工學(xué)超聲設(shè)備基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1工學(xué)超聲設(shè)備工學(xué)超聲設(shè)備(shbi)基礎(chǔ)基礎(chǔ)第一頁，共65頁。典型超聲設(shè)備(shbi)的成像原理 A型超聲 M型超聲 B型超聲 D型超聲 C型超聲 F型超聲 P型超聲 第1頁/共64頁第二頁，共65頁。 壓電效應(yīng)(y din xio yng) 正壓電效應(yīng)(y din xio yng) 逆壓電效應(yīng)(y din xio yng) 壓電晶體的頻率特性第2頁/共64頁第三頁，共65頁。探頭結(jié)構(gòu)(jigu) 單振元探頭 壓電晶體 墊襯吸聲塊 匹配層和保護(hù)層第3頁/共64頁第四頁，共65頁。探頭(tn tu)結(jié)構(gòu) 機(jī)械扇掃探頭 依靠機(jī)械傳動(dòng)方式帶動(dòng)壓電晶體往復(fù)搖擺或連續(xù)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)(shxin)扇形

2、掃描 缺點(diǎn)(qudin) 電子線陣探頭 電子凸陣探頭 相控陣探頭 第4頁/共64頁第五頁，共65頁。醫(yī)用超聲設(shè)備(shbi)的主要參數(shù) 分辨力 超聲工作頻率和脈沖重復(fù)(chngf)頻率 幀頻(zhn pn) 灰階 動(dòng)態(tài)范圍第5頁/共64頁第六頁，共65頁。第四章 現(xiàn)代常用(chn yn)超聲成像技術(shù)第6頁/共64頁第七頁，共65頁。第一節(jié)第一節(jié)B B型超聲成像型超聲成像第7頁/共64頁第八頁，共65頁。一、機(jī)械扇形掃描一、機(jī)械扇形掃描B B超儀超儀 超聲波束以扇形方式掃查，可以不受透聲窗口超聲波束以扇形方式掃查，可以不受透聲窗口窄小的限制而保持較大的探查范圍。窄小的限制而保持較大的探查范圍。

3、產(chǎn)生高速機(jī)械扇形掃描，通常采用的方法有兩種產(chǎn)生高速機(jī)械扇形掃描，通常采用的方法有兩種：單振元擺動(dòng)：單振元擺動(dòng)(bidng)(bidng)法；風(fēng)車式多振元（法；風(fēng)車式多振元（三個(gè)或四個(gè)晶體換能器）旋轉(zhuǎn)法。三個(gè)或四個(gè)晶體換能器）旋轉(zhuǎn)法。 第8頁/共64頁第九頁，共65頁。擺動(dòng)式扇掃B超儀 擺動(dòng)式扇掃B超儀探頭利用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過凸輪、曲柄、連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往返擺動(dòng)，從而帶動(dòng)單個(gè)晶體換能器在一定角度(jiod)(3090之間)范圍內(nèi)產(chǎn)生扇形超聲掃描。 第9頁/共64頁第十頁，共65頁。第10頁/共64頁第十一頁，共65頁。 旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀 采用4個(gè)（或3個(gè)）性能相同的換能

4、器，等角度安放在一個(gè)(y )圓形轉(zhuǎn)輪上，馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，每個(gè)換能器靠近收/發(fā)窗口時(shí)開始發(fā)射和接收超聲波,各換能器交替工作。第11頁/共64頁第十二頁，共65頁。二、高速二、高速(o s)(o s)電子線形掃描電子線形掃描B B超儀超儀 將多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體成一線排列稱將多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體成一線排列稱作線陣，用電子開關(guān)切換接入發(fā)射作線陣，用電子開關(guān)切換接入發(fā)射/ /接收電路的接收電路的晶體，使之分時(shí)組合輪流工作，如果這種組合晶體，使之分時(shí)組合輪流工作，如果這種組合是從探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進(jìn)行的，每次僅是從探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進(jìn)行的，每次僅有接入電路的那一組被激勵(lì)，產(chǎn)生合

