摘要指出了某些文献中关于超声波成像在圆活塞超声场的近场区的观点的片面性，并从圆活塞超声场的分布特性出发，讨论了圆活塞超声场与超声成像的关系。

中图分类号： R 445.1文献标识码： A

文章编号：1004-4337(2000)04-0340-02

1引言

关于均匀圆活塞辐射的纵波超声场的特性，各种教科书和文献中的描述大致相同，但在医学超声成像利用该声场的近场区还是远场区的问题上，却存在着两种截然不同的观点。

观点1^［1］近场区的声压幅值几乎保持不变，可认为探头在近场区辐射一束平行的平面声束，故超声成像多在近场区内。因为近场的超声束最平行，反射界面垂直于换能器，反射强，失真度小。远场因有声束的扩散，声束不平行，反射较弱。

观点2^［2，3］近场区波束比较集中，但在该区域内声压、声强都有起伏(极大值、极小值相间)。它将严重影响超声诊断的正确性，所以成为超声诊断中的死区。在远场区超声的声压和强度较平稳，但却产生声束扩散，使超声诊断仪的横向分辨率难以提高。

针对上面存在的两种观点，本文将从圆活塞辐射的超声场特性出发，根据超声成像对超声束的要求，辩证地分析超声成像所在超声场的范围。

2均匀圆活塞辐射的纵波声场特性

通过计算可以证明，均匀圆活塞沿轴向声场分布的声强可以按正弦函数的规律变化。设轴线上M点处的声强为I_z，起始声强为I_o，则有：

可见I_z沿Z方向的分布有极大值和极小值。其极大值的位置由方程：

解出。当n=0,1,2,…时，极大值的位置各不相同，且n=0时，声强出现最后一个极大值。此时Z₀=将声场分为两部分，当Z＞Z₀时为远场区，Z₀为远场区的近点，远场因有声束的扩散，声束不平行，反射较弱；当Z＜Z₀时为近场区，Z₀为近场区的远点，近场区中在轴的平均强度保持不变，声能几乎是以平行的波束发射出去的^［4］，如图1所示。

(a) 沿圆活塞轴的声辐射强度分布；(b) 近似画法

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3近场区与远场区的声学特性

由以上的分析可知，从半径为a的圆形换能器发出的声束，近场区可认为是一束平行的超声波，而在远场区中，一方面声束宽度将发散，其扩散角θ由sinθ=1.22(d)/(λ)决定，当圆活塞直径d越大，超声波的频率越高，波长λ越短时，θ就越小，超声束的方向性就越好；另一方面，声强将随着Z的增加以与Z²接近反比地衰减，在距离为2Z₀处，声强变为原来的(1)/(2)，但不存在节点，这是形成超声成像的有利因素。

4超声成像对超声场的要求

医学超声成像主要利用超声波遇到不同声学界面时产生的反射回波确定病灶在人体组织中的深度、病灶的大小、性质、脏器的厚度等。因此对超声束有两个基本要求：一是要求入射的超声束与反射界面垂直，从而最大程度地获得最强的反射波，使超声成像的对比度好；二是要求入射的超声束要细，发散角要小，进而提高超声诊断仪的横向分辨力。而超声波的横向分辨力可用声束直径来度量，声束直径越小，其横向分辨力越好，图像越细腻。近场区的超声束似乎满足上述两个基本要求，这也正是观点1的理论基础。然而近场区中声束的平行发射只是一种表面现象，仅仅是在轴的平均强度保持不变，实质上近场中的声强分布是强烈变化的，该变化引起的节点在超声成像中要产生不希望有的盲点。观点2将超声成像定义在远场区就可以克服近场区中的盲点，但同时远场中声强的减弱会引起反射声强的减弱，声束的扩散会引起横向分辨力降低，从而影响超声成像的质量，远场中的旁瓣也会引起中心波束以外的响应，出现旁瓣伪像，但所有上述缺点可以通过改善远场超声特性而加以解决，从而改善远场的成像质量。

5超声诊断死区的相对性

就圆活塞超声场的自身分布特性而言，通过以上分析，近场区应为超声诊断的死区，而远场区应为超声诊断区，但如果采用相应的措施改善超声场的分布，近场区也可以成为超声诊断区，同时远场区的成像质量也将得到极大地改善。

5.1遮蔽振幅法消除近场中的节点^［5］。如图1(a)中虚线所示，采用遮幅法后，可极大地改善近场区中声强的起伏度，消除节点，降低远场区中旁瓣伪像的幅值，从而变死区为诊断区，提高超声成像的质量。

5.2采用声束聚焦法改善远场中的扩散角。该方法通常分为两种，一种是在换能器面上加装声透镜，另一种是直接将压电晶片加工成聚焦式。两者的作用都是使超声束聚集在离换能器预定距离的一个狭窄的点上，即可以在特定涤度上获得直径为几个波长的波束，从而既减小了远场声束的扩散量，又增加了声束的强度，从而改善横向分辨力，提高诊断的灵敏度。

参考文献

1，张青萍，王新房主编.B型超声诊断学.上海科学技术出版社，1992，10.

2，周永昌，郭万学主编.超声医学.科学技术文献出版社，1994，32.

3，黄治焯主编.医学影像物理基础.新疆大学出版社，1995，280.

4，郑德连主编.医学超声原理与仪器.上海交通大学出版社，1990，63～65.

收稿日期：1999-12-04