Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
рис.34 изображение фантома, полученное на приборах различного класса с конвексным датчиком 3,5 МГц. а - простой прибор, б - прибор среднего класса, в - прибор высокого класса. При сравнении изображений необходимо учесть различие в масштабах. |
|
рис. 35. изменение чувствительности и поперечной разрешающей способности прибора с конвексным датчиком 3,5 МГц на различных глубинах в зависимости от положения фокуса на передачу в приборе среднего класса (глубина фокуса обозначена стрелкой слева на шкале измерения): а - фокус в ближней зоне, б - фокус в средней зоне, в - фокус в дальней (глубокой) зоне. |
||
|
рис. 32 последовательно на 90°, надо прикладывать датчик к контактным поверхностям фантома 2, 3 и 4, после чего опять вернуться к поверхности 1. Если используется фантом с одним |
||
Рис. 36. Изображения фантома (рис. 33), полученные с помощью датчиков секторного сканирования. а - прибор среднего класса с механическим секторным датчиком 2 МГ4.6- прибор повышенного класса с фазированным электронным датчиком 3,5 МГц.
удалением от точки фокусировки на передачу. Поэтому испытания полезно повторить для различных глубин контрольной группы отражателей. Для этого, поворачивая фантом на контактной поверхностью, например фантом для датчиков секторного сканирования (рис. 33), то в нем, как правило, имеется две или более группы отражателей для проверки разрешающей способности, расположенные на различных глубинах.
На рис. 36 приведены результаты исследований датчиков с секторным сканированием. Из рис. 36а следует, что продольная разрешающая способность датчика с механическим сканированием и частотой 2 МГц лучше чем 2 мм, но хуже 1 мм. Фазированный электронный датчик с частотой 3,5 МГц имеет продольную разрешающую способность около 1 мм (рис. 366), так как два точечных отражателя с интервалом 1 мм по вертикали на изображении почти сливаются.
Оценка поперечной разрешающей способности осуществляется также, как и продольной, но по той части отражателей в группе, которые в основном ориентированы горизонтально. Расстояния между ними по горизонтали также известны точно, например в фантомах 539 и 515 они тоже равны 5, 4, 3, 2, 1 мм. Поэтому если, например, раздельно наблюдаются два из них, а три других сливаются, то разрешающая способность не хуже 4 мм и несколько лучше 3 мм. Для корректной оценки поперечной разрешающей способности необходимо датчик ориентировать так, чтобы его ось проходила через группу контрольных отражателей по возможности перпендикулярно линии их расположения. В противном случае можно получить хороший результат за счет того, что недостаточная поперечная разрешающая способность компенсируется, как правило, более высокой продольной разрешающей способностью.
В большинстве известных нам фантомов выполнить условие корректной численной оценки поперечной разрешающей способности невозможно из-за того, что близко расположенные точечные отражатели фантома располагаются не горизонтально, а всегда под некоторым углом к поверхности фантома.
Поперечная разрешающая способность может более заметно, чем продольная, изменяться с глубиной, ухудшаясь с увеличением глубины. Поэтому оценку поперечной разрешающей способности необходимо проводить на различных глубинах.
Приближенную оценку поперечной разрешающей способности во всем диапазоне глубин можно получить с помощью вертикального ряда точечных отражателей. Изображение каж дого из отражателей имеет размер по вертикали, характеризующий продольную разрешающую способность, а размер по горизонтали определяется поперечной разрешающей способностью. Если расположить ось датчика вдоль вертикальной линии отражателей (это удобно делать с помощью маркерной линии, отображаемой на экране прибора), то размеры отражателей по горизонтали будут приблизительно совпадать с шириной УЗ луча на соответствующей глубине (рис. 34). Таким образом, по картине на экране можно оценить форму УЗ луча в плоскости сканирования. Переключая по глубине фокусировку на передачу, можно выяснить, как это влияет на форму луча и на разрешающую способность, а также определить положение фокальных зон.
Все изображения фантома на рис. 34 получены при включении одновременно всех фокусов на передачу в каждом из приборов. При этом приборы обеспечивают наивысшее качество изображения во всем диапазоне глубин.
Сравнение ширины изображений точечных отражателей, полученных по фантому на приборах различного класса (рис. 34), показывает преимущество приборов высокого класса (рис. 34в) перед другими приборами.
Изменение поперечной разрешающей способности в зависимости от положения фокуса на передачу иллюстрируется на примере прибора среднего класса. На рис. 35 видно, что наилучшее качество изображения обеспечивается в зоне фокусировки, и ширина изображения отражателей увеличивается за пределами зоны фокуса вслед за расширением УЗ луча. Наиболее равномерное качество во всем диапазоне глубин имеет изображение при одновременном включении всех фокусов (рис. 346), что достигается, однако, ценой снижения частоты кадров в 4 раза по сравнению со случаем одного фокуса.