5、成超聲波有接入電路的那一組被激勵(lì)，產(chǎn)生合成超聲波束發(fā)射并接收，即可實(shí)現(xiàn)電子控制下的超聲波束發(fā)射并接收，即可實(shí)現(xiàn)電子控制下的超聲波束線性掃描束線性掃描 第12頁/共64頁第十三頁，共65頁。第13頁/共64頁第十四頁，共65頁。1多振元組合發(fā)射(fsh)的意義單振元輻射面積小，波束發(fā)散角大，指向性差; 多振元組合發(fā)射(fsh)： 增加近場、增大面積、提高分辨率、靈敏度;第14頁/共64頁第十五頁，共65頁。振元等效寬度b的加大，既使波束的近場區(qū)增加，也可以(ky)提高遠(yuǎn)場的分辨率、靈敏度。第15頁/共64頁第十六頁，共65頁。2. 超聲波束的掃描 組合(zh)順序掃描第16頁/共64頁第十七頁，

6、共65頁。組合(zh)間隔掃描第17頁/共64頁第十八頁，共65頁。3. 超聲波束的聚焦 增強(qiáng)波束的穿透力和回波強(qiáng)度(qingd); 分為聲學(xué)聚焦和電子聚焦; 聲學(xué)(shngxu)聚焦第18頁/共64頁第十九頁，共65頁。聲透鏡(tujng)中心部位的厚度應(yīng)為透鏡(tujng)中超聲波半波長的整數(shù)倍。第19頁/共64頁第二十頁，共65頁。電子(dinz)聚焦即對(duì)各振元采用延時(shí)激勵(lì)第20頁/共64頁第二十一頁，共65頁。動(dòng)態(tài)電子聚焦實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦也是電子聚焦的一種，不同之處是，多點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦的焦點(diǎn)不是固定的，而是通過改變發(fā)射激勵(lì)脈沖的相位延時(shí)量，使在波束同一軸線（Z）方向(fngxing)上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)

7、聚焦發(fā)射。第21頁/共64頁第二十二頁，共65頁。第22頁/共64頁第二十三頁，共65頁。第23頁/共64頁第二十四頁，共65頁。三、電子相控陣扇形掃描三、電子相控陣扇形掃描B B超儀超儀應(yīng)用相控技術(shù)，對(duì)施加于線陣探頭的所有晶體振應(yīng)用相控技術(shù)，對(duì)施加于線陣探頭的所有晶體振元的激勵(lì)脈沖進(jìn)行相控制，亦可以實(shí)現(xiàn)合成元的激勵(lì)脈沖進(jìn)行相控制，亦可以實(shí)現(xiàn)合成(hchng)(hchng)波束的扇形掃描，用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)波波束的扇形掃描，用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)波束掃描的束掃描的B B型超聲波診斷儀稱為電子相控陣扇型超聲波診斷儀稱為電子相控陣扇型掃描型掃描B B超儀。超儀。 第24頁/共64頁第二十五頁，共65頁。1.相控陣

8、掃描原理 對(duì)成線陣排列的多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體振元同時(shí)給予電激勵(lì)，可以產(chǎn)生合成波束(bsh)發(fā)射,且合成波束(bsh)的方向與振元排列平面的法線方向一致。 第25頁/共64頁第二十六頁，共65頁。 對(duì)線陣排列的各振元不同時(shí)給予電激勵(lì)，而是使施加到各振元的激勵(lì)脈沖有一個(gè)等值的時(shí)間差，合成波束的波前平面與振元排列平面之間，將有一相位差 ，合成波束的方向與振元排列平面的法線(f xin)方向就有一相位差。通過控制激勵(lì)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)波束方向變化的掃描方式，叫做相控陣掃描。第26頁/共64頁第二十七頁，共65頁。2.儀器組成與工作原理 偏向角參數(shù)發(fā)生器用于在半個(gè)幀頻周期內(nèi)，等時(shí)差地產(chǎn)生若干個(gè)不同周期的

