wzq超聲醫(yī)學(xué)-ch4

1、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)探探頭頭顯示顯示Medical Imaging Equipment醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)第四章 醫(yī)學(xué)超聲脈沖回聲技術(shù)總論引言引言超聲診斷超聲診斷主要主要應(yīng)用應(yīng)用超聲的超聲的良好指向性良好指向性和和與光相似的與光相似的反射、散射、衰減及多普勒（反射、散射、衰減及多普勒（Doppler）效應(yīng)等物理特）效應(yīng)等物理特性性，利用利用其其不同的物理參數(shù)不同的物理參數(shù)，使用使用不同類型的超聲診不同類型的超聲診斷儀器斷儀器，采用采用各種掃查方法各種掃查方法，將超聲發(fā)射到人體內(nèi)，并，將超聲發(fā)射到人體內(nèi)，并在組織中傳播，當正常組織或病理組織的聲阻抗有一定在組織中傳播，當正常組織或病理組織的聲阻抗有一定差異時

2、，它們組成的界面就會發(fā)生差異時，它們組成的界面就會發(fā)生反射反射和和散射散射，再將此，再將此回聲信號接收，加以檢波等處理后，顯示為回聲信號接收，加以檢波等處理后，顯示為波形波形、曲線曲線或或圖像圖像等。等。引言引言醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)由于各種組織的由于各種組織的界面形態(tài)界面形態(tài)、組織器官的、組織器官的運動狀況運動狀況和和對超聲的對超聲的吸收程度吸收程度等等不同不同，其，其回聲回聲有一定的有一定的共性共性和某些和某些特性特性，結(jié)合結(jié)合生理生理、病理解剖知識病理解剖知識與與臨床醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)，觀察觀察、分分析析、總結(jié)總結(jié)這些不同的規(guī)律，可對患病的部位、性質(zhì)或功這些不同的規(guī)律，可對患病的部位、性質(zhì)或功能障礙程

3、度作出能障礙程度作出概括性概括性以至以至肯定性肯定性的判斷。的判斷。當前當前超聲診斷技術(shù)超聲診斷技術(shù)主要用于主要用于體內(nèi)液性體內(nèi)液性、實質(zhì)性病變實質(zhì)性病變的的診斷診斷，而對于骨、氣體遮蓋下的病變不能探及，而對于骨、氣體遮蓋下的病變不能探及，因此因此在臨床使用中受到一定的限制在臨床使用中受到一定的限制。 引言引言醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)超聲脈沖回波成像法超聲脈沖回波成像法：就是把：就是把超聲脈沖發(fā)射超聲脈沖發(fā)射到生物體內(nèi)，到生物體內(nèi)，再接收來自再接收來自生物體內(nèi)反射波生物體內(nèi)反射波（回波），根據(jù)回波成像。（回波），根據(jù)回波成像。 發(fā)射和接受采用同一個探頭發(fā)射和接受采用同一個探頭。通過回波信號。通過回波信號

4、返回時間返回時間，可以確定被測組織的可以確定被測組織的深度深度。通過同一深度的。通過同一深度的回波信號的強弱回波信號的強弱可以判斷組織器官的可以判斷組織器官的形態(tài)形態(tài)。接收電路顯示器發(fā)射電路傳感器T/P開關(guān)開關(guān)引言引言醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)探頭探頭物體物體脈沖回波顯示體內(nèi)有關(guān)結(jié)構(gòu)信息時，可有脈沖回波顯示體內(nèi)有關(guān)結(jié)構(gòu)信息時，可有顯示回波圖形顯示回波圖形的回聲圖顯示的回聲圖顯示及及利用回波構(gòu)成圖像的聲像圖顯示利用回波構(gòu)成圖像的聲像圖顯示兩種類型的兩種類型的顯示。顯示。引言引言醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基

