1.7 Импульсноволновой допплер

Основной недостаток метода непрерывноволнового допплера — отсутствие разрешающей способности по глубине — исключается в методе импульсноволнового допплера (Pulsed Wave Doppler — PW). Хорошо известно, что для получения двухмерного акустического изображения (В-эхограммы) в ультразвуковых сканерах используется излучение импульсных сигналов. При этом чем короче во времени импульсы, тем лучше разрешающая способность по глубине, или продольная разрешающая способность (longitudinal resolution) [1].

Рисунок 18 поясняет сказанное, изображая эхо-сигналы, отраженные от различных акустических неоднородностей, для двух типов сигналов — длинных и коротких. Если ультразвуковой датчик излучает длинные импульсные сигналы S₁(t), то отраженные эхо-сигналы зачастую накладываются друг на друга в тех случаях, когда отражатели находятся близко друг от друга: например, в случае 1 для неподвижных отражателей и в случае 2 для подвижных отражателей.

Если отражатель находится далеко от других (случай 3), зхо-сигнал от него воспринимается отдельно (рис. 18, ось 1). Принято говорить, что в случаях 1 и 2 отсутствует разрешение отражателей по глубине, а в случае 3 отражатель разрешается.

Естественно, когда излучаемый сигнал непрерывный (CW), то он занимает весь диапазон глубин так же, как и порождаемые им эхо-сигналы, и разрешение отражателей по глубине невозможно.

Если использовать короткий излучающий импульс S₂(t), то эхо-сигналы, отраженные отдельными структурами в случаях 1 и 2, будут восприниматься раздельно на оси t (см. рис. 18, временная ось 2). Разрешающая способность по глубине здесь существенно выше, чем при сигнале S₁(t). Однако очень близко расположенные отражатели, например — элементы крови в сосудах, отдельно по глубине не выделяются. Минимальный интервал по времени между элементами, при котором эхо-сигналы воспринимаются отдельно, равен длительности сигнала по времени t. Соответственно, минимальное расстояние по глубине между элементами, при котором они воспринимаются отдельно (разрешаются), равно: ΔL = С· t/2   [1].

Рис. 18. Влияние длительности излучаемых сигналов на разрешающую способность по глубине: при длинном сигнале S₁(t) разрешение хуже (ось 1), чем при коротком сигнале S₂(t) (ось 2).

Для того чтобы наблюдать только один сосуд, необходимо выделить определенный интервал во времени — строб, или ворота (gate, или sample gate), и анализировать эхо-сигналы, приходящие в стробе. Положение этого интервала на оси времени t однозначно определяется глубиной расположения сосуда.

Рис. 19. При коротком сигнале возможно получение информации о скоростях кровотока на отдельных участках сечения крупного сосуда (в профиле сосуда). Скорость измеряется отдельно на каждом участке в стробах 1, 2, 3 и 4.

Область, ограниченная шириной приемо-передающего УЗ-луча и длиной строба (рис. 18), характеризует контрольный объем в импульсноволновом допплере, т.е. ту область, в которой оценивается спектр скоростей кровотока. Длина и положение строба во времени (и следовательно, по глубине) однозначно связаны с размерами и положением контрольного объема. Поэтому зачастую вместо термина "строб" используется понятие "контрольный объем". В начале исследования, например в тех случаях, когда ведется поиск сосуда, длина строба может выбираться в несколько раз больше длины импульса. При этом строб по глубине может иметь размер 5÷10 мм. Соответственно и контрольный объем, т.е. область анализа зхо-сигналов, достаточно велик.

Рис. 20. Импульсноволновой допплер. а — сигнал генератора с частотой f₀. б — сформированная пачка из N импульсов с периодом повторения Т. в — пачка эхо-импульсов, отраженных от движущихся структур; G, G_T, G_2T, С_3T — стробы, в которых осуществляется прием эхо-сигналов с глубины L.

Рис. 21. Импульсноволновой допплер. Схема и основные устройства системы излучения и обработки сигналов.