Metodología de diseño de arrays bidimensionales de geometría anular para la generación de imagen ultrasónica volumétrica

Abstract

Los arrays ultrasónicos bidimensionales (2D), permiten obtener la imagen volumétrica de la estructura interna de un objeto, sin mover el transductor. Uno de los principales inconvenientes de un array ultrasónico típico, es que debido a su estructura periódica, producen lóbulos de rejilla, que limitan el rango dinámico o contraste de las imágenes. Para evitar los lóbulos de rejilla, se limita la distancia entre elementos del array, y en consecuencia el tamaño de los elementos, a medida longitud de onda (*/2). Esta condición, supone un claro problema para los arrays 2D por varios motivos: el número de elementos del array resulta excesivamente elevado (varios miles), para la tecnología existente hoy en día; además, al ser los elementos de tan pequeño tamaño, su impedancia eléctrica es muy alta, reduciendo la relación señal/ruido, y en consecuencia, el rango dinámico de las señales, finalmente, la gran densidad de conexiones necesarias, suponen un problema de fabricación difícil de resolver. Una alternativa, es usar los arrays de anillos segmentados (arrays AS), que tienen una distribución de sus elementos menos periódica, por lo que producen lóbulos de rejilla de menor amplitud. Esta ventaja les permite aumentar la distancia entre sus elementos sobre */2, lográndose así disminuir el número de elementos, e incrementar el área de cada elemento. En esta tesis sólo se realiza el estudio teórico de la capacidad de los arrays AS para genera imagen ultrasónica. En especial, se analiza la problemática específica de los arrays AS de gran tamaño, desde los siguientes puntos de vista: * Implementación de un método computacional basado en la respuesta al impulso, para reducir el tiempo de computación, manteniendo acotado el error de cálculo. * Estudio de las características del campo generado por un arrays AS, al apolicarle técnicas de conformación de haz (focalización y apodización). * aplicación de métodos de reducción de elementos en arrays AS. Los resultados de la tesis se resumen en los siguientes puntos. * Se ha diseñado un método de cálculo del campo creado por grandes aperturas, que reduce el coste computacional respecto al método exacto en un orden de magnitud, mantiendo al mismo tiempo bajos niveles de error. * Se han estudiado métodos de conformación de haz aplicables a arrays AS. Dada la complejidad electrónica de la focalización dinámica y el elevado número de elementos a controlar, las técnicas de foco fijo aparecen como una alternativa viable, porque producen buenos resultados de resolución y profundidad de campo, manteniendo un nivel de complejidad electrónica aceptable. Las técnicas de apodización para arrays AS, sumadas a las lentes de foco fijo, permiten mejorar las características del haz. * Es posible usar arrays AS de mediano y gran tamaño, con algunos centenares de elementos activos (entre 200 y 500) y buenas características de rango dinámico (entre -45dB y -555dB), con elementos de mayor tamaño que los usados en arrays convencionales de matriz cuadrada (relación de área mayor que cuatro a uno).