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1、洲,砚尸子洲,‘尹、绝尹,处勺吸尹亩‘勺‘勺毛、沪户日‘合成孔径聚焦超声成像一知识介绍口口扮勺门〔尹,‘,‘勺‘门吸产勺’与‘孙宝申沈建中中国科罕院声学研究所北京。。。。。扭,年月心日收到,。,合成孔怪聚焦超声成像是目年代发展起来的一种超声成像技术它是由合成孔径雷达技术发,,展过来的现在还处于实验室研究及小规模试验阶段在合成孔径技术中可以应用小孔径换能器及较,,低的工作频率来获得高方位分辨率突破了经典理论的限制在图像重建过程中易于应用成熟的数字图像处理技术。,,以提高图像清晰度及信噪比本文将对合成孔径的基本概念合成孔径
2、聚焦原理合成孔、,。径超声成像信号分析处理及系统设计中对硬软件的技术要求等逐步进行介绍声波可以穿透很多物体及生物体声波在设计等几个方面作简要介绍,、这些介质中传播时如遇有结块空腔等内部缺,、陷或组织由于它们的声学特性与周围介质不一合成孔径的基本概念,,完全一样声波就会被这些内部结构散射产生回,,,波信号这些回波信号带有物体内部结构的无论是在雷达还是在超声成像中基本功。,能声学特性信息将这些回波信号收集到后经是确定目标的空间位置体积目标界面各点,,过一定程式的处理可以转换为在显示器上人的空间位置信息知道了就能转换为在显示器,上用人眼,眼可见的结构
3、图像这就是声成像技术超声可见的物体图像所成图像的清晰程成像是在超声频段的声成像技术由本世纪二度与成像系统对相邻的两个或几个点目标的分,,十年代至今已发展了多种超声成像方法其辨能力有关系统对在同一方向不同距离上的,,中如型扫描成像已在临床医疗诊断中得到两个目标的分辨称为距离分辨对在同一距离,,“”,已是尽人皆知的了广泛应用通称为超不同方向上的两个点目标的分辨称为角分辨或一种常规检查手段方位分辨成像系统的分辨能力越高,则可以把靠得越近的两个点目标分辨开,合成孔径超声成像是自年代发展起来这样形成的,,。的一种技术现在还处于实验室研究及小规
4、模图像细节就越容易辨认也即图像清晰度越高试验阶段它是,由合成孔径雷达技术发展来的由工作过程来看,可以分为数据采集,,以存贮及数,据处理图像重建这两步与用接收到的回波信号直接生成图像的技术比较起来要复杂得多得到的好处是可以应用小尺度换能器及,比较低的工作频率来获得方位的高分辨率可以在近场区菲涅尔区工作在图像重建过程,,用于中易于应用各种周像处理技术不同成像对像,以提高图像清晰度及信噪比这些特点在以下的介绍中将逐步阐明,合成孔径超声成像的技术内容非常丰富图超声换能器及点目标物的,,我们将按基本概念工作原理成像技术及系统三维直角坐标系
5、统应用声学,我们用三维直角坐标系及最简单的点目标标的回波脉冲前沿恰好重合时及的物尸来说明声成像系统的定位及定位能力如图距离作为可分辨的极限,再靠近就不能分辨这,超声换能器置于坐标系原点个极限间距就是成像系统的距离分辨率侧距与距离分辨率几△。一,,如图要确定点目标尸的空间位置就必须得出它的坐标通常是确定尸离开超声换能是所用脉冲宽度要提高距离分辨率,似乎器,的斜距这个斜距在水平面的投就应采用窄脉冲,,影’与轴的夹角卿以及’与斜距后来的理论发展证明更本质地决定系统,尸的夹角
6、氏距离分辨率的是所用信号波形的带宽如果,我们能设计一个脉冲信号,按射线理论即几何声学理论将声波在介其持续时间可以相,,质中的传播可看作是遵守定律的射线形当长但只要所占频谱很宽仍然可以得到很高式,在换能尸,器与目标点之间按直线传播传的距离分辨率播速度是固定的如果我们把声波由换能器侧角与方位分辨率,、,出发到达点目标尸并由尸反射回到的时超声换能器是有方向性的它向介质内辐犷,,间记录下来就能容易地确定尸的斜距射的能量不是四面八方均匀的而是在不同的给出了一个超声换能一仁二三方向有不同的强度图器的指向性图方向辐射的能
7、,在量最多,,再设有两个目标点尸和尸它们在同一用长度为的线段表示之并使归一化,,‘”,方向上与换能器的距离分别为和如为,在和’方向辐射的能量为图所示回波由它们到达换能器的时间分别方向的一半,通常称和’的夹角,,,,,,,为半功率角用风表示为一一孟鱼时闯司隔为换能器波束角有时迅。,,就定义为口也有时将主波瓣第一对零点的。△一里全丑两条切线及’的夹角口定义为波束角,,,如果尸及相距较远△很大△也按换能器的互易性原理同一个换能器用,,大两个点目标回波脉冲的位置在显示器
8、易作接收时具有同样的指向特性于分辨开来距离分辨率受到发射的声脉冲信利用换能器的指向特性就能确