5、本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)一、超聲脈沖回聲檢測原理一、超聲脈沖回聲檢測原理發(fā)射發(fā)射、接收接收兩脈沖的兩脈沖的時間間隔時間間隔與媒質(zhì)的與媒質(zhì)的厚度厚度成成正比正比；只有只有用用脈沖脈沖才能才能實現(xiàn)測距實現(xiàn)測距，連續(xù)波不能連續(xù)波不能；界面的特性要界面的特性要考慮衰減考慮衰減，所以要，所以要自動增益補償自動增益補償；為顯示的需要為顯示的需要，每秒重復(fù)每秒重復(fù)20次以上次以上才能才能形成波形形成波形。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)回聲系統(tǒng)實際就是把斷面位置找出來回聲系統(tǒng)實際就是把斷面位置找出來同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器A發(fā)射器發(fā)射器換能器換能器掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器B接收器接收器/檢波器檢波器C顯示器顯示器

6、圖圖4-2 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的主要部件超聲脈沖回聲系統(tǒng)的主要部件同步信號觸發(fā)脈沖同步信號觸發(fā)脈沖時標掃描線時標掃描線回波脈沖波形回波脈沖波形1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)探頭探頭物體物體00.511.522.5-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8101020304050607080-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81渡越時間渡越時間：超聲波從發(fā)射到接收到回波所需要的時間。：超聲波從發(fā)射到接收到回波所需要的時間。cSt2換能器與界面距離換能器與界面距離媒質(zhì)聲速媒質(zhì)聲速1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)脈沖回波類儀器的脈沖回波類儀器的定標數(shù)據(jù)定標數(shù)據(jù):00

7、133. 0150022cSt單位單位:秒秒/厘米厘米即即c=1500米米/秒時，定標數(shù)據(jù)秒時，定標數(shù)據(jù) =13.3微秒，相當于微秒，相當于1cm。St二、醫(yī)學(xué)超聲診斷的人二、醫(yī)學(xué)超聲診斷的人- -機關(guān)系機關(guān)系超聲診斷的超聲診斷的人機關(guān)系圖人機關(guān)系圖超聲診斷的超聲診斷的信息轉(zhuǎn)換圖信息轉(zhuǎn)換圖1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)三、醫(yī)學(xué)超聲診斷的安全性考慮三、醫(yī)學(xué)超聲診斷的安全性考慮1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)ISPTA(W/cm2)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1、A型顯示方式型顯示方式幅度調(diào)制幅度調(diào)制顯示方式顯示方式：信號直接加在顯示器的：信號直接加在顯示器的垂直偏轉(zhuǎn)板垂直

8、偏轉(zhuǎn)板上。上。四、脈沖回波法的三種基本顯示方式四、脈沖回波法的三種基本顯示方式用途用途：鑒別病變組織的一些物：鑒別病變組織的一些物理特性，如實質(zhì)性、液體或是理特性，如實質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。氣體是否存在等。優(yōu)點優(yōu)點：簡便，定位測距準確。：簡便，定位測距準確。缺點缺點：圖像解剖形態(tài)直觀性差。：圖像解剖形態(tài)直觀性差。特點特點：是以：是以波形波形來顯示組織特來顯示組織特征的方法，一維顯示。征的方法，一維顯示。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)最早的工作方式：最早的工作方式：A A型型A模式：是一種振幅的模式。模式：是一種振幅的模式。它在顯示器上形成垂直偏轉(zhuǎn)的波形圖。它在顯示器上形成垂直偏

9、轉(zhuǎn)的波形圖。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)2、B型顯示方式型顯示方式灰度調(diào)制灰度調(diào)制顯示方式顯示方式：信號加在顯示器的：信號加在顯示器的控制柵極控制柵極上。上。特點特點：回波強弱回波強弱以以光點強弱光點強弱表示在時標掃描線上，一維表示在時標掃描線上，一維顯示。顯示。 探頭位置探頭位置不移動不移動時，時，僅顯示心臟前后壁所形僅顯示心臟前后壁所形成的光點。如右圖成的光點。如右圖 探頭位置移動時，探頭位置移動時，顯示心臟結(jié)構(gòu)形狀。顯示心臟結(jié)構(gòu)形狀。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)3、B型超聲斷層圖像顯示型超聲斷層圖像顯示輝度調(diào)制輝度調(diào)制顯示方式顯示

