超聲基礎知識.ppt課件

1、 超聲原理2 /GE Presenter and Event /2022-3-23主要內容1.超聲診斷的物理基礎2.超聲成像原理3.超聲應用3 /GE Presenter and Event /2022-3-23第一部分超聲診斷的物理基礎4 /GE Presenter and Event /2022-3-23聲源、介質 聲源： 能發(fā)聲的物體稱聲源。 聲源振動后產生聲波。 在超聲成像中，探頭的晶片高頻振動時即產生超聲 介質 氣體，固定，液體是傳播聲音的介質 聲音必須在介質中傳播，不能在真空中傳播 超聲成像中，人體臟器，器官都是介質 介質的聲學特性，與成像的關系非常密切5 /GE Presente

2、r and Event /2022-3-23超聲波與頻譜圖可聽范圍：20-20000HZ超聲波：20 000HZ超聲成像范圍：2-20MHZ 1000HZ=1KHZ 1MHZ=106HZ6 /GE Presenter and Event /2022-3-23醫(yī)學超聲波的應用范圍 3.5-5MHZ應用于成人心臟及腹部成像 7-10MHZ應用于小器官成像，例如甲狀腺，血管 10-40MHZ應用于血管和皮膚成像7 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的傳播 超聲波的種類： 橫波：質點的運動方向垂直于傳播方向。在固體中波以橫波形式傳播 縱波：質點的運動方向平行于傳

3、播方向。在軟組織中波以縱波形式傳播。 在超聲診斷中，主要應用超聲縱波 聲速與介質有關 固定液體氣體空氣液體固體8 /GE Presenter and Event /2022-3-23聲波在軟組織中的速度在軟組織的平均速度是1540米/秒探測1cm深度目標所需時間為13us9 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的幾個重要物理量 波長( 一個超聲波周期所經歷的長度) 頻率f (每秒發(fā)射的超聲波的脈沖數量) C=*f f=1/T 振幅A (超聲信號的強度) 周期T (完成一個完整的波長所需的時間)TimeWavelengthAmplitudeFrequency

4、10 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲診斷的物理基礎（1）超聲波的回聲是反射式超聲成像的基礎 界面反射 超聲在均勻介質中沿直線傳播 不同介質界面，會發(fā)生反射與折射 鏡面反射及反射系數11 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲診斷的物理基礎（2）聲學特性阻抗差異大的界面反射特性 Z1Z2 （固體-氣體）將會發(fā)生近乎全部反射，即強力反射，例如甲狀腺（氣管黑色）；肺部很難成像；超聲耦合劑12 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲診斷的物理基礎（3）聲學特性阻抗差異小的界面反射特性如果Z1和

5、Z2相近，則反射很小。軟組織的特性阻抗非常相近例如：肝-腎界面只有6%的入射波能量反射會肝中，其余94%的能量透入界面送入腎13 /GE Presenter and Event /2022-3-23小結界面反射是超聲成像的基礎，只要有1的聲阻抗差異，就會產生反射，所以超生對軟組織的分辨力非常高。如果不發(fā)生反射？反射太強？14 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的散射散射：入射聲波遇到小界面時產生散射15 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的折射折射系數 由于超聲波在界面兩邊的聲速不同，其聲速之比決定折射程度 如果速

6、度相等，則不發(fā)生折射 偽像的產生折射 人體各種軟組織的聲速都是接近的16 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的聲場特性聲場分布由換能器發(fā)出超聲后，呈狹窄的圓柱形分布，其直徑與晶體大小接近，有明顯的方向性，稱為超聲束。主瓣和旁瓣 旁瓣會產生偽像克服旁瓣，增強主瓣 a-主瓣 b,c-旁瓣17 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲波的衰減特性 超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。 高頻衰減大，低頻衰減小（穿透力強） 引起衰減的因素 吸收 散射，折射等減弱18 /GE Presenter and Event

7、/2022-3-23超聲的多普勒效應多普勒公示：公式中，C，f0不變，v是變化的多普勒效應是血流成像的基礎！19 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲的分辨力分辨力的定義 指超聲檢查時，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點的最小距離的能力。軸向分辨力 聲束穿過介質中能被分辨為前后兩點的最小距離 與超聲波的頻率成正比 最大分辨力為/2側向分辨力或者橫向分辨力 與聲束相垂直的線或面上，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點的最小距離的能力。 與聲束的寬窄有關20 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲的穿透力 穿透力的增加，以分辨力的損失為代

8、價 頻率越高，分辨力越高，穿透力越小 頻率越低，穿透力越強，分辨力越低21 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲診斷的優(yōu)點 安全、無輻射。適用于胎兒診斷。 設備可移動，成本低。 實時成像 通過掃描角度變化，獲得更佳的圖像。 多普勒檢測血流量信息。22 /GE Presenter and Event /2022-3-23第二部分超聲成像原理23 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲的模式在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。回波振幅Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5

