超声全息

超声全息是采用全息理论中波前再现法的声成象技术。由于它用相干声波代替相干光波模拟光全息，故理论上能进行物体内部的三维显示。
1966年美国R.K.Mueller等人，首先把光全息概念引用到声学领域，从此出现了声全息。并于七十年代初期出现了应用液面法声全息的试用产品。国内1972年开始了聚焦液面声全息方法的研究，已能获得活鱼、小白鼠、离体胎儿、人的离体器官和肢体等实时的、清晰的动态图象。
声全息技术在医疗诊断和生物研究方面有可能提供新的手段和独特应用，因而已受到注意和重视。目前，比较成功和接近于实用的各种全息方案中，有液面法、扫描法、布喇格衍射成象、时间参考全息和超声照相机等方法。
基本原理 全息理论的中心问题是波前再现。Gabor为了记录和显示图象，把波的干涉（记录全息图）和衍射(显示图象——波前再现) 综合在一起，建立了全息理论。其过程可用图1摄取全息图和图2波前再现来说明。超声全息就是利用相干的声波——超声波代替相干的光波。其基

图1 摄取全息图

本原理是： 把被检测的物体信息，用不可见的超声波记录成声全息图； 再用此全息图衍射照明光源——激光，使原来被超声波所冻结的图象产生原始波的重幕，以实现波前再现，从而产生一个可见的图象，如图3所示。

图2 波前再现

图3 原理示意图

液面法超声全息 液面法超声全息是用液面 （即液体和空气的界面）作为声、光转换环节的方法。液面即是全息图的记录介质，又是光学重现的转换介质。液面在声压的作用下，形成的两束相干声的浮雕图象和干涉花纹，称为声全息图，它即包含了物体声场的分布，也包含了物体的相位信息。在再现时，声全息图是光的位相调制器，即可不加处理便得到实时再现，也可以对全息图照相记录后再行重现。在液面法里由于全息图就形成在液面上，故液面的畸变和隆起的不均匀性就不可避免地成为影响成象质量的因素。为了免除这一影响，采用了聚焦象式液面声全息方法，兼用了多频脉冲超声发射与脉冲激光的匹配。聚焦象式方法的全息图上，既包含了物体的振幅和相位的全部信息，又包含了物体的象，是液面法声全息中一种较成功的方法，发展很快，可以得到高质量的图象。
聚焦象式液面法超声全息的装置原理如图4所示。装置可分四个部分：
❶声全息图的形成部分： 包括超声发射机、实验水槽、换能器和声透镜等；
❷声光转换介质：包括油槽，转换介质等；
❸光学重现系统： 由激光和光学部件组成；
❹观察和记录系统：在工业电视的监视器或在毛玻璃上观察，照相静态记录或电影录象动态记录。
聚焦象式液面法超声全息的成象过程： 由超声发射机激励两个换能器发出超声，物体束超声“照明”被检物体，

图4 液面法超声全息装置原理

经声透镜后形成聚焦式全息图的物体波，成象于油槽的液面上。参考束超声——参考波直接射到液面上，与物体波相遇后产生干涉，形成聚焦式液面浮雕的全息图。重现用的激光经透镜折射变成平行光束，照射在液面的全息图上，受全息图的调制后再反射到透镜的后焦面上，形成高次衍射的图谱，又经空间滤波后，在电视屏上即可显示图象，进行实时观察和记录。该装置在3MHz超声时，分辨率为1mm，系统景深为22mm，视野>φ80mm。
超声全息的临床应用 目前尚处于研究阶段，主要可归结为三个方面：
❶器官和软组织的显象：由于各种软组织的声阻抗差异较大，因而利用超声全息方法显示体内器官，原则上不受限制； 但目前只对离体器官如胆囊、肾脏、子宫、肝、脾及脑等内部细节进行了全息成象观察研究。体内器官的研究仅有胆囊；
❷胎儿的检查：可以观察体内胎儿的呼吸、心跳、肢体活动、多胎及胎儿的肋骨、脊椎、脐带和头部的声全息象；
❸肿瘤的研究：目前对移植肿瘤及离体器官的肿瘤等的显示优于X光，已用于乳房癌的诊断，亦可观察到肢体肿瘤和异物等。
超声全息的特点
❶由于采用脉冲超声作声源，故可控制声强在安全剂量以下，对人体无害、无痛苦、对人体几乎没有影响；
❷有显示体内器官和软组织细节的能力；
❸同时记录了振幅和相位信息，理论上能三维显示图象，成象真实，分辨率高，具有连续灰阶层次，所以成象质量较高；
❹液面法超声全息有实时成象的特点，对物体的三维结构的理解非常有利；液面法装置结构简单，较易于普及应用。