第四节　脉冲波

前面的讨论大多是针对某一频率的连续波进行的。声学理论中的大部分内容也是讨论连续波的。但是，超声诊断设备中除了连续多普勒模式使用连续波外，都使用脉冲波。连续波也称简谐波，简谐波是在整个时间范围内频率和幅度固定的波，现实世界中并不存在这种理想的信号。间隔性发出的短促波称为脉冲波。脉冲波就是持续时间很有限的信号，即在一个有限的范围t1～t2之间有信号，之外信号为零（或非常小）。t1～t2是信号长度，也称为脉冲宽度，简称脉宽。数学中的傅立叶变换理论指出，任何一个信号都可以看作是由许多不同频率、幅度和初始相位的简谐信号叠加而成，或者说，运用傅立叶变换可以把复杂的信号分解成许多简谐信号的和。在一般情况下，这些简谐信号的数目是无穷多的，它们的频率是连续变化的，因此它们的相加在数学上要用积分表示。把信号分解成简谐信号的叠加后，我们就可以分析信号是由哪些频率的简谐信号组成的。各种频率的简谐信号在整个信号中占的比重，也就是各种简谐信号在频带内的分布情况就是信号的频谱，这种分析方法就是谱分析，也叫作频域分析。

以下简单介绍几个用来描述脉冲波基本特征的常用参数：

脉冲重复频率（pulse repetition frequency，PRF）：单位时间内脉冲波的数量。单位：Hz或kHz。

脉冲重复周期（pulse repetition period，PRP）：一个脉冲开始发射到下一个脉冲开始发射所需时间（图1-4-1）。单位：秒、毫秒。

图1-4-1　脉冲重复频率为5kHz的脉冲波波形示意图，图示其脉冲重复周期（pulse repetition period）为0.2毫秒

脉冲重复间期（pulse repetition interphase）：一个脉冲发射结束到下一个脉冲开始发射所需时间。单位：秒、毫秒。

空间脉冲长度（spatial pulse length，SPL）：每个脉冲的总的波长度。SPL=脉冲的总波长=脉宽×声速。

超声诊断中的脉冲常常是由一定频率范围之内的简谐信号叠加而成的，即幅度谱和复频谱在一段频率范围。这个频率范围为信号的频带，称为带宽。频带的中心称为中心频率。

根据谱分析的概念，脉冲波的性质是由组成它的简谐信号的性质决定的。窄带信号的性质非常接近于中心频率的简谐信号的性质。窄带信号的脉宽和带宽成反比，它们的乘积为常数。对于一般的信号，脉冲越短，带宽越宽。脉冲短有利于提高图像的纵向分辨率。因此为了提高纵向分辨率应该尽量采用高的中心频率和宽的相对带宽。脉冲波传播时，它所包含的连续波的频率也是不变的，但是由于介质对于不同频率的超声波有不同的衰减作用，高频的超声波比低频的衰减得快，因此脉冲的中心频率会降低，带宽也会减小（图1-4-2）。

图1-4-2　超声波衰减致中心频率降低

实线代表脉冲波发射时的频谱，A点为其中心频率；虚线代表脉冲波衰减后的频谱，B点为其中心频率