Lecture 4
创建时间
Nov 23, 2024 10:02 PM
标签
Transducer Arrays
参数复习
单原件换能器成像：
横向扫描物体，轴向分辨率（axial resolution）由脉冲持续时间（pulse duration）决定
焦距focus是固定的
横向分辨率Lateral resolution(在焦点处)
增加阵列孔径d或者减小焦距F，可以改善横向分辨率，在较深处的焦点分辨率差
成像深度
帧率Frame rate，FR
决定因素：beam number, PRR
多焦点成像分辨率和速度的关系
深层焦点的横向分辨率通常比浅层焦点的更差
帧时间与帧率
Foci是焦点，FT是焦点数乘以波束数乘以pulse repetition rate
声学透镜的厚度与频率关系
晶体声速和中心频率决定
Two types of array transducers: linear and phased
Linear
The most common is a linear array of rectangular elements, for example 128 elements.
一般是128-512
element之间的距离称为kerf，element中心之间的距离为pitch
each element is unfocused
Example 1 单元件换能器的场型与成像
问题描述
- 当单一阵列元件发射超声波时，其场型和横向分辨率如何变化？
分析
- 元件尺寸 d 与波长 λ的相对大小决定了场型：
- 若 d≫λ：
- 场型具有方向性，存在聚焦点和近场区，横向分辨率可以定义。
- 若 d≈λ：
- 场型为球面波，无方向性，无法定义横向分辨率。
- 结果：
- 单个元件在近场可形成聚焦点，但场型弱且分辨率差。
- 机械扫描效率低，不适合现代医学成像。
关键公式
- LR 无法定义在 d≈λ 的场景中。
总结
单一元件换能器由于球面波特性，场型弱且不适合实际成像。
Example 2 子组元件同步发射与成像
问题描述
- 如果子组（如1-5个元件）同时发射，波束的特性是什么？
分析
- 波束特性：
- 子组尺寸 d=Pitch⋅N（如5个元件）。
- 形成的波束类似于尺寸为 d 的平面换能器。
- 横向分辨率： LR=λ⋅F/d
- 成像过程：
- 每组元件发射，接收信号后叠加形成波束（如 BEAM1）。
- 移动到下一组元件（如2-6），重复步骤形成新的波束（如 BEAM2）。
- 成像速度：
- 时间由脉冲重复率（PRR）决定。
- 单次波束采集时间为 PRR。
总结
这种方法提高了波束强度和横向分辨率，但焦点深度固定。
Example 3 单焦点成像与时间延迟
问题描述
- 如何通过时间延迟调整，实现单点聚焦？
分析
- 时间延迟的作用：
- 元件发射超声波时加入时间延迟，使波前在指定深度形成曲面。
- 焦点深度由延迟决定。
- 成像过程：
- 元件组（如1-5）通过时间延迟形成焦点 F1。
- 接收信号后，按时间延迟校正并叠加。
- 公式：
- 焦点处横向分辨率： LR=λ⋅F/d
总结
单焦点成像可以显著提高指定深度处的分辨率，但只能在一个焦点处优化。