10、方式：信號加在顯示器的：信號加在顯示器的控制柵極控制柵極上。上。特點特點：是：是B B型顯示方式型顯示方式與與聲速掃查聲速掃查相結(jié)合的顯像方式。相結(jié)合的顯像方式。（1 1）二維顯示（）二維顯示（切層圖像切層圖像）；（）；（2 2）能直觀地顯示人體臟器）能直觀地顯示人體臟器的的形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)。 當當B B型方式顯示時型方式顯示時移動探頭位置，則形成移動探頭位置，則形成B型超聲斷層圖像顯示型超聲斷層圖像顯示方式，能夠方式，能夠顯示心臟結(jié)顯示心臟結(jié)構(gòu)形狀。構(gòu)形狀。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 將探頭將探頭很快地很快地沿沿某一直線移動某一直線移動，在移動的過程中，換，在移動的過程中，換能器

11、在不同的位置發(fā)射超聲脈沖，并接受相應(yīng)的回波信號，能器在不同的位置發(fā)射超聲脈沖，并接受相應(yīng)的回波信號，用回波信號的用回波信號的幅度調(diào)制幅度調(diào)制顯示器的顯示器的灰度（亮度）灰度（亮度），就可以構(gòu)，就可以構(gòu)成一幅被檢體的成一幅被檢體的二維斷層圖像二維斷層圖像。Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 8超聲探頭超聲探頭監(jiān)視器監(jiān)視器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)4、M 超顯示方式超顯示方式輝度調(diào)制輝度調(diào)制顯示方式顯示方式： （信號加在顯示器控制柵極上）（信號加在顯示器控制柵極上）特點特點： （1 1）

12、單聲束取樣分析，）單聲束取樣分析，一維顯示一維顯示；（；（2 2）通過行掃描通過行掃描實現(xiàn)距離展開實現(xiàn)距離展開（給水平偏轉(zhuǎn)板施加與時間成正比的鋸齒波電（給水平偏轉(zhuǎn)板施加與時間成正比的鋸齒波電壓）；（壓）；（3 3）探測的是心臟各）探測的是心臟各運動組織運動組織的大致結(jié)構(gòu)和位置，及的大致結(jié)構(gòu)和位置，及隨時間變化的運動曲線。隨時間變化的運動曲線。 t深深度度用途用途： 主要用于檢查心臟主要用于檢查心臟疾?。ü视址Q超聲心動儀）疾病（故又稱超聲心動儀）1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)TransducerTransducerTransducerTransducerLine 45 t1Line 45

13、 t2Line 45 t3Line 45 t4t 1 2 3 4 5 6 7.顯顯示示1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)M M 型（超聲心動圖）型（超聲心動圖） B B超與超與M M超的比較超的比較不同之處不同之處：B B超顯示需要若干脈沖超聲束進行掃描。超顯示需要若干脈沖超聲束進行掃描。相同之處相同之處：回波信號均加于控制柵極，光點亮度由回波：回波信號均加于控制柵極，光點亮度由回波幅度線性控制。幅度線性控制。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) A型型: “amplitude” 幅度型幅度型, 主要用在眼科或一

14、些需要精確主要用在眼科或一些需要精確測量位置關(guān)系的地方。測量位置關(guān)系的地方。 B 型型: “brightness” 與回波信號幅度成正比的亮度顯示。與回波信號幅度成正比的亮度顯示。 M 型型: “motion”, 在掃描路徑上顯示深度信息，主要用于在掃描路徑上顯示深度信息，主要用于一些快速運動組織的研究。一些快速運動組織的研究。1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1 1 基本原理基本原理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮 通常把通常把發(fā)射脈沖持續(xù)時間發(fā)射脈沖持續(xù)時間與與脈沖間隔時間脈沖間隔時間之比稱為之比稱為工工作周期作周期Tw =/T 。 T- 脈沖周期脈

