронном блоке прибора.

Рис. 45. Фокусировка в датчике секторным механическим сканированием и тремя разнофокусными преобразователями: а – форма лучей; б – вид составного изображения при динамической фокусировке

Далее в процессе вращения ротора датчика по часовой стрелке обеспечивается сканирование в том же угле преобразователем 2 с фокусом F₂ и запоминается вторая часть изображения в зоне 2. Третий преобразователь позволяет получить третью часть изображения – зону 3.

Составление из нескольких зон общего изображения во всем диапазоне глубин получило название динамической балансировки.

Недостатком такого способа является снижение частоты кадров, в данном случае в 3 раза, что ограничивает его применение при исследовании двигающихся структур.

Этого недостатка лишен способ электронной динамической фокусировки основанный на применении многоэлементных преобразователей в датчиках линейного, конвексного и фазированного сканирования, а также при механическом сканировании с помощью кольцевых решеток (рис. 46). Каждое из колец электрически соединено с отдельным приемопередатчиком. Если электрические импульсы подаются одновременно, то кольцевая решетка ничем не отличается от плоского сплошного одноэлементного преобразователя.

Если на кольца подать импульсные сигналы с различным взаимным сдвигом во времени, то можно изменять форму луча. Если взаимный сдвиг задержек графически имеет вид сферической поверхности определенного радиуса, то при излучении импульсов отдельными кольцами получается луч, почти полностью аналогичный лучу, формируемому сферическим одноэлементным преобразователем с таким же радиусом сферической поверхности.

Управляя задержками сигналов можно менять величину этого радиуса и формировать необходимый фронт волны для фокусировки луча на различную глубину.

Если на прием эхо-сигнала используется тот же преобразователь, то форма приемного луча практически повторяет форму передающего луча.

Динамическая фокусировка в датчиках линейного сканирования и в конвексных датчиках основана на таком же принципе.

Рис. 46. Электронная динамическая фокусировка в датчике с кольцевой решеткой. Вид составного УЗ луча