Отображение эхоинформации

В ультразвуковой эхоскопии применяются два метода отображения информации: прямой и конвертерный [10], схемы которых приведены на рисунке.

Прямой метод предполагает непосредственное поступление эхосигналов на отображающее устройство. В качестве отображающих устройств в этом случае в основном применяются ЭЛТ, однако не исключено применение и других устройств, например газоразрядных, на жидких кристаллах и других типов индикаторов. Прямое отображение информации используется в одномерных, а также в двухмерных эхоскопах, когда не требуется проводить точных измерений на основе формируемого эхоизображения. Для прямого отображения эхоинформации в зависимости от способа и скорости ультразвукового сканирования могут использоваться обычные осциллографические или запоминающие ЭЛТ. Например, в эхоскопе, обеспечивающем угловое или линейно-растровое сканирование исследуемого пространства с частотой повторения кадров сканирования F к ³ 10 Гц, могут применяться ЭЛТ с небольшим послесвечением, электростатическим или электромагнитным отклонением луча, а в эхоскопе с ручным комбинированным сканированием необходима запоминающая ЭЛТ, преимущественно с электростатическим отклонением луча. При прямом отображении эхоизображений направление развертки электронного луча ЭЛТ совмещается с направлением ультразвукового луча при сканировании, а яркость модулируется в соответствии с амплитудой эхосигналов. Поэтому качество отображаемых таким методом эхоизображений в значительной степени определяется разрешающей способностью и градационной характеристикой применяемой ЭЛТ. Следует отметить, что выпускаемые промышленностью ЭЛТ, за исключением телевизионных, имеют узкую модуляционную характеристику и предназначены в основном для отображения графической информации с двумя градационными уровнями – белым и черным. Кроме того, яркость ЭЛТ в значительной степени зависит от скорости развертки луча, что при неравномерной скорости сканирования приводит к модуляционно-яркостным искажениям эхоизображений. Указанные обстоятельства существенно ограничивают область применения метода прямого отображения эхоинформации в ультразвуковой эхоскопии.

В последние время промышленностью освоены производство и выпуск черно-белых и цветных жидкокристаллических и электролюминесцентных индикаторов, которые стали внедряться в производство диагностической аппаратуры широкого профиля, в том числе и медицинского назначения. Однако сложность организации различного вида разверток в индикаторах данного типа пока сдерживает их широкое применение в медицинской аппаратуре.

Значительно большие возможности по достигаемому динамическому диапазону отображения градаций акустического контраста сред и регистрации динамики визуализируемых объектов достигаются телевизионными методами отображения информации. Использование телевизионных индикаторов позволяет получить высококачественные многоградационные по яркости эхоизображения, в том числе с использованием цветового кодирования. Однако в этом случае возникает необходимость формирования телевизионного эквивалента эхоизображения, развертываемого на индикаторе в соответствии со стандартными требованиями к видеосигналу. Поскольку ультразвуковыми эхоскопами, в принципе, не могут быть обеспечены условия для формирования телевизионного эквивалента эхоизображения прямым методом, необходимы специальные преобразователи – конвертеры, обеспечивающие преобразование разверток и временного масштаба эхоизображения для приведения его в соответствие телевизионному стандарту. В качестве конвертеров эхоизображений могут быть использованы запоминающие устройства, построенные на специальных ЭЛТ, а также на полупроводниковых твердотельных элементах памяти.

В этом случае функции запоминания и воспроизведения эхоинформации разделяются во времени. Запись эхосигналов в память конвертера производится в соответствии с развертками и во времени ультразвукового сканирования, а считывание записанной информации – во временном масштабе телевизионного сигнала. Подобный конвертер должен обладать достаточным быстродействием и вносить минимальные геометрические и амплитудные (акустического контраста) искажения при преобразовании динамических эхоизображений. Кроме того, конвертер должен допускать изменение видов разверток (секторная, линейная и др.) преобразуемого эхоизображения на входе при постоянстве линейно-растровой развертки телевизионного эквивалента эхоизображения на выходе. При этом также необходимо обеспечить возможность чередования циклов записи-чтения информации в процессе ультразвукового сканирования среды, поскольку только в таком режиме обеспечивается оперативный визуальный контроль процесса формирования эхоизображений и целенаправленное управление им.

Следует отметить еще одну особенность конвертерного метода отображения эхоинформации. Дело в том, что при формировании динамических эхоизображений методами электрического управления ультразвуковым лучом в некоторых случаях складывается ситуация, при которой эхоизображение не может быть получено с достаточно большим числом ультразвуковых строк. Поэтому в конвертере эхоизображения производится интерполяция, посредством которой осуществляется умножение числа строк до необходимого значения. Этим достигается получение "сплошного", а не "дискретного", как при прямом отображении, эхоизображения.

Важным преимуществом конвертерного метода отображения является возможность многократной регенерации эхоизображения из памяти, что позволяет реализовать режимы стоп-кадра, изменения его масштаба, компоновки субкадров, трансляции эхоизображения на значительные расстояния, представления информации на нескольких экранах, совмещения эхоизображения со служебной информацией, представления выбранного фрагмента в увеличенном масштабе, изменения структуры эхоизображений, ввода и накопления в ЭВМ и т. д. Перечисленные преимущества свидетельствуют о большей перспективности конвертерного метода отображения эхоизображений, что и подтверждается растущей популярностью метода.

С использованием частотно-цветового или амплитудно-цветового кодирования эхоизображения могут быть представлены и в цветном виде.

Во многих отраслях звуковой эхоскопии, особенно в медицине, очень важным является длительное сохранение эхоинформации, полученной в процессе исследования объектов. Сохранить такую информацию можно путем ее регистрации в виде копии эхоизображения либо алфавитно-цифровых и графических данных, являющихся результатом его анализа. В первом, а иногда и во втором случаях требуются средства, обеспечивающие высококачественную регистрацию полутоновых изображений. Наиболее распространенным и универсальным средством получения копии эхоизображения является фоторегистрация. Фоторегистрация позволяет достаточно быстро и высококачественно фиксировать как алфавитно-цифровую, так и графическую информацию. Применяются три основные разновидности фоторегистрации: съемка широкоформатным объективом на обычную негативную 35-мм пленку с последующим изготовлением бумажных фотографий, съемка при помощи поляроидной камеры на специальную обратимую самопроявляющуюся бумагу и регистрация на рентгеновскую пленку при помощи многоформатной камеры. Использование конвертерного метода отображения эхоинформации позволяет применять и другие виды регистрации эхоизображений. В частности, эхоизображение может храниться непосредственно в памяти конвертера, регистрироваться при помощи видеомагнитофона или ленточного регистратора на бумаге, а также записываться во внешнюю память. Ленточная регистрация полутоновых эхоизображений на бумагу до сих пор редко используется из-за сравнительно низкого качества получаемых изображений. Несмотря на существование различных методов регистрации на бумаге (электрохимического, электростатического, теплового и др.), до настоящего времени качество получаемых с их помощью полутоновых эхоизображений значительно уступает фотографическим. Исключением являются регистраторы, основанные на применении волоконно-оптической трубки, позволяющие регистрировать эхоизображения с восемью градациями яркости и имеющие автоматическую регулировку контрастности в зависимости от скорости движения ленты. В таких регистраторах используется широкоформатная (до 210 мм) термочувствительная, самопроявляющаяся бумага с покрытием из "сухого" серебра [10].