超聲機(jī)器原理介紹（蒼松書屋）

1、超聲診斷儀1凌云書屋超聲診斷儀的主要參數(shù)(一)聲學(xué)系統(tǒng)參數(shù)：(1)聲輸出強(qiáng)度：總功率等；(2)超聲場的時頻特性：如波型、持續(xù)時間、脈沖重復(fù) 頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等；(3)聲場分布特性：如換能器類型、波束形狀、聚焦特 性、景深等。(二)圖象特性參數(shù):(1)分辨力；(2)位置記錄精度；(3)深度測量精度；(4)幀頻；(5)儲存器容量；(6)系統(tǒng)的帶寬等。(三)電氣特性參數(shù)：(1)靈敏度；(2)增益及TGC指標(biāo)；(3)系統(tǒng)的帶寬；(4)壓縮特性及動態(tài)范圍；(5)顯示器的動態(tài)范圍等。2凌云書屋一、分辨力 成像系統(tǒng)分辨空間尺寸的能力，即把兩點(diǎn)區(qū)分開來的能力。 1.橫向分辨力（也稱側(cè)向分辨力）

2、定義：垂直于聲束軸方向的分辨力。 相關(guān)因素：超聲波束直徑，顯示器光點(diǎn)尺寸。 設(shè)有兩個目標(biāo)(如圖): (a)波束直徑很細(xì)，容易區(qū)分。 (b)波束直徑加大，剛能區(qū)分， 此時目標(biāo)間距離就是系統(tǒng) 的分辨力。 (c)波束直徑更大，無法區(qū)分， 系統(tǒng)只能把它們當(dāng)作一個 目標(biāo)，只顯示一點(diǎn)。3凌云書屋 與波束直徑有關(guān)的因素.非聚焦方式：近場區(qū)，波束直徑約等于換能器直徑。 遠(yuǎn)場區(qū)，波束發(fā)散。波束直徑 d20r20.61r/a2.44cr/fD式中：r距離，f頻率，D=2a換能器直徑 故橫向分辨力與r、f、D有關(guān)。 .聚焦方式： 理論上焦點(diǎn)(r=F)處波束直徑 df 2.44F/D 2.44cF/fD 在焦距F內(nèi)，

3、聲束變細(xì)，并與F，f，D有關(guān)。 在焦距F外，聲束增粗，橫向分辨力比不聚焦更差。4凌云書屋2. 縱向分辨力（又稱軸向分辨力或距離分辨力） 定義：在聲束軸方向上的分辨力。 相關(guān)因素： 超聲頻率。理論極限是聲波的半波長。 主要取決于脈沖有效持續(xù)時間。脈沖越窄，越好。 脈沖有效持續(xù)時間相關(guān)因素： 發(fā)射電脈沖寬度 換能器阻尼 儀器的增益 發(fā)射超聲強(qiáng)弱 因通帶有限, 故脈沖前后沿不陡, 目標(biāo)反射強(qiáng)弱 信號大小不同, 即脈沖寬度不同。 目標(biāo)距離一般說來，縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力5凌云書屋二、作用距離（探測深度）(P)1定義：超聲診斷儀圖象能顯示的被測介質(zhì)最大深度。2相關(guān)因素：(1)工作頻率工作頻率作用距

4、離，但受分辨力限制。 I=I0e-2X , =f , f衰減趨緩。(2)接收靈敏度接收靈敏度作用距離，但受噪聲限制。(3)發(fā)射功率發(fā)射功率作用距離，但受安全性限制。3臨床要求： 腹部：P20cm，眼部：P10cm6凌云書屋三、工作頻率(f)1定義： 輻射出去的超聲波中心頻率。2與其它參數(shù)的關(guān)系： 橫向、縱向分辨力 f 探測深度例如： 眼科：深度小，結(jié)構(gòu)細(xì)，可用高f。如: f=10 MHz。腹部：深度大，臟器大，可用低f。如:f=3.5MHz。許多超聲儀，配備多個不同頻率的探頭，可供選用。矛盾， 酌情選取7凌云書屋四、幀頻(F)1定義：成像系統(tǒng)每秒鐘成像的幀數(shù)。2相關(guān)因素(直接成象法)：如圖，P

