Ультразвуковиеволниіспускаютсявнутрідатчіка п'єзоелектричним кристалом, який виконує дві функції: він перетворює електричну енергію в енергію звуку і, навпаки, енергію звуку в електричну енергію. Зазвичай ці кристали виконані з керамічних матеріалів або зі змішаної кераміки, які були піддані впливу дуже високих температур, щоб надати кристалів п'єзоелектричні властивості. При впливі на кристал електричного струму відбувається його деформація, в результаті чого з'являється ультразвук. Це явище відоме як п'єзоелектричний ефект. Сьогодні кристали, виготовлені на основі матеріалів зі змішаної кераміки, виробляють ультразвук різної частоти. Електрична напруга стрибкоподібно подається на кристал, в результаті чого він виробляє ультразвук протягом приблизно 1% цього періоду часу. Тривалість випускання ультразвуку дорівнює 2-3 довжинах хвилі. Для цього є термін - пульсуюча довжина. Датчик протягом решти часу (99%) приймає повертаються звукові сигнали. За їх повернення кристал знову деформується, після чого виникає електричний сигнал, який потім трансформується в зображення на екрані. Цей процес називається взаімообратних п'єзоефект. Чим більша напруга, що подається на кристал, тим вище інтенсивність випускання ультразвуку. З ростом напруги можна збільшити інтенсивність ультразвуку; проте необхідно пам'ятати про те, що напруга і інтенсивність не є тотожними поняттями. Збільшення напруги призведе до зростання інтенсивності ультразвуку; проте в дійсності збільшення напруги означає збільшення напруги на кристал, в результаті чого підвищується реверберація і збільшується інтенсивність ультразвуку. Частота випускання ультразвукових хвиль називається частотою імпульсних повторів і залежить від тривалості часового проміжку, протягом якого ультразвук повертається до датчика, відбившись від тканин. Новий же імпульс випускається тільки після того, як всі ультразвукові хвилі, відбившись від тканин, повертаються до датчика. При отриманні зображень поверхневих тканин можливе використання більш високої частоти імпульсного повтору. Для ультразвуку більш глибоких тканин частота імпульсного повтору повинна бути обов'язково нижче.
Мал. 1.6 а. Обриси несфокусованого УЗ-променя. На виході з датчика промінь вузький (NF). Він стає ширше в міру віддалення від датчика (FF).
Мал. 1.6 б. Ефект фокусування УЗ-променя для його звуження з метою отримання більш високого дозволу зображення.
Ультразвукові хвилі поширюються у всіх напрямках. Однак тільки напрямок вперед представляє практичну користь, так як зображення будується на основі ультразвуку, що поширюється в цьому напрямку. З цієї причини датчик має спеціальний блок, який поглинає ультразвукові хвилі, що йдуть в інших напрямках.
Для вільного проходження ультразвукових хвиль крізь тканини важливо, щоб на їхньому шляху не було перешкод, які б гасили або відбивали їх, тому в якості екрану для датчика використовується спеціальний матеріал.
При виробництві ультразвуку відбувається його невелике розсіювання; в результаті на кордоні між тканиною і датчиком ультразвуковий промінь кілька відхиляється від своєї траєкторії. Нормальні обриси ультразвукового променя спрощено зображені на рис. 1.6, с. 8, на якому також показаний сфокусований ультразвуковий промінь. Внаслідок відхилення ультразвуку від своєї траєкторії дозвіл зображення збільшується. Дозвіл зображення представляє надзвичайну важливість для всього процесу УЗД. Просторова роздільна здатність ділиться на поздовжнє і поперечне.
Під поздовжнім дозволом розуміють здатність розрізняти дві точки на всьому протязі ультразвукового променя. Чим краще поздовжнє дозвіл, тим вище якість зображення або окремих його елементів. Частота, з якою працює ультразвуковий датчик, відіграє вирішальну роль, так як дозвіл кращає при зменшенні тривалості імпульсу. Високочастотний ультразвук володіє коротшою тривалістю імпульсу. Поздовжнє дозвіл не повинно бути більше, ніж половина тривалості імпульсу.
Поздовжнє дозвіл = 0,5 х Довжина імпульсу
Отже, кожен об'єкт дослідження повинен бути не більше тривалості одного імпульсу, щоб визначатися як окремий об'єкт (рис. 1.7).
Мал. 1.7. Принципи поздовжнього дозволу. Якщо дві точки розділені однією довжиною імпульсу або декількома, на екрані вони відображаються як окремі структури. Якщо дані точки відстоять один від одного на відстані, меншій, ніж довжина імпульсу, їх видно як одна точка.
Під поперечним дозволом розуміють здатність розрізняти дві точки, що лежать поруч поперек ширини ультразвукового променя. Дві точки, що лежать в межах ширини ультразвукового променя, на зображенні видно не як дві окремі точки, а як дві точки, одна з яких лежить в межах ширини променя, а інша не лежить, будуть відображатися окремо (рис. 1.8, с. 9 ).
Мал. 1.8. Принципи поперечного дозволу. Дві помітні точки перпендикулярні площині ультразвукового променя. Якщо дані точки лежать в межах ширини променя, їх видно як одна точка; якщо одна з цих точок лежить поза ширини ультразвукового променя, то вони різняться як окремі точки.
Іншими словами, якщо один з об'єктів лежить по ширині ультразвукового променя, а інший - поза нею, на зображенні їх видно як два окремих об'єкта; в іншому випадку вони відображаються як один об'єкт. У високочастотних датчиків ультразвуковий промінь довше в тому місці, де він звужується, тому їх поперечне дозвіл вище. Внаслідок залежності поперечного дозволу від ширини ультразвукового променя, для досягнення найкращих результатів УЗД рекомендується використовувати високочастотний ультразвук або сканувати область, що лежить в зоні дії датчика. У більшості сучасних датчиків фокусований ультразвуковий промінь. У багатьох ультразвукових приладів також передбачена можливість настройки для забезпечення найкращої якості зображення.