15、沖周期 、- 脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間一一 、 探測深度和脈沖重復(fù)頻率探測深度和脈沖重復(fù)頻率 回波探頭產(chǎn)生短脈沖以后的回波探頭產(chǎn)生短脈沖以后的相當長時間里相當長時間里處于等待接處于等待接收回波狀態(tài)。收回波狀態(tài)。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 脈沖重復(fù)頻率脈沖重復(fù)頻率的選取受到的選取受到探測深度探測深度和和受檢者運動波形受檢者運動波形最高頻率最高頻率的影響（即的影響（即奈奎斯特頻率奈奎斯特頻率），其選取條件為：），其選取條件為： 上限是周期上限是周期T必須大于渡越時間必須大于渡越時間t； 下限必須是受檢運動波形最高頻率的兩倍。下限必須是受檢運動波形最高頻率的

16、兩倍。每秒鐘內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù)，稱為每秒鐘內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù)，稱為脈沖重復(fù)頻率脈沖重復(fù)頻率 FP 。TFP1maxmax212fTFRCP組織聲速組織聲速最大探測距離最大探測距離運動體最高頻率運動體最高頻率 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 例如例如：發(fā)射超聲波頻率為：發(fā)射超聲波頻率為2.5MHz，組織聲速為，組織聲速為1580米米/秒，被探測組織深度距離體表秒，被探測組織深度距離體表15cm，運動組織的最高，運動組織的最高頻率為頻率為300Hz，則脈沖重復(fù)頻率選擇范圍為：，則脈沖重復(fù)頻率選擇范圍為：3002115. 021580TFPmaxmax212fTFRC

17、PHzTFKHzP6001266. 5 通常生物體通常生物體存在多層界面存在多層界面，選擇，選擇FP時要考慮多層界面時要考慮多層界面反射后能反射后能層次分明的顯示層次分明的顯示而而不引起混疊不引起混疊（Aliasing），故），故FP一般選一般選1-2KHz。較低較低FP雖能全顯示，但圖像對比度不高雖能全顯示，但圖像對比度不高。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)二二 、工作頻率和帶寬、工作頻率和帶寬 如圖如圖4-8所示，壓電振子產(chǎn)生所示，壓電振子產(chǎn)生窄脈沖窄脈沖且且持續(xù)持續(xù)2-3個周期個周期。 如圖如圖4-8所示，所示，實際的脈沖持續(xù)時間實際的脈沖持續(xù)時間是是

18、受閥值限定后受閥值限定后的的脈沖持續(xù)時間。脈沖持續(xù)時間。 如圖如圖4-8所示，所示，工作頻率工作頻率即回波頻率，可由即回波頻率，可由最大振幅振最大振幅振蕩的周期蕩的周期T0確定確定: f0=1/ T0 。 實際中檢測實際中檢測的的不不是單波振蕩是單波振蕩，而是而是振振蕩波群經(jīng)閥值限定后蕩波群經(jīng)閥值限定后經(jīng)檢波、放大的經(jīng)檢波、放大的2-3個個全振蕩波形的包絡(luò)波全振蕩波形的包絡(luò)波形，如圖虛線所示。形，如圖虛線所示。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 包絡(luò)脈沖波形包絡(luò)脈沖波形包含許多包含許多諧波成分諧波成分，其，其最大能量集中最大能量集中于于中心頻率中心頻率fc附近

19、附近：1cf脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間 超聲頻率主要取決于信噪比，部分取決于掃描增益補超聲頻率主要取決于信噪比，部分取決于掃描增益補償要求的精度償要求的精度；不同頻率下不同組織聲衰減不同；不同頻率下不同組織聲衰減不同；單位距單位距離衰減很大或穿透的界面比較多不宜選用較高超聲頻率。離衰減很大或穿透的界面比較多不宜選用較高超聲頻率。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 發(fā)射超聲頻率發(fā)射超聲頻率是一定的，但是是一定的，但是回波頻率回波頻率可能會變大，要超可能會變大，要超聲換能器信號較好，必須要有一定的聲換能器信號較好，必須要有一定的帶寬帶寬； 通頻帶通頻帶：脈沖回聲包絡(luò)