5、探測深度，c聲速， N掃查線數(shù), Fs掃查幀頻 直接成象時： FFs 一條掃線需時間（超聲P內(nèi)來回)： Tl2P/c 幀周期N條掃線所需時間： TNTl2NP/c FFs1/Tc/2NP 或者： PNFc/2 可見：P、N、F三者之積是常數(shù)，若要提高一個， 必須以減小其它兩個為代價。cPN線陣Fs8凌云書屋3幀頻與像質(zhì)的關(guān)系：4. 數(shù)值分析：因人體軟組織中聲速 c =1540 m/s如果：P=10cm , F=30Hz , 則 N=c/2FP=256.6線或者：N=500線 , P=20cm , 則 F=c/2NP=7.7Hz可見：難于同時取得滿意的數(shù)值。F (Hz)101024244848動

6、感靜態(tài)準(zhǔn)實(shí)時實(shí)時實(shí)時亮度閃爍閃爍閃爍不閃爍9凌云書屋五、脈沖重復(fù)頻率（Fc）1定義：每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)。2.與其它參數(shù)的關(guān)系： 最大探測距離Dmax ，和探測深度P DmaxcT/2c/2Fc 式中：T=1/Fc兩次發(fā)射間的時間 而： PDmax 故：FcDmaxP 幀頻F，或線密度dL Fc F, 或dL通常?。?Fc24KHz。矛盾， 酌情選取10凌云書屋六、動態(tài)范圍（LD）1. 定義：儀器的動態(tài)范圍： 儀器能不失真地處理的，輸入信號的變化范圍。 不失真信號既不被噪聲淹沒，也不飽和。信號的動態(tài)范圍： 有意義的信號的變化范圍。2. 表征： LDUmax/Umin 常表示為： LD

7、20lg(Umax/Umin) (dB)3超聲儀器的LD值：超聲回波信號有： LD100 dB顯象管亮度有： LD2030dB。11凌云書屋掃查方式 1. 掃查定義：為形成二維圖象，聲線與人體之間作的相對運(yùn)動。相對運(yùn)動聲線位置或方向按一定規(guī)律變化2. B型超聲儀按掃查方式分類：波束控制波 束 掃 查 方 式成像速度成像效果手動式低速靜態(tài)機(jī)械式線形、弧形、復(fù)合掃查低速靜態(tài)扇形、徑向、線形掃查高速實(shí)時電子式線形、扇形掃查高速實(shí)時12凌云書屋一、簡單掃查與復(fù)合掃查1. 簡單掃查定義：聲線在掃查區(qū)內(nèi)不相交。(1)線形掃查： 聲線：平移，排列均勻。 優(yōu)點(diǎn)：近、遠(yuǎn)區(qū)視野相同。 缺點(diǎn)：要求入射范圍大。 適用

8、：腹部探查。(2)扇形掃查： 聲線：擺動，呈扇形。 優(yōu)點(diǎn)：要求的入射窗小。 缺點(diǎn)：淺部視野小。 適用：通過肋間對心臟的探查。13凌云書屋 (3)凸面弧形陣（凸陣）掃查 聲線：弧形移并擺動，呈扇面形。 優(yōu)點(diǎn)：入射窗較小，而淺部視野尚可。 適用：腹部，也可探查心臟。(4)弧形掃查 聲線：弧形移并擺動，與凸陣掃相反。 優(yōu)點(diǎn)：近場視野寬。 缺點(diǎn)：要求的入射范圍大。 適用：乳腺、甲狀腺的顯象。(5)徑向掃查 聲線：呈360放射狀。 適用：介入式探頭。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)食道、直腸、陰道等探入人體， 靠近檢區(qū)，提高頻率，提高象質(zhì)。14凌云書屋線型、弧型、扇型、復(fù)合型15凌云書屋2.復(fù)合掃查 定義：多種簡單掃查組合，