По результатам испытаний разрешающей способности на различных приборах можно видеть, что степень ее равномерности наиболее велика в приборах высокого класса.
На основании изображений фантома, полученных на приборах с секторными датчиками (рис. 36), можно сделать вывод о том, что они уступают по качеству изображения конвексным датчикам (рис. 35 и 36). При этом качество заметно снижается с глубиной и на краях сектора (слева и справа).
Существенно более высокую поперечную разрешающую способность, чем датчики с частотой 3,5 МГц, обеспечивают датчики с частотой 7,5 МГц (рис. 37), правда, ценой заметного уменьшения глубины проникновения. Заметна разница в поперечной разрешающей способности у прибора высокого класса (рис. 37в) и простого прибора (рис. 37а).
С помощью группы точечных отражателей, специально предназначенных для проверки разрешающей способности, можно оценить и разрешающую способность по толщине. Для этого следует поставить датчик, как и прежде, над указанной группой и повернуть его вокруг вертикальной оси на 90°, так чтобы плоскость сканирования была перпендикулярна большой плоской боковой стенке фантома. На экране прибора будут наблюдаться яркие длинные линии, соответствующие нейлоновым струнам фантома. Зная расстояние между струнами по горизонтали, можно по количеству наблюдаемых линий приблизительно определить ширину УЗ луча в толщин- ной плоскости и соответствующую разрешающую способность.
Укажем еще на один способ оценки совокупной (пространственной) разрешающей способности - по зернистости изображения структуры фантома. Если сравнить между собой величину зерна в приборах различного класса (рис. 34), то можно сделать вывод о том, что самая мелкозернистая структура - на изображениях, полученных на приборах высокого класса.
С увеличением частоты датчика размер зерна уменьшается (сравним рис. 37 и рис. 34 с учетом различия масштабов).
Следует отличать зернистость изображения, обусловленную структурой наблюдаемого фантома (или мягких паренхиматозных тканей), и зернистость, вызванную так называемым спекл-шумом, который создает видимость зернистого изображения даже в случае наблюдения тканей, не имеющих характерной мелкой структуры. Спекл-шум почти всегда имеет место из-за физических особенностей наблюдения в УЗ системах (вследствие интерференции при использовании так называемых когерентных сигналов).
На изображении спекл-шум довольно легко идентифицируется, так как имеет характерный «переливающийся» вид при легком покачивании или движении датчика, установленного на теле пациента или фантоме.
|
Рис. 37. Изображения фантома, полученные на приборах различного класса с линейным датчиком 7,5 МГц. а - простой прибор, б - прибор среднего класса, в - прибор высокого класса. |
Глубина мертвой зоны или практически равная ей глубина множественных начальных переотражений определяется с помощью группы точечных отражателей в верхней части фантома. Отражатели расположены в ряд наискось с фиксированными расстояниями по глубине друг относительно друга. Глубина измеряется по первому же отражателю, который виден на фоне «хвоста» излучаемого импульса и переотражений, возникающих от него в датчике (рис. 34-37).
Видно, что у приборов высокого класса мертвая зона мала. У простых приборов она может быть заметной (рис. 34а). Сравнительно велика мертвая зона в секторных датчиках механического сканирования (рис. 37а), что является органическим недостатком датчиков этого типа.
Имитация водонаполненных кист и кровеносных сосудов в фантоме дает возможность оценить способность прибора обнаруживать и определять форму и размер кист и сосудов различного диаметра . В фантоме для этого имеется группа круглых трубок с водоподобным неэхогенным заполнением, располагаемых на разных глубинах (см. рис. 32 и 33). Возможности прибора правильно и четко отображать границы этих круглых объектов в наибольшей мере зависят от чувствительности и разрешающей способности прибора (рис. 38 и 39).
Рис. 38. Изображение фантома с имитацией кист или сосудов различного диаметра (8, 6, 4, 3, 2 мм), а - простой прибор с датчиком 3,5 МГц. б - прибор среднего класса сдатчиком 3,5 МГц.
Рис. 39. Оценка контрастной разрешающей способности с помощью фантома (конвексный датчик 3,5 МГ4). а - прибор среднего класса, б - прибор высокого класса.
Эти же объекты позволяют оценить толщинную разрешающую способность при установке датчика таким образом, чтобы его плоскость сканирования была направлена вдоль трубки. Если толщина луча меньше диаметра трубки, то внутри изображения трубки не будут наблюдаться эхо-сигналы, т.е. изображение трубки будет эхонегативным. Если же толщина луча превышает диаметр трубки, то в пределах границ луча будут видны отражения от окружающей трубку структуры, т.е. изображение трубки станет эхопозитивным (рис. 40).
С помощью рис. 40 можно определить, что ширина УЗ луча контролируемого прибора в толщинной плоскости изменяется по глубине следующим образом: на глубинах 0-3 см (в ближней зоне) - ширина более 8 мм; на глубинах 5-7 см (зона фокуса) - ширина ~3 мм; на глубинах 10-12 см - ширина 4-6 мм. Такая ширина луча и, следовательно, разрешающая способность обеспечивается цилиндрической линзой на рабочей поверхности датчика.
