Приложение F (справочное). Испытание на полное внутреннее отражение при использовании плоских отражателей из алюминия и стекла

Приложение F
(справочное)

Испытание на полное внутреннее отражение при использовании плоских отражателей из алюминия и стекла

Для испытания эффективности зеркального и алюминиевого отражателей при возникновении полного внутреннего отражения таким образом, чтобы при достаточно малых углах падения (90° - перпендикулярное падение) не происходило преобразование волн в поперечные волны или волны Релея, был создан фантом с параллельными алюминиевым и стеклянным зеркальными отражателями на противоположных концах. Фантом заполнен тканеимитирующим фоновым материалом (без слабоотражающих сфер). Поверхности вертикальных пластин располагались на расстоянии около 23 см друг от друга, а в верхней части фантома имелись два окна сканирования. Одно из них имело радиус кривизны 1 см и полуцилиндрическую форму с центром на расстоянии 5 см от зеркального отражателя из стекла, а другое - плоскую форму и размеры 5 х 10 см, с центральной линией на расстоянии 5 см от алюминиевого отражателя. Криволинейное окно предусмотрено в качестве связующего звена между конвексной решеткой с радиусом кривизны 1 см и углом сектора около 153°, а плоское окно позволило связать фазированную решетку и угол сектора около 90°. Таким образом, могут быть получены изображения, в формировании которых участвовал только один отражатель, а другая сторона фантома полностью состояла из тканеимитирующего материала.

Примечание 1 - Согласно данным производителя, алюминиевый отражатель в описанном фантоме имел показатель шероховатости поверхности 6 мкм.

Что касается тканеимитирующего материала в фантоме, его компоненты были такими же, как и в фантомах, содержащих слабоотражающие сферы, за исключением того, что объемный процент молока, подвергшегося ультрафильтрации, составлявший долю 3:1, был снижен на 4/5 с получением значения отношения (коэффициент затухания)/частота /f  0,39 вместо 0,5 , тем самым повышая глубину проникновения и обеспечивая возможность получения достаточных данных для анализа. Измерения проводились при температуре 22 °С и частоте 5 МГц с применением ранее описанной методики [10]. Скорость распространения звука с = 1539 , и отношение /f = 0,39 .

Усредненное изображение по 10 снимкам, полученным с использованием датчика с фазированной решеткой, показано на рисунке F.1. Две прямоугольных зоны шириной по 10 мм представляют собой области, где рассчитаны средние значения пикселя при приращении глубины по вертикали на 5 мм.

Примечание 2 - Среднее значение пикселя, приведенное в приложении F, не относится к MPV, определенному в 3.8.

Эти два прямоугольника имеют одинаковые размеры и находятся в одинаковом положении по вертикали; однако один из них находится непосредственно слева от вертикальной линии едва заметных диффузных отражений от поверхности зеркального отражателя из стекла (левая сторона изображения), и оба прямоугольника смещены на одно и то же расстояние относительно вертикальной оси симметрии изображения. Таким образом, если полное внутреннее отражение и формирование изображения были бы идеальными, то графики средних значений пикселя при приращении глубины по вертикали на 5 мм при сравнении с исходной глубиной по вертикали должны быть идентичными. Поскольку в чувствительности фазированной решетки может быть асимметрия, эти два графика могут быть и не идентичными. Поэтому датчик повернули на 180° вокруг вертикальной оси, и был получен и усреднен еще один набор из 10 изображений. При повороте датчика изображение сигнала зеркального отражателя из стекла появляется на правой стороне изображения.

На рисунке F.2 показаны графики средних значений пикселя для левого и правого прямоугольников. Следует отметить, что среднее значение пикселей в прямоугольниках на глубину 5 мм составляет ноль, за исключением расстояний приблизительно от 5 до 16 см (расстояния по вертикали). На рисунке F.3 показаны соответствующие графики, полученные после поворота датчика.

На рисунке F.1 зеркальный отражатель находится слева (слабая вертикальная линия диффузных отражений от поверхности отражателя). Прямоугольники зеленого цвета показывают зоны, где вычислялись средние значения пикселей при приращении глубины по вертикали на 5 мм.

Рисунок F.1 - Усредненное изображение по 10 снимкам, полученным с помощью датчика с фазированной решеткой

Ось ординат - среднее значение пикселя; ось абсцисс - глубина по вертикали. Отрезками показаны величины стандартных отклонений значений пикселей для каждого пятимиллиметрового интервала глубины.

Рисунок F.2 - Графическое представление данных; синим цветом отмечены данные, рассчитанные для левого прямоугольника, красным - для правого прямоугольника на рисунке F.1

Ось ординат - среднее значение пикселя; ось абсцисс - глубина по вертикали. Отрезками показаны величины стандартных отклонений значений пикселей для каждого пятимиллиметрового интервала глубины.