9、聲線相交。 復(fù)合掃查比簡單掃查： .優(yōu)點(diǎn)： 聲線密、無陰影、象質(zhì)好、 斜邊界顯示清楚 、掃查均勻。 .缺點(diǎn)： 成像慢，非實(shí)時, 脈動結(jié)構(gòu)成像模糊。16凌云書屋二、直接接觸式與水路耦合式1.直接接觸式探頭與皮膚直接接觸，加聲耦合劑。特點(diǎn)：聲程短，穿透深度大。操作靈活。2.水路耦合式探頭與皮膚間用水或其它液體耦合。特點(diǎn)：(1)換能器大小不受限制?？捎么罂讖?、 強(qiáng)聚焦的換能器。(2)易實(shí)現(xiàn)簡單和復(fù)合掃查結(jié)合。(3)易實(shí)現(xiàn)自動化，獲得重復(fù)性好的圖象。(4)易對體表彎曲厲害，及不易直接耦合 的部位進(jìn)行掃查。17凌云書屋三、機(jī)械掃查與電子掃查1.機(jī)械掃查定義： 電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動換能晶片作機(jī)械運(yùn)動， 形

10、成不同方向或位置的聲線，實(shí)現(xiàn)掃查。配合技術(shù)： 位置檢測： 正弦電位器或旋轉(zhuǎn)變壓器，檢測晶片瞬時位 置，控制顯示掃描與探頭掃查同步。 液體聲耦合： 水或油，兼容晶片運(yùn)動和聲傳輸。 電器耦合： 旋轉(zhuǎn)變壓器，兼容晶片運(yùn)動和電子信號傳輸。18凌云書屋機(jī)械掃探頭實(shí)例如圖擺動式機(jī)械掃探頭壓電振子： 位于盛滿水的小盒中，通過 齒輪和連桿的傳動，可作30o角 擺動，作扇形掃查。位置電位器： 測定驅(qū)動軸的位置變化,從而 換算出壓電振子的角度變化。直流馬達(dá)： 是驅(qū)動力源。19凌云書屋機(jī)械扇形掃描方式單晶片往返擺動式重復(fù)精度差，造成幀與幀之間的扇形掃描線位置不能重迭。 機(jī)械振動大，噪聲大，易出故障。步進(jìn)馬達(dá)改善扇形

11、掃描線的非均勻性有好處，但還是克服不了其它缺陷。 20凌云書屋機(jī)械扇形掃描方式單晶片360o旋轉(zhuǎn)式扇形掃描角為90o，那將有270o的旋轉(zhuǎn)時間不能被利用于成像，而被浪費(fèi)，從而降低了掃描幀頻，不利于實(shí)時成像。 360o旋轉(zhuǎn)21凌云書屋機(jī)械扇形掃描方式多晶片360o旋轉(zhuǎn)式是先進(jìn)的機(jī)械扇形超聲診斷設(shè)備中選用的一種掃描方案。要求三個晶片的安裝位置及方向要極其精密。否則，最后合成的圖像是模糊的，不能提取準(zhǔn)確得診斷信息。 22凌云書屋機(jī)械扇形掃描方式體腔內(nèi)機(jī)械扇形掃描腔內(nèi)掃描比體表掃描能把換能器更接近被掃描的器官，從而可避免皮膚、脂肪、骨骼和肺等中間介質(zhì)對超聲波的較大衰減作用。并可用較高的超聲頻率（510

12、MHz），從而可獲得高的圖象分辨率。經(jīng)食道扇形掃描 經(jīng)陰道扇形掃描 機(jī)械徑向掃描方式向掃描的超聲換能器作360o旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，整個旋轉(zhuǎn)中，換能器作發(fā)射和接收工作，因而可獲得以換能器為中心的圓形切面圖像。 經(jīng)向掃描與扇形掃描在成像原理和掃描探頭結(jié)構(gòu)上是相似的，徑向掃描可以看作扇形成像角為360 o的扇形掃描的特殊情況。23凌云書屋2.電子掃查 概述： 定義： 換能器由排成一線的許多陣元組成，用電子方式控 制各陣元的工作順序或相位，以控制聲線的位置或方 向，實(shí)現(xiàn)掃查。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無機(jī)械運(yùn)動，無(低頻)振動，無磨損，壽命長。 體積小，重量輕。缺點(diǎn)：線路復(fù)雜，工藝難，成本高。 分類： 線形步距陣，簡稱

