超声系统的信号链设计注意事项

图3.典型的换能器。（A）单元件换能器 ；b）1D阵列换能器；（c）2D阵列换能器（由USC、Vermon和Philips提供）。

3.换能器指标与图像质量

和任何成像系统类似，图像质量是医学超声成像中的重要标准。诸如空间分辨率和成像穿透等共同参数主要通过换能器指标和声波传播理论来决定。超声图像的纵向和横向分辨率与介质中的声波波长成线性关系：

方程式中，c是介质中的声速，Zf 是焦距，2r是换能器孔径或直径。当换能器被脉冲信号激励时，τ-6dB为接收回波的-6dB脉冲宽度的持续时间。 τ-6dB也与波长λ成线性关系。对于宽带阵列换能器，我们可分别比较5MHz和12MHz的横向分辨率，其工作频率为5MHz至14MHz。成像深度为5厘米。在两种情况下，64个换能器阵元形成有效孔径。元件之间的间距为0.3mm。介质中的声速为1540m/s。有效孔径尺寸为19.2mm。根据的公式，对于5MHz和12MHz的声波，λ分别为0.31mm和0.13mm。根据上述方程式，横向分辨率分别在5MHz时为0.8mm，在12MHz时为0.33mm。因此，更高频率的应用实现更佳的分辨率。

实际上，仅通过增加换能器频率来改善图像质量并非完全可行。一方面，更高频率的换能器需要更薄的压电材料，这需要更精密的制造技术，且成本更高。另一方面，如后面章节所示，较高频率的声波在生物组织中容易衰减。

当介质不均匀时，声波的部分能量可在两个介质的边界处反射。未反射的声波继续传播，直到它在下一个边界被反射，或完全衰减。反射和透射系数由这两种介质的声阻抗（Z=ρc）的差异决定。方程式中，ρ和c分别是介质的密度和声速，假设波传播方向垂直于边界。