Tipos de feixe

A obtenção de um feixe estreito com grande sensibilidade e pequenos níveis de lóbulos laterais, consistente com restrições no tamanho do transdutor e com o formato imposto pelas considerações anatômicas foi estudada por Angelsen et al.(1995) para diversos tipos de transdutores. Este estudo mostrou que um array anular composto por uma série de anéis concêntricos gera esse tipo de feixe, permitindo que o foco varie através de um atraso individual no sinal de excitação de e para cada elemento. O feixe pode ser direcionado de modo a se obter uma imagem setorial, girando mecanicamente o array numa cápsula preenchida com fluido. Esta cápsula facilita o contato acústico quando o feixe é movido em direções diferentes na superfície do corpo. O array também pode ser usado para fazer uma varredura lateral. Uma vantagem deste tipo de array é que o feixe simétrico obtido produz uma fatia mais fina em 2-D e de menor espessura de varredura em qualquer profundidade e uma resolução lateral melhor em todas as direções para imagens 3-D do que os outros tipos de transdutores. Possui menos elementos com uma maior área de superfície por elemento, proporcionando uma perda menor no transdutor. O número menor de elementos evita o cross-talk entre os transdutores transmissor e receptor no Doppler contínuo. O fato dos elementos terem uma área maior facilita a produção de transdutores com frequências mais altas, permitindo uma frequência central de até 20 MHz.

A resolução lateral é um dos fatores que mais afeta a qualidade da imagem em ultrassom Modo-B, está limitada pela focalização do transdutor,

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dependendo também da sua largura de banda e apodização. A resolução lateral pode ser melhorada às custas da diminuição da profundidade do campo e da focalização, o que é flexível quando se usa um array de fase ajustável. É preferível o uso de um array anular onde são realizados ajustes para excitar os elementos do array com atraso no tempo, em vez de um elemento único, pois este tipo de transdutor reduz o erro de fase máximo de cada elemento. Pode-se fazer uma aproximação de uma lente focalizadora nessa configuração através do ajuste do atraso de tempo da excitação de cada elemento do array: ajusta-se a curvatura da lente pela defasagem entre os elementos. Um array anular é preferível a um array linear por reduzir ao máximo o erro de fase de cada elemento (Song e Park, 1989).

Elementos de tamanhos grandes aumentam a eficiência de energia do array e reduz a impedância dos elementos, mas degradam a performance do array para movimentos em ângulos grandes, aumentando os lóbulos laterais, diminuindo o ganho e distorcendo o formato do feixe. A razão pela qual o tamanho dos elementos tem uma influência significativa nos lóbulos laterais pode ser explicada pelo seguinte fato: com o aumento do tamanho dos elementos, o padrão de diretividade de cada elemento torna-se mais estreito e produz grandes flutuações de fase para grandes ângulos de observação. Entretanto, com a diminuição do tamanho dos elementos, a impedância de cada elemento aumenta. E se o tamanho dos elementos for reduzido e o número de elementos não for aumentado o suficiente, a eficiência de energia do array diminui, pois somente uma parte dele está sendo usada (Lu e Greenleaf, 1994).

Devido ao fato de se obter boa resolução lateral com uma diminuição na profundidade do campo, foi feito um estudo para comparar um transdutor que gerava um campo cônico com um transdutor com campo de Bessel, sendo estes dois tipos uma aproximação de transdutor de array anular (Holm, 1998). O primeiro elemento do array deve ser escolhido como parâmetro de ordem zero, para ajustar o primeiro lóbulo da função de Bessel, e o foco mecânico deve ser compensado pelo atraso eletrônico; os anéis devem ser pequenos o suficiente

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para que o array tenha foco infinito. Quando essas duas condições - foco mecânico compensado pelo atraso eletrônico e anéis pequenos - são satisfeitas, uma boa aproximação do feixe de Bessel pode ser gerada por um transdutor anular de área equivalente. Com um pequeno número de anéis, o feixe de Bessel alcança uma profundidade de campo maior e seu feixe é mais estreito do que transdutores planos não focalizados.

A propagação de ondas acústicas em meios isotrópicos / homogêneos e de ondas eletromagnéticas no espaço livre é governada pela equação escalar de ondas. Isto possibilitou a realização do primeiro transdutor Bessel J0 não difrativo

composto por array anular com cerâmica PZT/composto polímero para aplicações em imagens médicas acústicas e caracterização de tecidos (Lu e Greenleaf, 1992).

Três famílias de soluções de onda escalar no espaço livre são descritas por (Lu e Greenleaf, 1992), chamadas ondas X, frequentemente balanceadas pela transformada de Laplace. Este tipo de onda é normalmente para transdutores do tipo pistão plano, porém com abertura finita, ondas X possuem uma grande profundidade de campo.

Para calcular o espectro da função das ondas X, considera-se que os transdutores de abertura infinita estão a uma grande distância axial, com isso obtém-se uma solução quase exata em abertura finita (Lu e Greenleaf, 1992).

Uma infinidade de soluções para ondas X não difrativas com baixa amplitude do campo podem ser obtidas escolhendo diferentes funções complexas B(k) como a função de Bessel de primeira ordem J0. Na prática, B(k) pode ser uma

função de transferência de qualquer dispositivo físico, com transdutores acústicos, antenas eletromagnéticas ou qualquer fonte de onda associada a dispositivos eletrônicos (Lu e Greenleaf, 1992).

Em imagens acústicas, o efeito da energia de ramos X pode ser suprimido dramaticamente combinando as transmissões de ondas X com

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receptores esféricos dinâmicos como é proposto pelo feixe de Bessel J0 (Lu e

Greenleaf, 1992).

Ondas X teóricas são “superluminais”, não causais, e possuem energia total e abertura infinita; uma onda X de ordem zero pode ser gerada usando um transdutor acústico composto por um array anular (Attiya, et al., 1999).

Um transdutor composto por um array anular pode ser usado tanto para ondas X como em receptores focalizados esféricos convencionais. Os eletrodos de transdutor banda larga de cerâmica de PZT/polímero podem ser cortados em elementos anulares e cada elemento possui sua própria forma de onda dependendo de sua posição radial. Os baixos lóbulos laterais e o formato Gaussiano no receptor suprirão a falta da energia do centro das ondas X, e produzirá uma alta resolução, uma alta taxa de quadro, uma grande profundidade de campo em imagens acústicas (Attiya, et al., 1999).

Foram desenvolvidas novas famílias de ondas não difrativas que propiciam uma rede para produzir feixe focalizado sem lentes. A energia dos ramos X das ondas X pode ser suprimida combinando as ondas X com sistemas receptores esféricos convencionais. Para produzir imagens com alto contraste. As propriedades de caracterização de tecidos podem ser simplificadas devido à ausência de difração nas ondas X (Attiya, et al., 1999).

A Figura 2.9 mostra a representação 3D do campo acústico de um transdutor ultrassônico gerador de onda X.

32 Figura 2.9. Representação 3D da onda X. Fonte: Attiya et al., 1999.

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