13、：線陣， 線形相控陣，簡稱：相控陣。24凌云書屋線陣 換能元：有幾十至幾百個換能陣元組成。 原理：電子開關(guān)切換，使各陣元按一定順序輪流工作， 從而形成一系列平行聲束，實(shí)現(xiàn)線形掃查。 結(jié)構(gòu)組成： 電子開關(guān)、 阻尼墊襯、 換能線陣、 匹配層、 聲透鏡、 外殼。25凌云書屋相控陣 換能元： 換能陣元數(shù)較少，長度約13cm。 原理： 所有陣元一起工作： 發(fā)射時： 各陣元的激勵信號相位按線性變化，使發(fā)射超聲 經(jīng)空間疊加后，合成超聲方向產(chǎn)生偏向。 接收時： 各陣元的接收信號相位經(jīng)同樣變化，使接收信號 經(jīng)電路疊加后，接收靈敏方向同樣偏向。 改變相位線性變化斜率，可改變掃查聲線方向， 從而形成扇形掃查。 相位

14、線性變化相鄰陣元信號，相位差相等26凌云書屋相控原理圖解分析 .圖解根據(jù)： 由疊加原理，超聲波在傳播過程中相遇時：相遇前后，波的特性（頻率、初相、振動方向、傳 播方向等）不變獨(dú)立性。相遇之處，質(zhì)點(diǎn)振動各波矢量合成疊加性。當(dāng)波同相位相遇時，疊加增強(qiáng)， 當(dāng)波異相位相遇時，疊加減弱。 .圖解約定： 陣元發(fā)射的超聲波均為球面波波面線為圓弧線。 所畫的波面線之間均為同相位交點(diǎn)處疊加增強(qiáng)。27凌云書屋.圖解例： 無偏向無聚焦發(fā)射： 各陣元發(fā)射信號無相位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域 同相位波面密集區(qū)域，不偏向，不收縮。28凌云書屋有偏向無聚焦發(fā)射：各陣元發(fā)射信號相位有線性變化，相鄰相差，疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域同相位波面密

15、集區(qū)域，有角偏向， 不收縮。29凌云書屋有偏向無聚焦接收： 各陣元接收信號相位經(jīng)線性變化，送疊加電路，電路對角方向平面回波有最強(qiáng)輸出同相位疊加。接收靈敏區(qū)域有角偏向，不收縮。30凌云書屋關(guān)系式：疊加聲波（接收回波）最強(qiáng)方向偏離軸線的夾角： uw=9c, uv=9d sin=uw/uv=c/d = sin-1(c/d) 或：=(d /c) sin式中：相鄰陣元激勵（接 收）信號相位差 d 相鄰陣元的中心距 c 聲速可見：不斷改變 ，可改變， 實(shí)現(xiàn)扇形掃查。1 2 3 4 5 6 7 8 9 duvw疊加聲波最強(qiáng)方向波陣面31凌云書屋四、實(shí)時成像與非實(shí)時成像按成像的速度來分類：1.實(shí)時（動態(tài)）成像

16、： F10Hz（閃爍）對于掃查運(yùn)動器官有重要意義。例如：檢查心臟、胎兒。 2.非實(shí)時（靜態(tài)）成像： F10Hz如：手動掃，機(jī)械掃（高線數(shù)、大視野象）。 可通過數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（DSC），轉(zhuǎn)換為TV制式，以消除閃爍。32凌云書屋五、反射型成像與透射型成像1. 反射型成像：利用超聲反射波成象。發(fā)射和接收超聲用同一換能器。如：脈沖回波法。2. 透射型成像：利用超聲透射波成象。發(fā)射和接收超聲用不同的換能器。類似于X射線成像。33凌云書屋 陣元：組成線陣的電器切換的基本單元，幾十至幾百個。 相鄰陣元中心距mm 陣元越多掃查線數(shù)越多圖像越好。振元：獨(dú)立振動的小晶體。幾個振元電氣連成一個陣元， 以減小旁瓣。多

17、陣元組合工作：發(fā)射和接收時，用相鄰的一組陣元同 時工作，工作孔徑相對較大。 超聲波束的聚焦、發(fā)射與控制 第一節(jié) 對線陣探頭實(shí)施多陣元組合工作的原因 34凌云書屋多陣元組合工作的意義：1.減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。 對于圓形換能器，其半擴(kuò)散角 0sin-1(0.61/a)sin-1(1.22/D) D0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。2.延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分辨力好。 對于圓形換能器，近場距離 r02/D2/4 D r0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。 當(dāng)然，D使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。35凌云書屋3提高發(fā)射功率和接收靈敏度。4便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦(以致動態(tài)聚焦)，改善

