- •Лабораторная работа №2
- •Лабораторная работа №2
- •1. Эффект Допплера
- •1.1 Движущийся приемник звука
- •1.2 Движущийся источник звука
- •1.3 Движущийся отражатель ультразвука
- •1.4 Допплеровский сдвиг частоты. Допплеровский угол
- •1.5 Частота излучаемого сигнала
- •1.6 Непрерывноволновой допплер
- •1.7 Импульсноволновой допплер
- •1.8 Сигналы и их спектры
- •2. Доработка вопросов интерфейса, питания, управления и функционирования
- •3. Подключение микроконтроллера к компьютеру
- •3.1. Подключение при помощи lpt порта
- •3.2. Подключение при помощи com порта
- •3.3. Подключение при помощи usb порта
- •3.4. Использование микроконтроллера со встроенным аппаратным модулем usb.
- •3.5. Использование дополнительной микросхемы – преобразователя
- •3.6. Аппаратная реализация usb порта
- •Анализ и выводы
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, GT, G2T, С3T — стробы, в которых осуществляется прием эхо-сигналов с глубины L.
Рис. 21. Импульсноволновой допплер. Схема и основные устройства системы излучения и обработки сигналов.