9、Line 6Line 7Line 81. A模式模式：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉的曲線圖。：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉的曲線圖。2. B模式模式：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點所組成的：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點所組成的直線構成。點的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二直線構成。點的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實時維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實時B模式。模式。探頭換能器監(jiān)視器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 24 /GE Presenter and Event /2022-3-233

10、. M模式：模式： M模式中的模式中的M表示運動，表示運動，M模式通過模式通過B模式圖象來顯示一個取樣線，然后在以時模式圖象來顯示一個取樣線，然后在以時 間為軸線的波形圖上表示其運動狀態(tài)。通常間為軸線的波形圖上表示其運動狀態(tài)。通常M模式用于檢測心臟及胎兒的心率。模式用于檢測心臟及胎兒的心率。TransducerTransducerTransducerTransducerLine 45 t1Line 45 t2Line 45 t3Line 45 t4t 1 2 3 4 5 6 7.4. D模式（多普勒模式）（后面詳述）模式（多普勒模式）（后面詳述）25 /GE Presenter and Eve

11、nt /2022-3-23圖像的形成所有的超聲儀器使用同樣的超聲信號的基本成分進行發(fā)射,并形成圖像. 探頭 脈沖發(fā)射器/接收器 中央處理器 數字掃描轉換器 顯示及存貯26 /GE Presenter and Event /2022-3-23圖像的形成(cont.)Sound beamTransducerPulser/receiverSystem CPUDigital ScanConverterMonitorRecordingDevicesVCR / PrinterLaser Camera27 /GE Presenter and Event /2022-3-23探頭用于超聲的探頭也稱為換能器，是

12、用來產生和檢測超聲波的部件，即換能器。既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設備最重要的部分。 結構： 詳見右圖所示。 其中：壓電陶瓷發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡軸向 聚焦；背襯材料防止產生超聲波反向振動； 壓電效應：是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英) 在受到外界壓力后，在其受壓端面產生電壓；在其 端面施加交變電信號時，其端面會產生機械振動， 發(fā)出聲波。 工作原理： 主機通過電纜在基元上施加電信號，使基元振動，發(fā)出超聲波，超聲波經物體反射作用在基元上，使基元兩端產生電信號，通過電纜傳送至主機處理、顯示。 聲透鏡壓電陶瓷(基元)背襯材料襯套電纜物物體體發(fā)射反射28 /GE Presenter and E

13、vent /2022-3-23探頭的種類相控陣探頭：3S曲陣探頭：3.5C，4C線陣探頭：10L腔內探頭：經食道探頭面陣探頭：M7C29 /GE Presenter and Event /2022-3-23超聲掃描方式超聲設備在醫(yī)學臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式：電子掃描方式 探頭的許多基元通過電子控制產生掃描波束并且通過延時線對波束進行聚焦。 電子掃描方式電子掃描方式機械掃描方式機械掃描方式 特殊方式特殊方式線陣線陣機械扇掃機械扇掃斜向掃描斜向掃描凸陣（含微型凸陣）凸陣（含微型凸陣）徑向掃描徑向掃描梯形掃描梯形掃描相控陣相控陣擴大掃描擴大掃描向量掃描向量掃描線陣：用于小器官、血

14、管及術中。線陣：用于小器官、血管及術中。特點： 孔徑大 近場視野寬 旁瓣影響小凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于 基元是彎曲的。用于腹部和婦產科?；菑澢摹Ｓ糜诟共亢蛬D產科。特點： 近、遠場視野寬30 /GE Presenter and Event /2022-3-233. 機械掃描方式機械掃描方式機械掃描是通過單個或多個基元機械運動（擺動）機械掃描是通過單個或多個基元機械運動（擺動）來產生超聲波束的。來產生超聲波束的。機械扇掃：是超聲波束通過基元機械運動來回機械扇掃：是超聲波束通過基元機械運動來回 擺動進行掃描的。擺動進行掃描的。特點：制作成本低；掃

15、描角度大。特點：制作成本低；掃描角度大。 噪音大；幀頻低；壽命短。噪音大；幀頻低；壽命短?；嗫仃嚕合嗫仃嚕?相控陣方式是通過連續(xù)變換延時線來得到產生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。相控陣方式是通過連續(xù)變換延時線來得到產生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。延時線掃描超聲波束相控陣探頭 通過延時線聚焦31 /GE Presenter and Event /2022-3-23 延時線路延時線路脈沖發(fā)射脈沖發(fā)射/接收接收 處理處理濾波器、對數放大濾波器、對數放大器、時間增益控制器、時間增益控制 D S C數字掃描轉換器數字掃描轉換器監(jiān)視器監(jiān)視器記錄設備記錄設備錄像機 打印機 彩色打印機圖象檔案管