18、分辨力。5可增加掃查線，改善象質(zhì)。36凌云書屋 對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查方式。一、組合順序掃描 若4個陣元組合工作，次序?yàn)椋?14，25，36，47，超聲波束的掃描 37凌云書屋性能指標(biāo)：掃查線總數(shù)：Nn-m+1 N 掃查線總數(shù) n 陣元總數(shù) m每組工作的陣元數(shù)掃線間距： dd d掃線間距 d相鄰陣元中心距38凌云書屋二、組合間隔掃描1. d/2間隔掃描可得：N2(n-m+1）， dd/2掃線總數(shù)是組合順序掃描的2倍，象質(zhì)提高。39凌云書屋40凌云書屋2. d/4間隔掃描可得：N4(n-m+1）， dd/4掃線總數(shù)是組合順序掃描的4倍，象質(zhì)進(jìn)一步提高。41凌云書屋三、微角掃描如同

19、電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖象分為奇、偶兩場。 特點(diǎn)：掃線比普通掃描增加一倍。圖象有微小位置誤差。超聲探查，掃查聲線不平行，圖象顯示，掃描光柵平行。 但因是“微角”，這種誤差很小。42凌云書屋波束控制方法 切換并采用相控技術(shù)工作時： 奇數(shù)場聲線偏向， 偶數(shù)場聲線偏向。同時： 施加電子聚焦延時。波束：線掃微偏聚焦43凌云書屋 超聲聚焦：使超聲束在一定深度內(nèi)會聚，改善分辨力。分類： 聲學(xué)聚焦，電子聚焦。一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦）1. 聲透鏡聚焦 利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。 若：C1透鏡介質(zhì)聲速， C2被測介質(zhì)聲速，則： 當(dāng)C1C2時，凹形聲透鏡有會聚作用； 當(dāng)C1C2時，凸形聲透鏡有會聚

20、作用。 焦距F與曲率半徑R成正比，與C1/C2成反比。聲束的聚焦44凌云書屋示意圖如下：厚度：聲透鏡中心部位厚度取/2可有最大透射率；匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。45凌云書屋2. 聲反射鏡聚焦 用凹面的聲反射鏡，當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離適當(dāng)時，即具有聚焦作用。 利用了聲傳播的反射定律。3. 凹面振子聚焦 振子做成凹面，焦距F等于其曲率半徑R。 效果好，但工藝復(fù)雜。46凌云書屋二、電子聚焦 原理：用一組相鄰陣元組合工作：發(fā)射時： 各陣元的激勵信號相位按二次曲線變化，使發(fā)射超聲經(jīng)空間疊加后，合成超聲波束產(chǎn)生會聚。接收時： 各陣元的接收信號相位

21、按同樣形式變化，使接收信號經(jīng)電路疊加后，接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。 改變相位二次曲線變化曲率，可改變會聚焦距。 二次曲線常為圓弧線47凌云書屋電子聚焦原理圖解： 無偏向無聚焦發(fā)射： 各陣元發(fā)射信號無相位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域同相位波面密集區(qū)域，不偏向，不會聚。48凌云書屋無偏向有聚焦發(fā)射： 各陣元的激勵信號相位按二次曲線變化，疊加超聲最強(qiáng)區(qū)域同相位波面密集區(qū)域，在焦距內(nèi)逐漸會聚，在焦距外逐漸擴(kuò)散。不偏向。49凌云書屋無偏向有聚焦接收： 各陣元的接收信號經(jīng)延遲線，相位按二次曲線變化，使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位，疊加電路對之有最大輸出。接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。不偏向。50凌云書屋發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接

22、： 相同： 信號相位二次曲線變化延遲 不同：發(fā)射聚焦： 超聲空間疊加， 合成超聲聚焦。接收聚焦： 信號電路疊加， 靈敏范圍聚焦。51凌云書屋聚焦延遲線計算公式：i號陣元距焦點(diǎn)的聲程(距離)Si： 其中：i=1,2,陣元序號 線陣工作組的陣元數(shù) Lii號陣元距線陣組中心距 F焦距 d相鄰陣元中心距i號陣元所接延遲線的延時量i： 其中：c1540m/s 聲速1 2 3 4 5 6 7 8 9 FL1S1焦點(diǎn)dLiSi52凌云書屋數(shù)值例： 設(shè)：F35mm，d0.5mm，m8，則可求得：S1S835.043723mm 180nsS2S735.022314mm 2713.9nsS3S635.008034

