распространения УЗ-волн в тканях человеческого тела составляет около 1540 м/с, т. е. близка к скорости в водной среде. Но из-за акустической неоднородности человеческого тела на границах раздела органов и тканей с разной плотностью и упругостью происходит частичное отражение, рассеяние и преломление УЗ-волн. Чем больше перепад плотности, тем выше амплитуда отраженной УЗ-волны. Это и позволяет определять, а потом и воссоздавать в виде изображения пространственные границы между органами, тканями и разными структурными элементами тканей, их форму, размеры, взаимное расположение, локальные особенности. Применяя УЗ-волны высокой частоты (1—15 МГц), удается достичь высокой разрешающей способности — до 0,1 мм. При отражении от подвижных объектов (дыхательные перемещения грудной клетки, диафрагмы, сокращения сердца, пульсация артерий, продвижение крови по сосудам и т. п.) изменяется частота отраженной УЗ-волны (эффект Доплера). Измеряя величину изменения частоты, можно вычислить соответствующую скорость движения и визуально выделять участки внутренних органов, которые двигаются с разной скоростью — даже довольно медленно (меньше 1 см/с).
УЗ-исследования (ультрасонографию) применяют в медицине уже много десятков лет. Но раньше аппараты для таких исследований были не очень удобными, громоздкими, представляли собой большие комплексы, пригодные для применения лишь в стационарах. За последние десятилетия благодаря микросистемным и новейшим информационным технологиям, достижениям гидролокации удалось создать высококачественные портативные аппараты для УЗ-исследова-ний — по-настоящему «интеллектуальные» УЗ-сенсоры, в том числе и для получения объемных (трехмерных) изображений (объемной улыпрасонографии).
УЗ - мул ьти датчики
Пространственное положение объекта, от которого отражаются УЗ-волны, и его мелких деталей вычисляют, принимая и сравнивая сигналы, полученные от ряда датчиков, пространственно расположенных в разных местах. Такую технологию позволили довести до совершенства и практически реализовать так называемые «УЗ-мулыпидатники» — сформированные на одном кристалле кремния массивы из многих пьезоэлементов и электронных схем генерирования и обработки сигналов. Они являются одновременно и излучателями, и приемниками, и усилителями УЗ-волн. На том же кристалле формируют и цифровые схемы, которые выполняют предварительную обработку сигналов. Разные датчики в массиве могут работать на разных частотах, что создает дополнительные возможности для сбора надежной, качественной информации. В одном мультидатчике могут содержаться несколько кристаллов кремния, и суммарное число пьезоэлектрических элементов достигает сотен штук.
В некоторых мультидатчиках кристаллы с пьезочувствительными элементами могут даже по заданной программе линейно перемещаться внутри корпуса, обеспечивая дополнительную трехмерную «развертку» изображения.
Промышленность выпускает много типов мультидатчиков, которые специализированы для УЗ-исследований разных органов человеческого тела. На рис. 7.4 показаны лишь некоторые из них.
Лекция 7_______________________ Интеллектуальные акустические сенсоры для УЗИ
Рис. 7.4. Некоторые типы мультидатчиков для УЗ-исследований: а — линейный датчик 10L1 (12—5 МГц / 36 мм); б — секторный фазированный датчик 5Р1 (7—4 МГц); в, г, д — трансвагинальные датчики 6V1 (8—4 МГц / 11 мм); е — конвексный датчик С344 (5—2 МГц / 40 мм); ж — кардиологический микроконвексный датчик С611 (8-4 Мгц / 11 мм).
Не советуем вам полагаться на зрительное восприятие. За относительно простым внешним видом скрыты довольно сложные микроэлектронные устройства, которые по количеству выполняемых функций, точности и сложности своего устройства можно по праву считать одним из чудес современной техники. Они значительно упрощают и облегчают дальнейшую обработку сигналов и формирование высококачественных УЗ-изображений исследуемых внутренних органов и структур человеческого тела в базовом блоке аппарата для УЗИ.