Контрастная разрешающая способность и динамический диапазон могут быть оценены с помощью группы трубок постоянного диаметра, заполненных материалом с различном эхогенностью (отражательной способностью). Обычно подбираются материалы, эхогенность паренхимоподобной среды, заполняющей фантом (рис. 32)
Рис. 40. Оценка разрешающей способности по толщине для конвексного датчика 3,5 МГц (прибор среднего класса), а - сосуды диаметром 8 мм; хорошо видны все сосуды, за исключением одного на глубине 2 см, изображение которого зашумлено, - значит, ширина луча здесь больше 8 мм. б - сосуды диаметром 6 мм; хорошо видны сосуды на глубинах 4, 6 и 8 см - здесь ширина луча меньше 6 мм. в - сосуды диаметром 4 мм - луч уже 4 мм на глубинах 5, 6 и 7 см. г - сосуды диаметром 3 мм - луч почти равен 3 мм на глубине 5-7 см.
Контрастная разрешающая способность зависит от того, насколько четко обнаруживается область с эхогенностью, отличающейся от окружающей среды на небольшую величину, например на ±3 дБ. На рис. 39 эти области можно наблюдать в середине изображения (два круга из пяти в верхнем ряду).
Возможность передавать различия в яркости структур с широким диапазоном изменения эхогенности свидетельствует о достаточном динамическом диапазоне.
Результаты оценки контрастной разрешающей способности и динамического диапазона зависят от правильности регулировки многих параметров прибора, в том числе общего усиления, усиления в различных интервалах по глубине, установки режимов препроцессинга и постпроцессинга.
Правильность настройки и калибровки прибора для оценки геометрических форм и размеров структур и органов проверяется по точности отображения вертикального и горизонтального рядов точечных отражателей (рис. 32, 33), а также по способности прибора без искажений отображать форму круглых сосудов разного диаметра (рис. 38, 39).
Любые отклонения в изображении фантома от правильных линейных или круглых форм свидетельствуют о неисправности прибора. Используя режим измерения в приборе, можно определить расстояния между точечными отражателями по горизонтали и по вертикали. Сравнивая полученные результаты с известными значениями этих расстояний в фантоме, можно проверить калибровку прибора. Измерения должны проводиться при температуре, указанной в инструкции по использованию фантома, например при +23°С.
В заключение еще раз отметим, что в настоящее время выпускаются не только универсальные фантомы, но и специальные фантомы, которые позволяют проверять характеристики УЗ приборов в различных режимах работы, в том числе в допплеровском режиме, и с различными датчиками, например ректальными и вагинальными.
3.6. Артефакты акустического изображения
Артефактами акустического изображения называются наблюдаемые на экране прибора ложные объекты, аномалии и искажения, получаемые при УЗ исследовании. Артефакты можно разделить на две основные группы: аппаратурные артефакты, возникающие вследствие технических причин, в том числе из-за несовершенства прибора, и артефакты, связанные с физическими процессами прохождения ультразвука в биологических тканях.
Артефакты, порождаемые физическими причинами, не обязательно вредны, иногда они несут дополнительную полезную информацию.
Аппаратурные артефакты
Помехи и наводки. Помехи обычно вызываются электрическими при
борами и оборудованием, работающими в непосредственной близости от УЗ прибора. Они имеют вид периодических или случайных быстро меняющихся светлых полос и ярких точек на экране прибора, мешающих воспринимать акустическое изображение. Иногда помехи возникают в самом приборе, что свидетельствует о его неисправности.
Основные меры по защите от помех предусматриваются при разработке УЗ приборов. Специальные меры должны приниматься и при эксплуатации приборов. Прежде всего, должно быть сделано хорошее заземление корпуса прибора и, кроме того, исключена установка рядом с ним источников электромагнитных излучений. При невозможности защитить УЗ прибор от источников помех простыми способами, может потребоваться такая дорогостоящая мера, как специальное экранирование помещения, в котором находится прибор.
Мертвая зона. О мертвой зоне уже говорилось в предыдущем разделе. Напоминаем, что причиной мертвой зоны являются особенности конструкции датчика и наличие переотражений УЗ сигнала в отдельных его элементах, например в просветляющих слоях (в датчиках электронного сканирования) или в жидкости, заполняющей корпус (в датчиках механического сканирования). Мертвая зона в большей или меньшей степени имеет место при работе практически с любыми датчиками, хотя для датчиков электронного сканирования она существенно меньше. Артефакт, похожий на мертвую зону, может быть вызван сильными переотражениями от слоистых структур тела, расположенных в непосредственной близости от поверхности датчика. Подробно этот артефакт рассмотрен ниже (см. «Реверберация»),