20、信號：脈沖回聲包絡(luò)信號中心頻率中心頻率fc處處的的最大振幅下最大振幅下降降3dB之后兩個頻率點的差值。之后兩個頻率點的差值。LHdBfffdB-33帶寬帶寬：fcfHfL 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)性能性能用途用途頻率頻率（MHz）最佳帶寬最佳帶寬（MHz）產(chǎn)品常用帶寬產(chǎn)品常用帶寬（kHz）內(nèi)科內(nèi)科心臟心臟婦產(chǎn)科婦產(chǎn)科兒科兒科血流測量血流測量1102.5102.5105152150.611110.0540080060080060080060080030表4-1 醫(yī)學(xué)超聲診斷儀的頻率和帶寬 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)

21、檢波、抑制與視頻放大檢波檢波、抑制與視頻放大檢波 檢波檢波：幅度檢波、相位檢波、頻率檢波：幅度檢波、相位檢波、頻率檢波抑制電路抑制電路：抑制干擾信號和雜波噪聲。：抑制干擾信號和雜波噪聲。視頻放大視頻放大：放大信號并進行微分處理，突出信號前后沿。：放大信號并進行微分處理，突出信號前后沿。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)信號探測信號探測信號預(yù)放大信號預(yù)放大時間增益補償時間增益補償信號壓縮信號壓縮解卷，邊緣探測解卷，邊緣探測剔除低閾值信號剔除低閾值信號處理后信號處理后信號接受器接受器呈指數(shù)呈指數(shù)衰減衰減時間增益時間增益補償前補償前時間增時間增益補償益補償放大放大時

22、間增益時間增益補償后補償后壓縮，接卷，壓縮，接卷，等處理后信等處理后信號號反射系數(shù)相等的一些聲阻抗邊界反射系數(shù)相等的一些聲阻抗邊界 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)三、動態(tài)范圍和線性范圍三、動態(tài)范圍和線性范圍1、動態(tài)范圍、動態(tài)范圍minmaxlg20iiDUUR 最小有用信息最小有用信息Uimin等于等于閾值電平閾值電平，或，或信號噪音電壓信號噪音電壓；最最大有用信息大有用信息Uimax 等于等于激勵換能器的發(fā)射脈沖電壓激勵換能器的發(fā)射脈沖電壓。通常。通常RD可以達到可以達到120dB。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 動態(tài)

23、范圍直接影響動態(tài)范圍直接影響探查深度探查深度，也影響到診斷儀的，也影響到診斷儀的分辨分辨率率，因為不同的增益有有不同的有效聲速寬度。因為不同的增益有有不同的有效聲速寬度。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)2、線性范圍、線性范圍 線性范圍：線性范圍：表示的是醫(yī)學(xué)超聲診斷儀中放大器進行線性放表示的是醫(yī)學(xué)超聲診斷儀中放大器進行線性放大的區(qū)域。增益大則線性范圍大；增益小則線性范圍大些。大的區(qū)域。增益大則線性范圍大；增益小則線性范圍大些。i0KUU或或minmaxlg20iiUUL 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 輸

24、入信號越小輸入信號越小則儀器的則儀器的動態(tài)范動態(tài)范圍愈大圍愈大，反之則反之，反之則反之，但此時但此時最小最小靈敏度靈敏度受到受到影響影響，其影響因素有：，其影響因素有： 換能器的靈敏度影響；換能器的靈敏度影響； 信號噪聲的影響。信號噪聲的影響。 輸入信號越大輸入信號越大則儀器的則儀器的動態(tài)范圍愈小動態(tài)范圍愈小，但最大輸入信但最大輸入信號收到放大倍數(shù)與輸出級輸出能力限制。號收到放大倍數(shù)與輸出級輸出能力限制。 綜上：綜上：在設(shè)計時在設(shè)計時要綜合考慮要綜合考慮輸入最小信輸入最小信號號與與靈敏度靈敏度關(guān)系關(guān)系；輸入最大信號輸入最大信號與與放大倍數(shù)及放大倍數(shù)及輸出級輸出能力輸出級輸出能力的的關(guān)系關(guān)系，才

