Обзор основных достижений в области ультразвуковой компьютерной томографии

Следующим шагом в развитии ультразвуковой аппаратуры является создание томографических установок представляющих данные контроля в виде изображений.

Ультразвуковые томографы в первую очередь нашли широкое применение в медицинских диагностических исследованиях. Это обусловлено в значительной степени тем, что ультразвуковое излучение не оказывает вредного воздействия на пациента. Кроме того, задача построения изображения мягких тканей оказывается значительно проще с точки зрения теоретической постановки и в практической реализации. Главным фактором здесь является низкая скорость звука 1400 - 1600 м/с, поэтому на ультразвуковых частотах можно получить достаточно короткую длину волны в сочетании с узкой диаграммой направленности преобразователя.

Рассмотрим характерные особенности медицинских ультразвуковых томографов на примере аппаратуры ведущих производителей - американской фирмы Acuson и фирмы SonoSite.

Во всех ультразвуковых сканерах реализован эхоимпульсный метод. Используются ультразвуковые преобразователи с частотой 3-10 МГц для прозвучивання мягких тканей в области размером 10-15 см и преобразователи с частотой 7-15 МГц для диагностирования малых объектов, например яблока глаза.

В системах ультразвуковой диагностики используются многоэлементные ультразвуковые преобразователи поставляемые в виде акустических блоков. В настоящее время применяют блоки, содержащие до 128 пьезоэлементов. Такое построение акустической системы является в настоящее время общепринятым.

К сожалению, в технических описаниях медицинской диагностической аппаратуры имеются только общие сведения относительно способов построения изображений. Данная информация является «know-how» производителя.

Типичным примером может служить установка фирмы Acuson CYPRESS 128ХР. Установка имеет вес 9 кг. На рисунке показано высококачественное изображение печени человека, полученное на данной установке. Время синтеза изображения около 6 секунд. Изображение обработано с применением пространственного фильтра, в результате чего появляется эффект объемности.

 

 

 

 

Рис.3.6 Изображение печени Перевалова С. П., полученное с помощью установки

ACUSON /CYPRESS 128ХР

Рис.3.7 Изображение сердца человека, полученное прибором Sonosite 180ТМ

В последние годы на рынке диагностической аппаратуры появились малогабаритные ультразвуковые сканеры. Например, фирма Sonosite выпустила прибор Sonosite 180ТМ весом 2,4 кг, который предназначен для экспресс-диагностики в бригадах скорой помощи. В приборе Sonosite 180ТМ также применяются 128 элементные акустические блоки. Па рис. 3.7 показано изображение сердца человека, полученное с помощью прибора Sonosite 180ТМ. Время синтеза изображения составляет 100 мс (10 раз в секунду), поэтому прибор демонстрирует работу сердца в режиме отображения, близкому к реальному времени.

Медицинские ультразвуковые сканеры характеризуются пространственной разрешающей способностью или апертурой изображения. Этот параметр практически у всех установок составляет 1 см. Данную величину нужно понимать следующим образом. Если в мягких тканях присутствует объект малых размеров, который создает эхосигналы, то изображение объекта на экране сканера получается в виде пятна с эквивалентным размером 10*10мм.

Существует ряд исследовательских установок, так называемых ультразвуковых микроскопов, с помощью которых решается задача визуализации рельефа поверхности объекта с высоким разрешением, В указанных установках прозвучивание поверхности осуществляется имерсионным способом (в водяной ванне). Причем используются высокочастотное ультразвуковое излучение 30 - 50МГц, что соответствует длине волны в воде 0,05 - 0,03 мм.

За счет очень короткой длины волны удается сформировать узкий ультразвуковой пучок и получить достаточно детальную информацию о рельефе поверхности. Дополнительная обработка эхосигналов методом синтезированной апертуры позволяет строить изображения с высоким фронтальным разрешением.

В настоящее время активно ведутся работы по созданию ультразвуковых сканеров, предназначенных для визуализации дефектов в металле,

В частности, в России на предприятии «Эхо плюс» производится установка «Авгур - 4.2». Данная установка предназначена для ультразвукового контроля сварных соединений. В состав установки входит персональный компьютер (notebook) с дополнительными электронными блоками, малогабаритный двухкоординатный сканер, ультразвуковые преобразователи.

В процессе контроля двухкоординатный сканер перемещает блок ультразвуковых преобразователей по поверхности околошовной зоны. Производится прозвучивание сварного шва и запоминание эхосигналов, полученных в различных положениях преобразователей. Далее, на персональном компьютере производится синтез изображения.

Канадская фирма Tektrend выпускает оборудование для ультразвукового контроля металлов и соответствующее программное обеспечение. Представляет интерес программа ARIUS Viewer предназначенная для синтеза 2-х и 3-х мерных изображений по данным контроля эхометодом.

 

Рис.3.10 Изображение дефектов на донной поверхности алюминиевого листа, синтезированное программой ARIUS Viewer

Существует также ряд аналогичных установок, обеспечивающих визуализацию дефектов: IZOGRAF-4.01, P-scan System 4, ULTIMA 100+ и другие.