9、序列(xli)脈沖 ，相位控制器用來把偏向角參數(shù)轉(zhuǎn)換成相控陣的觸發(fā)信號(hào)。 觸發(fā)信號(hào)控制各路脈沖激勵(lì)器，產(chǎn)生激勵(lì)脈沖分別加于探頭各壓電振元，各振元產(chǎn)生超聲波發(fā)射。第27頁/共64頁第二十八頁，共65頁。第28頁/共64頁第二十九頁，共65頁。 發(fā)射間歇時(shí)，各振元的回波信號(hào)，通過接收延時(shí)電路合成為一路送往接收放大電路處理后進(jìn)行調(diào)輝顯示。接收延時(shí)電路包含了聚焦(jjio)延時(shí)和方向延時(shí)，因?yàn)榘l(fā)射時(shí)各路激勵(lì)脈沖接受了方向延時(shí)和聚焦(jjio)延時(shí)，必須給予相應(yīng)的時(shí)間補(bǔ)償，才能保證在接收放大電路同相合成。第29頁/共64頁第三十頁，共65頁。3.相控陣扇掃與機(jī)械扇掃2種方式的比較 機(jī)械扇掃B型超聲波診斷

10、儀，具有較好的柱狀聲束，容易獲得較高的靈敏度與影像分辨力，波束控制電路簡單，成本低。缺點(diǎn)是機(jī)械式探頭制作要求嚴(yán)格、工作噪聲強(qiáng)、重量較大，探頭壽命短。振元不能直接與被檢者貼近，受肋骨的影響略大。相控陣扇掃B超儀，沒有機(jī)械噪音，探頭壽命長，重量輕。缺點(diǎn)是波束副瓣大，干擾嚴(yán)重(ynzhng)，分瓣力受影響;探頭晶陣切割精細(xì)，整機(jī)線路復(fù)雜，成本高。相控陣扇掃方式已占據(jù)主導(dǎo)地位。 第30頁/共64頁第三十一頁，共65頁。第31頁/共64頁第三十二頁，共65頁。第32頁/共64頁第三十三頁，共65頁。第33頁/共64頁第三十四頁，共65頁。四、B超儀的常用性能指標(biāo) 1.技術(shù)參數(shù) 分辨力 超聲工作頻率和脈沖

11、(michng)重復(fù)頻率 幀頻 灰階 動(dòng)態(tài)范圍第34頁/共64頁第三十五頁，共65頁。 2.使用參數(shù) 掃描方式和探頭規(guī)格 掃描方式指儀器所發(fā)射的超聲波束對(duì)被測對(duì)象進(jìn)行探測的方法(fngf)。 探頭規(guī)格有標(biāo)稱工作頻率、尺寸、形狀等參數(shù)，還有是否可配合穿刺等特殊要求。 第35頁/共64頁第三十六頁，共65頁。第36頁/共64頁第三十七頁，共65頁。 注釋和測量功能 注釋功能 某些是由儀器自行控制(kngzh)的，比如有關(guān)探頭頻率的顯示、影像處理值（校正值等）的自動(dòng)顯示，接收機(jī)總增益、近程增益和遠(yuǎn)程增益值的顯示等。 測量功能 指儀器對(duì)被探查臟器進(jìn)行定量分析所具有的各種測量功能。 第37頁/共64頁第

12、三十八頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束掃描(somio)方式 波束 合成波束 聲束 掃描(somio)線第38頁/共64頁第三十九頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束掃描(somio)方式 波束 合成波束 聲束 掃描(somio)線第39頁/共64頁第四十頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn) 波束(bsh)掃描方式 波束(bsh) 合成波束(bsh) 聲束 掃描線第40頁/共64頁第四十一頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束掃描方式(fngsh) 波束 合成波束 聲束 掃描線第41頁/共64頁第四十二頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束(bsh)掃描方式 波束(bsh) 合