16、理圖象檔案管理 存儲存儲硬盤、磁光盤硬盤、磁光盤主機主機探頭探頭超聲系統(tǒng)32 /GE Presenter and Event /2022-3-23通過窄孔徑，在近場聚焦中場通過寬孔徑，在遠場聚焦對每一深度聚焦動態(tài)接收聚焦動態(tài)接收聚焦透鏡焦點聚焦 發(fā)散1. 聚焦聚焦 許多超聲設備都有調整聚焦的功能，對感興趣的許多超聲設備都有調整聚焦的功能，對感興趣的區(qū)域進行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清晰。區(qū)域進行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清晰。超聲系統(tǒng)的幾種聚焦方式：超聲系統(tǒng)的幾種聚焦方式：只在發(fā)射端聚焦（接收端：自動聚焦）：保持較高的幀頻發(fā)射和接收端聚焦：可使圖象質量更好，但是幀頻很低常用的聚

17、焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)聚焦常用的聚焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)聚焦(CDF）名詞解釋33 /GE Presenter and Event /2022-3-232. 寬頻及變頻寬頻及變頻5MHz5MHz傳統(tǒng)探頭寬頻帶探頭頻帶寬度主機帶寬探頭帶寬遠場近場5MHz10MHz3. 幀頻幀頻幀頻是指單位時間內幀頻是指單位時間內獲得圖象的幀數。獲得圖象的幀數。高幀頻可以捕捉細小高幀頻可以捕捉細小的信息。的信息。移動的物體低幀頻高幀頻寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。變頻是一種新技術：改變同一個探頭的變頻是一種新技術：改變同一個探頭的頻率。若目標區(qū)域在

18、近場，可以選用高頻率。若目標區(qū)域在近場，可以選用高頻率；若目標區(qū)域在遠場，可以切換到頻率；若目標區(qū)域在遠場，可以切換到低頻率。低頻率。34 /GE Presenter and Event /2022-3-234. 數字化數字化數字化的標志是數字化處理裝置。數字化的標志是數字化處理裝置。前端數字化全數字化前端數字化全數字化后端數字化部分數字化后端數字化部分數字化 數字化處理 A/D放大、處理顯示放大、濾波 數字化處理 A/D目標目標數字化延時數字化延時數字化疊加數字化疊加數字波束形成器數字波束形成器探頭探頭處理處理顯示顯示35 /GE Presenter and Event /2022-3-23

19、5. 分辨率分辨率 分辨率是指對兩個靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。分辨率是指對兩個靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。軸向（縱向）分辨率軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個點目標的最小距離。兩個點目標的最小距離。軸向分辨率由超聲波束的波長所決定。軸向分辨率由超聲波束的波長所決定。一般來說，軸向分辨率為波長的一般來說，軸向分辨率為波長的2到到4倍倍?分辨率分辨率幾何分辨率幾何分辨率灰度分辨率灰度分辨率軸向分辨率軸向分辨率側向分辨率側向分辨率 軸向分辨率高低 側向分辨率高低側向（橫向）分辨率：側向（橫向）分辨率：是指對垂直于超聲波束軸方向上

20、可是指對垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分的兩個點目標的最小距離。區(qū)分的兩個點目標的最小距離。側向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。側向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況?；叶龋▽Ρ榷龋┓直媛剩夯叶龋▽Ρ榷龋┓直媛剩菏侵笇蓚€相似密度的物體的是指對兩個相似密度的物體的 識別能力。識別能力?；叶确直媛蕩缀畏直媛势胶馄胶?6 /GE Presenter and Event /2022-3-23 多普勒技多普勒技術術在超聲在超聲診診斷中非常有價斷中非常有價值值。主要用于。主要用于檢測檢測心心臟臟、血管內血液的流向，、血管內血液的流向，流速及流量。流速及流量。主要包括以下三種：主要包括以下三

21、種：- 脈沖多普勒脈沖多普勒(PW)- 高脈沖重復高脈沖重復頻頻率多普勒率多普勒(HPRF) - 連續(xù)連續(xù)波多普勒波多普勒 (CW). - 單連續(xù)單連續(xù)波多普勒波多普勒 - 可控可控連續(xù)連續(xù)波多普勒波多普勒TXMRCVRCV如果接收體向著振如果接收體向著振動動源運源運動動，則則接收接收到的到的頻頻率將高于率將高于發(fā)發(fā)射射頻頻率。率。 如果接收體背著振如果接收體背著振動動源運源運動動，則則接收接收到的到的頻頻率將低于率將低于發(fā)發(fā)射射頻頻率。率。TXM1. 多普勒效應：多普勒效應：振動源和接收體有相對運動時振動源和接收體有相對運動時,所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射 的聲頻率的聲頻率,其差別與相對運動的速度有關其差別與相對運動的速度有關,這就是多普勒效應。這就是多普勒效應。多普勒37 /GE Presenter and Event /2022-3-232. 多普勒效應