25、能得到，才能得到最佳最佳的的動態(tài)動態(tài)范圍范圍。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)四、增益和深度補償四、增益和深度補償 采取增益放大措施的原因采取增益放大措施的原因：外部大邊界反射損耗：外部大邊界反射損耗遠遠大于大于內(nèi)部小邊界反射損耗；超聲波在組織中傳播內(nèi)部小邊界反射損耗；超聲波在組織中傳播有損耗有損耗；深部組織回聲比淺表組織回聲小。深部組織回聲比淺表組織回聲小。故考慮在不同深度上的故考慮在不同深度上的組織所引起的衰減對成像的影響。組織所引起的衰減對成像的影響。 深度補償技術(shù)深度補償技術(shù)：超聲波在組織內(nèi)呈：超聲波在組織內(nèi)呈指數(shù)規(guī)律衰減指數(shù)規(guī)律衰減，故需使得近距離

26、回聲信號小增益放大，而遠距離回聲信號故需使得近距離回聲信號小增益放大，而遠距離回聲信號大增益放大，最終使得不同距離的回波具有近似相同的電大增益放大，最終使得不同距離的回波具有近似相同的電平幅值，且都能在顯示器上清楚地顯示，這種技術(shù)叫平幅值，且都能在顯示器上清楚地顯示，這種技術(shù)叫深度深度補償技術(shù)補償技術(shù)，即，即時間補償增益時間補償增益TGC放大技術(shù)（是一種非線性放大技術(shù)（是一種非線性放大技術(shù)）。放大技術(shù)）。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 時間補償增益的時間補償增益的上升速率上升速率稱為稱為掃描增益速率掃描增益速率SGR，要，要首先知道超聲波在該組織中的衰減系

27、數(shù)之后才能確定。同時首先知道超聲波在該組織中的衰減系數(shù)之后才能確定。同時要考慮時間補償增益的范圍，確定補償數(shù)值。要考慮時間補償增益的范圍，確定補償數(shù)值。)(3 . 111MHzcmNSSGR頻率頻率探測深度探測深度 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)理想的時間補償增益函數(shù)理想的時間補償增益函數(shù)（下圖）（下圖） 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)五五 、近區(qū)特性、近區(qū)特性 放大器阻塞效應(yīng)放大器阻塞效應(yīng)：阻容式級間耦合電路在大信號之后出：阻容式級間耦合電路在大信號之后出現(xiàn)放大器停止工作或不靈敏的狀況，使得近區(qū)來的信號檢測現(xiàn)放大器停止工

28、作或不靈敏的狀況，使得近區(qū)來的信號檢測或不能準確檢測不能。或不能準確檢測不能。（原因一）（原因一） 阻塞時間阻塞時間 ：近區(qū)信號不能檢測或不能準確檢測的持：近區(qū)信號不能檢測或不能準確檢測的持續(xù)時間稱為續(xù)時間稱為阻塞時間阻塞時間 。0goiUURCln0柵極輸入級截至偏壓柵極輸入級截至偏壓減小減小阻塞時間阻塞時間辦法：辦法：增大電容增大電容或直接耦合或直接耦合(雙調(diào)諧放大雙調(diào)諧放大)或降低或降低電路增益。電路增益。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 放大器阻塞效應(yīng)放大器阻塞效應(yīng)：晶體管放大器在大信號之后本身載流：晶體管放大器在大信號之后本身載流子存儲時間的存在，

29、導(dǎo)致阻塞時間進一步增大子存儲時間的存在，導(dǎo)致阻塞時間進一步增大（原因一）（原因一） 解決辦法解決辦法：采用相應(yīng)保護電路。如下圖：采用相應(yīng)保護電路。如下圖圖圖4-14 雙向限幅保護電路雙向限幅保護電路 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)六、同步控制要求六、同步控制要求 脈沖回聲類超聲診斷儀中各種功能電路的協(xié)同動作脈沖回聲類超聲診斷儀中各種功能電路的協(xié)同動作由同步信號加以控制。由同步信號加以控制。 三類同步信號電路：三類同步信號電路： 比率發(fā)生器：產(chǎn)生觸發(fā)脈沖來控制系統(tǒng)的比率發(fā)生器：產(chǎn)生觸發(fā)脈沖來控制系統(tǒng)的重復(fù)頻重復(fù)頻率率。 延時發(fā)生器：例如利用相當于超聲脈沖固定長

