Ayer escaneé un fantasma de ultrasonido que tenía inclusiones cilíndricas (1,5 mm de diámetro). Cuando aumenté la frecuencia de ultrasonido de 3 MHz a 4 MHz, estas inclusiones se hicieron mucho más claras. Entiendo que la resolución del sistema está limitada por la longitud de onda de la onda de sonido. Sin embargo, calculé que la longitud de onda era aproximadamente 1/3 del tamaño de la inclusión (0,5 mm y 0,4 mm). ¿Por qué la longitud de onda aún mejora la detectabilidad y la claridad a pesar de que las longitudes de onda son menores que el tamaño de inclusión?
Tu escribiste,
¿Por qué la longitud de onda aún mejora la detectabilidad y la claridad a pesar de que las longitudes de onda son menores que el tamaño de inclusión?
La característica más pequeña que puede resolver un sistema de ultrasonido típico es la mitad de la longitud de onda del sonido utilizado en el sistema, en su caso, las longitudes de onda de las ondas de 3 MHz y 4 MHz en su medio. Suponiendo que la velocidad del sonido sea la misma para ambas frecuencias, las características más pequeñas que se pueden resolver con un sistema de 4 MHz deberían ser 3/4 del tamaño de las características que se pueden resolver con un sistema de 3 MHz.
Tenga en cuenta que un borde o una esquina de una inclusión, para ser reconocible como tal, tiene características cruciales que son mucho más pequeñas que la inclusión completa. Por lo tanto, la longitud de onda requerida para obtener una imagen nítida de una esquina o un borde es mucho más corta que la longitud de onda necesaria para obtener una imagen de una gota que tiene vagamente la misma forma que la inclusión. Si la inclusión es más pequeña que la longitud de onda del sonido, no se podrá resolver en absoluto. Es decir, la mitad de la longitud de onda del sonido debe ser más pequeña que la inclusión o la inclusión no se resolverá en absoluto, ni siquiera como una mancha borrosa. Si entiendo bien su pregunta, puede resolver las inclusiones a 3 MHz, pero sus formas se ven más reconocibles a 4 MHz.
Considere la resolución que sería necesaria para tener una buena idea de la forma de una inclusión. La idea de "resolución" es muy similar al tamaño de píxel. Si una foto de la inclusión tiene píxeles tan grandes como la inclusión, la foto no le dará información sobre la forma de la inclusión, solo sobre su ubicación. Con píxeles de aproximadamente 1/4 del tamaño de la inclusión, puede comenzar a tener una idea de la forma. A 1/10 del tamaño de la inclusión, podría tener una idea mucho mejor de la forma.
Otra analogía: imagina el carácter "8" representado con una resolución de 1 x 2 píxeles. Sería simplemente un rectángulo gris. Con una resolución de 2 x 4 píxeles, nuevamente sería solo un rectángulo gris. Con una resolución de 3 x 6 píxeles, de repente se vería como una versión muy borrosa de la cifra "8". Con una resolución de 4 x 8 píxeles sería fácilmente reconocible como una cifra "8". (Los números de un solo dígito que se muestran en una pantalla de 4 x 8 píxeles se distinguen fácilmente).
Esto realmente no tiene nada que ver con los armónicos; la resolución está directamente relacionada con la longitud de onda de la señal acústica utilizada para formar la imagen. Los armónicos de la señal no se incluyen en el proceso de obtención de imágenes por ultrasonido.
Una relación de 1 a 3 está dentro del régimen en el que la longitud de onda es "similar" al tamaño del objeto, y los efectos de difracción/dispersión son enormemente importantes.
Sin siquiera entrar en los detalles de los patrones de difracción (que hacen que la diferencia entre estas frecuencias sea aún más pronunciada de lo que sugiere mi explicación simplificada), si suponemos que la resolución de la imagen producida hará que el tamaño de píxel útil más pequeño sea de aproximadamente una longitud de onda de ancho, entonces en una frecuencia tiene cilindros de 3 píxeles de ancho y en la otra tiene cilindros de 4 píxeles de ancho. Esa es una gran diferencia en la cantidad de información visible sobre los cilindros.
Para obtener una discusión más detallada sobre la resolución del ultrasonido, consulte, por ejemplo, la sección 1.2 de Practical Clinical Ultrasonic Diagnosis de Liwu Lin (se puede encontrar en Google Books). Explica que la resolución longitudinal suele acercarse al límite teórico de una longitud de onda, y que la resolución transversal suele ser mucho peor. ¡Entonces tienes suerte de ver las inclusiones en estas longitudes de onda, y mucho menos ver una forma clara!
PJazz