13、成波束(bsh) 聲束 掃描線第42頁/共64頁第四十三頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束(bsh)掃描方式 波束(bsh) 合成波束(bsh) 聲束 掃描線第43頁/共64頁第四十四頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)波束掃描方式(fngsh) 波束 合成波束 聲束 掃描線第44頁/共64頁第四十五頁，共65頁。本節(jié)疑難(y nn)點(diǎn)相控陣掃描 對(duì)振元不同時(shí)給予電激勵(lì) 各振元的激勵(lì)脈沖(michng)有一個(gè)時(shí)間差 線性掃描 振元分組分時(shí)受激勵(lì) 每組振元同時(shí)受電激勵(lì)第45頁/共64頁第四十六頁，共65頁。第46頁/共64頁第四十七頁，共65頁。第47頁/共64頁第四十八頁，共65頁。波束

14、(bsh)的聚焦 聲學(xué)聚焦 電子聚焦第48頁/共64頁第四十九頁，共65頁。第49頁/共64頁第五十頁，共65頁。五、數(shù)字(shz)掃描變換器 DSC （ Digital Scan Converter） 數(shù)字掃描變換器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶有圖象存儲(chǔ)(cn ch)器的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電視的方法顯示清晰的動(dòng)態(tài)圖象，而且提供了強(qiáng)大的圖象處理功能，如圖象凍結(jié)、多幀存儲(chǔ)(cn ch)、測量計(jì)算、放大顯示等。第50頁/共64頁第五十一頁，共65頁。 A/D轉(zhuǎn)換(zhunhun) 圖象前處理：回波幅度深度校正 圖象存儲(chǔ)器: 圖象后處理：灰度修正 數(shù)據(jù)插補(bǔ) 偽彩色等 D/A轉(zhuǎn)換(zhunhun) 第51頁

15、/共64頁第五十二頁，共65頁。 A/D轉(zhuǎn)換：即超聲圖象數(shù)字化。根據(jù)采樣定理，為使輸出信號(hào)不失真，采樣頻率(pnl)至少為輸入信號(hào)最高有效頻率(pnl)的2倍。 逐次逼近式 雙積分式 并行式第52頁/共64頁第五十三頁，共65頁。 增益控制TGC( Time Gain Compensation) 對(duì)來自不同深度(shnd)(不同時(shí)間到達(dá))的回聲給予不同的增益補(bǔ)償，即使接收機(jī)的近場增益適當(dāng)小，遠(yuǎn)場增益適當(dāng)大，通常稱此種控制手段為時(shí)間增益。第53頁/共64頁第五十四頁，共65頁。 灰度修正： 一幅圖象所可能具有的等級(jí)差數(shù)叫灰階。 灰階級(jí)數(shù)越多，圖象層次(cngc)越豐富。 將實(shí)際所記錄的灰度與理想灰度之間 的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系預(yù)先存放在EPROM中。 負(fù)像顯示：強(qiáng)回聲區(qū)白電平，弱回聲區(qū)黑電平。 反之為正像 第54頁/共64頁第五十五頁，共65頁。第55頁/共64頁第五十六頁，共65頁。 數(shù)據(jù)插補(bǔ)：未經(jīng)插補(bǔ)而直接顯示的圖象，掃描(somio)線之間有較大的間隙。 一維線性插補(bǔ)：相鄰掃描(somio)行中間插入一行或兩行。 二維線性插補(bǔ)：原圖象相鄰四個(gè)像素點(diǎn)中間插入新像素點(diǎn)。 第56頁/共64頁第五十七頁，共65頁。 偽彩色處理(chl) 亮度、色調(diào)和飽和度 原理：利用人眼對(duì)彩色分辨力