23、mm 3623.17nsS4S535.000893mm 4527.81ns53凌云書屋四、動態(tài)電子聚焦 在掃查過程中動態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個探測深度內(nèi)波束都有良好的會聚。 1.等聲速動態(tài)電子聚焦定義：以超聲在人體中的平均探測速度，移動波束焦點(diǎn)。（實(shí)際上，只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。探測速度VD ：因接收時，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故： VDc/2770m/s0.77m/ms0.77mm/us 即應(yīng)以VD改變延遲線的延時分布曲率，即焦距。 需要用專用計算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。54凌云書屋2.分段動態(tài)電子聚焦 基本原理：將探測的深度劃分成n段。(通常：n24)。發(fā)射

24、：按近、中、遠(yuǎn)場順序，n個焦點(diǎn)，發(fā)射n次。接收：每次發(fā)射后接收。但只將本次發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫入存儲器。 經(jīng)n次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，獲得一行所有信息。55凌云書屋等效的波束 整個探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 焦點(diǎn)不多，延時變化少,速度慢,電路易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)： 一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時間長，使幀頻低。 需對存貯器以“慢入快出”方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。 56凌云書屋一、基本要求原因：陣元獲取信號10-30Vp-p，合成電路本身噪音30Vp-p，故需加前置放大器，以提高信噪比。路數(shù)：線陣B超，前置放大常為多路，各機(jī)型有所差異。EUB-240型B超有16路，EUB-40型B超

25、有24路?；疽螅号c探頭饋線匹配良好。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。否則：信號被反射入饋線，信號減弱。 多重反射，造成圖象重影。前置信號放大 57凌云書屋一、回波合成法1、直接合成法 方法：各陣元信號孔徑控制聚焦延遲相加合成。 優(yōu)點(diǎn)：可不對稱延遲，進(jìn)行微角掃查。 缺點(diǎn)：路數(shù)多，設(shè)備量大。 第三節(jié) 超聲回波信號的合成 58凌云書屋2、二步合成法方法：各陣元信號對稱合成孔徑控制聚焦延遲 相加合成。條件：具有對稱延遲特性（無偏向）。優(yōu)點(diǎn)：孔徑控制電路、聚焦電路減少一半。59凌云書屋三、可變孔徑電路 可變孔徑的提出及其實(shí)現(xiàn)方法接收靈敏范圍與孔徑的關(guān)系：根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結(jié)論。非聚焦：

26、近場：孔徑越小，靈敏范圍越小；遠(yuǎn)場：孔徑越大，靈敏范圍擴(kuò)散角越小。聚焦： 焦點(diǎn)處直徑： df2.44F/D D接收孔徑 即：為使df小，當(dāng)F增大時，D也應(yīng)增大。方法：近場用小孔徑，遠(yuǎn)場用大孔徑可變孔徑技術(shù)。意義：近場、遠(yuǎn)場靈敏范圍(波束)均較窄，橫向分辨力好。60凌云書屋四、接收相位調(diào)整電路（接收聚焦電路） 作用：對各陣元接收的回波信號進(jìn)行延遲調(diào)整（二次曲線變化），使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位疊加。 其實(shí)質(zhì)是換能器空間靈敏范圍的聚焦。 分段聚焦的類型：非實(shí)時分段動態(tài)聚焦： 多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。實(shí)時分段動態(tài)聚焦：一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。 實(shí)時分段動態(tài)

27、聚焦原理：簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點(diǎn)。61凌云書屋一、時間增益補(bǔ)償（TGC）電路 實(shí)現(xiàn)時間增益補(bǔ)償?shù)囊饬x及方法補(bǔ)償?shù)囊饬x： 由于超聲波隨傳播距離（時間）的衰減，使相同反射系數(shù)的界面近距離反射強(qiáng)，遠(yuǎn)距離反射弱，若不給予補(bǔ)償，則圖象將隨深度（時間）而逐漸變暗。 時間增益補(bǔ)償：控制放大器增益隨探測深度（時間）的增加而加大，以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰減。各種名稱：時間增益補(bǔ)償 (Time Gain CompensationTGC)深度增益補(bǔ)償 (Depth Gain CompensationDGC)靈敏度時間控制(Sensitivity Time ControlSTC)預(yù)處理電路 62凌云