30、度的延時發(fā)生器：例如利用相當于超聲脈沖固定長度的時間間隔來時間間隔來延遲觸發(fā)延遲觸發(fā)脈沖脈沖和和產(chǎn)生選通脈沖產(chǎn)生選通脈沖。 時標發(fā)生器：把被測信號的變化過程以亮、暗段劃時標發(fā)生器：把被測信號的變化過程以亮、暗段劃分方式顯示在屏幕上。分方式顯示在屏幕上。 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 幾種在同步電路設(shè)計中用到的幾種在同步電路設(shè)計中用到的信號選通開關(guān)電路信號選通開關(guān)電路 超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮超聲脈沖回聲系統(tǒng)的總體考慮醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)七、醫(yī)學(xué)超聲儀器的分辨率七、醫(yī)學(xué)超聲儀器的分辨率 1縱向分辨力縱向分辨力 定義：超聲傳播方向上兩界面回波不重疊時的最小距離。定

31、義：超聲傳播方向上兩界面回波不重疊時的最小距離。 常用縱向可分辨兩界面間最小距離常用縱向可分辨兩界面間最小距離 R衡量衡量eacRr21一、空間分辨力一、空間分辨力脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 縱向分辨率用以縱向分辨率用以區(qū)分區(qū)分在超聲束軸線上兩物體的能力（返在超聲束軸線上兩物體的能力（返回回波沒有重疊）。回回波沒有重疊）。 兩個邊界的所需最小分辨距離須兩個邊界的所需最小分辨距離須小于小于空間脈沖長度空間脈沖長度 SPL，典型的縱向分辨率為，典型的縱向分辨率為0.5 mm。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 高頻減少高頻減少SPL, 提高縱向分辨率，但是散射也增加了；提高縱向分辨率，但是散射也增加了；

32、軸向分辨率隨深度保持不變。軸向分辨率隨深度保持不變。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 提高縱向分辨力的途徑：提高縱向分辨力的途徑： ( 又稱為又稱為最小探測深度最小探測深度) 盲區(qū)盲區(qū)：最小探測深度以內(nèi)的距離：最小探測深度以內(nèi)的距離 縮短盲區(qū)的方法：縮短盲區(qū)的方法： 缺點：降低了超聲能量。缺點：降低了超聲能量。 彌補方法：提高超聲發(fā)射頻率。彌補方法：提高超聲發(fā)射頻率。 不利因素：當頻率上升時，衰減增大，導(dǎo)致穿透距離下不利因素：當頻率上升時，衰減增大，導(dǎo)致穿透距離下降。降。 eRe ecR21醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)軸向分辨率受系統(tǒng)增益影響很大！軸向分辨率受系統(tǒng)增益影響很大！5 . 12 . 16 . 1aermmRs5

33、. 20 . 27 . 2aermmRs36 . 25 . 3aermmRs顯示器顯示器無顯示無顯示結(jié)論：結(jié)論： 增益增益A AeRar醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)2橫向分辨力橫向分辨力 定義：指與超聲束相垂直的平面上定義：指與超聲束相垂直的平面上, 超聲波能分辨兩超聲波能分辨兩個小物點距離的能力。個小物點距離的能力。 ewwr超聲波有效束寬超聲波有效束寬 D時，兩物點形成一個時，兩物點形成一個反射波反射波不能不能分辨；分辨；ew 兩物點間距離時，兩物點兩物點間距離時，兩物點形成兩個反射波形成兩個反射波能能分辨。分辨。ew =D時，兩物點時，兩物點剛好能剛好能辨；辨；ew醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué) 理論證明理論證明 園形晶片產(chǎn)生的超聲束園形晶片產(chǎn)生的超聲束 式中，式中，x ：兩物點到晶片表面距離；：兩物點到晶片表面距離；：晶片半徑：晶片半徑 公式意義：隨距離公式意義：隨距離 X 增大，增大， We增大，橫向分辨力降低增大，橫向分辨力降低 axwe 2.1