先收到回波,再把时间变成深度
像在山谷里听回声一样,探头发出一小段声音,再等回声回来。较浅的边界先回应,较深的边界晚回应;计算要把声音走出去、再走回来都算上。这些回声能帮助画出内部的边界。
先做两个小比较
- 跟住一小段声波,看看浅处和深处的回声谁先回来。
- 暂停看回声时间,别忘了声音走了去和回两段路。
从界面系数到每一个灰度像素
想细看:完整观察与操作说明
探头发出一段有限的高频振动,随后接收返回的声音。声波遇到声阻抗不同的界面时,一部分反射,一部分继续向前。一次发射因此可以留下来自不同深度的多次回波。
体模的内部结构是已知的:水平分层、一片厚 0.64 mm 的薄片,以及一块衰减更强的嵌块。左边画的是这些已知结构,右边的黑白扫描图则从回波计算得到。均匀层的内部没有被任意填上纹理;这里主要看见界面。
声音往返一次才回到探头。在均匀声速下:
例如声速为 1540 m/s,40 mm 深的界面约在 51.95 µs 后返回回波。若沿途声速不同,就要逐层累加去程时间,再乘二。本篇把发射包络中心定为零时刻,避免把脉冲本身的半个时长误算成额外深度。
先观看八章演示,再进入自由探索。五个滑块都支持方向键,Home 和 End 可选两端;重置会恢复探头位置、周期数、额外衰减、假定声速、观察时间及显示方式。
- **体模与 A 线:**移动探头并拖动观察时间,跟随有限脉冲走到界面、分出回波,再返回探头。A 线按真实到达时刻显示 RF 压强信号。
- **分开薄片两面:**保持体模不变,将脉冲从 8 周期缩短为 2 周期。上图保留长脉冲参照,下图从一个宽峰变成两个可分开的包络峰。
- **检查嵌块阴影:**降低嵌块额外衰减,观察其后方回波恢复。即使额外衰减归零,界面反射造成的透射损失仍然存在。
- **重建假定声速:**在扫描视图中改变假定值。原始回波时刻不变,但其显示深度改变。最后一章使用已知声速为 1480 m/s 的校准体模,演示错误假定值的纠正。
计算、依据与适用范围
声阻抗 Z = 密度 × 声速。在无损、法向入射的界面上,压强反射系数有正负号:
进入声阻抗较低的材料时,r 为负,反射压强相位翻转。压强透射系数为 2Z₂/(Z₁+Z₂),可以大于一;这不代表能量增加,因为强度还与阻抗有关。能量反射率与透射率满足:
深部回波在去程和回程都会穿过上方界面。模型将两程的压强透射系数都相乘,并计算全路径的衰减。若往返总损失为 L dB,压强振幅乘以 10^(−L/20),不是 10^(−L/10)。
RF 是各个带符号、带延迟的有限脉冲相干相加的结果。图像先求理想正交分量的模,再作固定增益的对数显示;不会先对每个回波取绝对值再相加。每一列来自对应探头位置的一条 A 线,没有逐列自动归一化,所以深部损失会真正降低亮度。
短脉冲的轴向支撑尺度为:
3 MHz、2 周期时约为 0.51 mm;8 周期时约为 2.05 mm。本体模的 0.64 mm 薄片在短脉冲下产生分开的峰,在长脉冲下合并。实际分辨还受包络形状、相位、带宽和噪声影响。此比较保持峰值发射压强不变,并非等脉冲能量;不推断信噪比或灵敏度。
本篇采用独立的垂直声线,仅保留一次反射的路径,保留去程与回程透射。忽略列间传播、垂直侧壁、衍射、折射、波束形成、多次反射和散斑。体模均匀背景衰减设为 0.35 dB/(cm·MHz),嵌块另加指定值;衰减按中心频率计算,在脉冲带宽内视为常数。包络采用有限 Hann 窗载波的已知正交分量,显示范围固定为 45 dB,压强参考为 0.25。探头的背衬、匹配层及耦合层只示意理想接触,不计算其内部机电响应。
依据:密歇根大学的声学、阻抗与衰减讲义、华盛顿大学的脉冲回波与分辨率课程,以及 Evident 对 A 扫描和断面 B 扫描的说明。