28、書屋補(bǔ)償原理 聲傳播強(qiáng)度與時間(距離)的關(guān)系 II0e-2xI0e-2ct 時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。 聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等時間線性關(guān)系。 經(jīng)聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等處理，回波信號仍是： 時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。 可用時間正指數(shù)放大補(bǔ)償。63凌云書屋實(shí)際情況及措施 上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補(bǔ)償關(guān)系。.實(shí)際情況的復(fù)雜性：受超聲工作頻率的影響： f，f，頻率高，衰減快。多重界面反射的影響： 實(shí)際常有多重界面，回波穿過界面越多，強(qiáng)度越弱。 臨床診斷感興趣深度的不同： 臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者， 成像時關(guān)注深度往往有所不同。.對策： TGC控制波形指數(shù)波形(可變速率)修正波形操作者可調(diào)節(jié)：指

29、數(shù)波形速率，修正波形形狀根據(jù)實(shí)際情況，通過面板按鈕、電位器操作。64凌云書屋二動態(tài)濾波（Dynamic Filter：DF）電路 動態(tài)濾波的意義 原因： 超聲傳播時： I=I0e-2x, =f 所以：高頻快，低頻慢， 造成：探測距離信號f0(f0 頻譜中心頻率) 接收頻帶范圍固定的不利： 接收電路f0信號f0高頻損失分辨力 接收電路f0信號f0噪聲增加信噪比 動態(tài)濾波的過程和意義： 隨探測距離接收電路的f0， 近區(qū)：選通高頻，抑制低頻分辨力； 遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高頻信噪比。65凌云書屋三、對數(shù)放大器 1、對數(shù)放大的意義原因：回波信號動態(tài)范圍： LD100 dB 顯象亮度動態(tài)范圍： LD203

30、0dB 若直接顯示： 強(qiáng)信號圖象一片模糊 弱信號圖象星星點(diǎn)點(diǎn) 如同膠片曝光太過和曝光不足。 需要壓縮信號動態(tài)范圍： 100dB2030dB 同時，并不丟失亮度信息。 對數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒、丟失66凌云書屋對數(shù)放大器的特性輸入、輸出關(guān)系： uoK1lg(K2ui)K1lgK2+(K1/20)(20lgui) 其中：K1斜率， K2對數(shù)偏差。輸入、輸出關(guān)系曲線： 均勻座標(biāo)系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。 輸入對數(shù)座標(biāo)輸出均勻座標(biāo)系中：遞增直線。67凌云書屋2、對數(shù)放大和TGC放大的比較和關(guān)系(1)動態(tài)壓縮比較 TGC放大： 淺部信號(含Umax)增益?。篣OmaxA1Uimax ，A

31、1小 深部信號(含Umin)增益大：UOminA2Uimin ，A2大 UOmax/UOminA1Uimax/A2UiminUimax/Uimin 也有壓縮信號動態(tài)范圍的作用。 但中間信號并不按比例壓縮。 總動態(tài)范圍壓縮。 對數(shù)放大： 增益只與Ui有關(guān)，與時間無關(guān)。 信號全部按一定規(guī)律壓縮。 瞬時動態(tài)范圍和總動態(tài)范圍全面壓縮。68凌云書屋(2)位置安排的影響 先TGC放大，再對數(shù)放大 TGC放大壓縮信號動態(tài)范圍：100dB60dB 要求對數(shù)放大器：LDi60dB，電路可簡化。先對數(shù)放大，再TGC放大 要求對數(shù)放大器：LDi100dB。 輸入信號伴有隨傳播距離(時間)的指數(shù)衰減： II0e-2x I0e-2ct 經(jīng)線性聲-電變換和放大得： VV0e-2ct時間指數(shù)衰減 經(jīng)對數(shù)放大： UK1lg(K2V0e-2ct) K1lg(K2V0)-2K1ctlge時間線性衰