Рисунок F.3 - Графическое представление данных в том случае, когда отражатель находится на правой стороне; синим цветом отмечены данные, рассчитанные для левого прямоугольника, красным - для правого прямоугольника

Процент, на который средние значения пикселей, полученных в результате отражения, отличаются от средних значений пикселей без учета отражения, когда асимметрия чувствительности датчика скорректирована, может быть выведен из данных, приведенных на рисунках F.2 и F.3, с помощью формулы (F.1)*. Результат показан на рисунке F.4.

------------------------------

* Неточность в тексте документа IEC/TS 62791:2015: формулу (F.1) следует читать .

,

(F.1)

где R_i и N_i - средние значения пикселей на сторонах с отражателем и без отражателя соответственно;

i = 1 соответствует отражателю на одной стороне, а i = 2 соответствует отражателю на другой стороне.

Асимметрия чувствительности датчика скорректирована с использованием данных, приведенных на рисунках F.2 и F.3, и формулы (F.1).

Ось ординат - разница, %; ось абсцисс - глубина по вертикали, см.

Рисунок F.4 - Процент, на который среднее значение пикселей, полученных в результате отражения, отличается от среднего значения пикселей без отражения

На рисунке F.4 рассматривается небольшая контрастность между средними значениями пикселя (с коррекцией на асимметрию чувствительности датчика) при наличии отражателя CMPV_r и средними значениями пикселя (с коррекцией на асимметрию чувствительности датчика) при отсутствии отражателя CMPV_o. Связь между CPMV и яркостью монитора авторам неизвестны. Консервативное предположение относительно такой связи состоит в том, что значение (CPMV)² пропорционально ; поэтому

,

где - средняя яркость пикселя при наличии отражателя;

- средняя яркость пикселя при отсутствии отражателя.

Согласно таблице 1 в [11], контрастность изображения равна контрастности объекта при 1 и 2 дБ, и очевидно, что если контрастность объекта составляет 0 дБ, то контрастность изображения и контрастность в точке со скорректированным средним значением пикселя составят 0 дБ (определения контрастности объекта и изображения см. на с. 119 и 120 [11]). Также согласно таблице 1 [11], если контрастность изображения составляет от 1 до минус 1 дБ, она становится не обнаружимой для наблюдателя-человека.

Согласно рисунку F.4 - 0,22 дБ (CMPV_r/CMPV_o) ()  0,59 дБ, и контрастность не обнаруживается человеком-наблюдателем.

Рисунки F.5-F.7 соответствуют рисункам F.1-F.3, где используется конвексный датчик с радиусом кривизны 1 см, а отражатель изготовлен из алюминия. Угол сектора составляет приблизительно 153°. Полное внутреннее отражение отсутствует при углах сектора более 138°, что соответствует углам падения от 69° до 90°, подтверждение чему видно в верхней левой части изображения на рисунке F.5, удаленной от отражателя.

Полное внутреннее отражение отсутствует при углах сектора более 138°, что соответствует углам падения от 69° до 90°, что видно в верхней левой части изображения, удаленной от отражателя.

Рисунок F.5 - Широкий сектор (153°), конвексный датчик с радиусом кривизны 1 см с алюминиевым отражателем слева

Ось ординат - среднее значение пикселя; ось абсцисс - глубина по вертикали. Отрезками показаны величины стандартных отклонений значений пикселей для каждого пятимиллиметрового интервала глубины. Следует отметить, что для глубины по вертикали от 0 до 1 см полное внутреннее отражение отсутствует.

Рисунок F.6 - Графическое представление данных; синим цветом отмечены данные, рассчитанные для левого прямоугольника, красным - для правого прямоугольника на рисунке F.5

Для глубины по вертикали от 0 до 1 см полное внутреннее отражение отсутствует. Ось ординат - среднее значение пикселя; ось абсцисс - глубина по вертикали.

Рисунок F.7 - Графическое представление данных; отражатель размещен на правой стороне, синим цветом отмечены данные, рассчитанные для левого прямоугольника, красным - для правого прямоугольника

На рисунке F.8 показан процент, на который средние значения пикселей, полученных в результате отражения, отличаются от средних значений пикселей без учета отражения, когда асимметрия чувствительности датчика скорректирована; поправки взяты в соответствии с рисунками F.6 и F.7 согласно формуле (F.1).

Асимметрия чувствительности датчика скорректирована с использованием данных на рисунках F.6 и F.7 и формулы (F.1).

Оси ординат - разница, %; ось абсцисс - глубина по вертикали, см.

Рисунок F.8 - Процент, на который среднее значение пикселей, полученных в результате отражения, отличается от среднего значения пикселей без отражения

Ссылаясь на обсуждение рисунка F.4 выше и используя результаты, показанные на рисунке F.8, получаем: - 0,63 дБ (CMPV_r/CMPV_o) ()  0,17 дБ, и контрастность снова не различима для человеческого глаза.