超聲基礎(chǔ)知識課件(PPT 40頁)

1、超 聲 基 礎(chǔ) 知 識 2014年3月11日.第1頁，共40頁。一、聲波1. 概念：聲波是一種機(jī)械振動，可以通過介質(zhì)進(jìn)行傳播。 潛艇海洋0Hz 20Hz 20KHz1MHz 30MHz 400MHz 次聲波 可聽見聲音超聲 紅外線 耳朵無損探傷 圖像診斷 聲學(xué)顯微鏡2. 聲音頻譜.第2頁，共40頁。3. 超聲的特性 超聲的折射：超聲從甲介質(zhì)進(jìn)入乙介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏離。 超聲的反射：超聲在遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，傳播方向在一種介質(zhì)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 傳播速度： 超聲在水中的傳播速度1530米/秒 超聲在空氣中傳播速度344米/秒( 20C )三棱鏡折射鏡子反射聲波在軟組織中的傳播速度 聲波在軟組織中的

2、速度取決于所通過的介質(zhì)的密度及硬度.其在骨骼,血液,軟骨的的傳播速度各不相同.在軟組織的平均速度是1540米/秒. 這個(gè)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)用來計(jì)算聲能量所走過的距離。.第3頁，共40頁。 安全、無輻射。適用于胎兒診斷。 設(shè)備可移動，成本低。 實(shí)時(shí)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。4.超聲診斷的優(yōu)點(diǎn).第4頁，共40頁。二、超聲原理超聲頻率與波長： C / f超聲波波長；C超聲波聲速 f 超聲波頻率。波長：一個(gè)波的長度。頻率：單位時(shí)間內(nèi)的周數(shù)（重復(fù)次數(shù)） 探頭遠(yuǎn)近低頻高頻分辨率更好穿透力：更強(qiáng)3. 超聲波的衰減：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

3、大，低頻衰減?。ù┩噶?qiáng)）.第5頁，共40頁。三、超聲模式 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。超聲圖像有以下幾種模式：回波振幅Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 81. A模式：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉(zhuǎn)的曲線圖。2. B模式：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成的直線構(gòu)成。點(diǎn)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(shí)時(shí)B模式。探頭換能器監(jiān)視器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 .第6頁，共40頁。3. M模式： M模式中的M表示運(yùn)動，

4、M模式通過B模式圖象來顯示一個(gè)光標(biāo)，然后在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動狀態(tài)。通常M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）.第7頁，共40頁。四、探頭 用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來產(chǎn)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(shè)備最重要的部分。1. 結(jié)構(gòu)： 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(chǎn)生超聲波反向振

5、動； 2. 壓電效應(yīng)：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(chǎn)生電壓；在其 端面施加交變電信號時(shí)，其端面會產(chǎn)生機(jī)械振動， 發(fā)出聲波。3. 工作原理： 主機(jī)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(jīng)物體反射作用在基元上，使基元兩端產(chǎn)生電信號，通過電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。 聲透鏡壓電陶瓷(基元)背襯材料襯套電纜物體發(fā)射反射.第8頁，共40頁。五、超聲掃描方式1. 概述：超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。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(chǎn)科。特點(diǎn)： 近、遠(yuǎn)場視野寬線陣：用于小器官、血管及術(shù)中。特點(diǎn)： 孔徑大 近場視野

6、寬 旁瓣影響小2. 電子掃描方式 探頭的許多基元通過電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過延時(shí)線對波束進(jìn)行聚焦。線陣凸陣（含微型凸陣）相控陣.第9頁，共40頁。相控陣： 相控陣方式是通過連續(xù)變換延時(shí)線來得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。延時(shí)線掃描超聲波束相控陣探頭 通過延時(shí)線聚焦3、機(jī)械三維探頭： 馬達(dá)控制探頭基元偏轉(zhuǎn) （腹部、小器官、腔內(nèi)） 4、心臟三維探頭： .第10頁，共40頁。六、超聲系統(tǒng) 延時(shí)線路脈沖發(fā)射/接收 處理濾波器、對數(shù)放大器、時(shí)間增益控制 D S C數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器監(jiān)視器記錄設(shè)備錄像機(jī) 打印機(jī) 彩色打印機(jī)圖象檔案管理 存儲硬盤、磁光盤主機(jī)探頭.第11頁，共40頁。七、名詞解釋通

7、過窄孔徑，在近場聚焦中場通過寬孔徑，在遠(yuǎn)場聚焦對每一深度聚焦動態(tài)接收聚焦透鏡焦點(diǎn)聚焦 發(fā)散1. 聚焦 許多超聲設(shè)備都有調(diào)整聚焦的功能，對感興趣的區(qū)域進(jìn)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：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(zhì)量更好，但是幀頻很低常用的聚焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)聚焦(CDF）.第12頁，共40頁。3. 幀頻幀頻是指單位時(shí)間內(nèi)獲得圖象的幀數(shù)。高幀頻可以捕捉細(xì)小的信息。移動的物體低幀頻高幀頻2.寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。 寬頻帶探頭是實(shí)現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。變頻是一種新技術(shù)：改變同一個(gè)探頭的頻率。若目標(biāo)

8、區(qū)域在近場，可以選用高頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場，可以切換到低頻率。.第13頁，共40頁。4. 數(shù)字化數(shù)字化的標(biāo)志是數(shù)字化處理裝置。前端數(shù)字化全數(shù)字化后端數(shù)字化部分?jǐn)?shù)字化 數(shù)字化處理 A/D放大、處理顯示放大、濾波 數(shù)字化處理 A/D目標(biāo)數(shù)字化延時(shí)數(shù)字化疊加數(shù)字波束形成器探頭處理顯示.第14頁，共40頁。4. 分辨率 分辨率是指對兩個(gè)靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。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2到4倍。 軸向分辨率高低 側(cè)向分辨率高低側(cè)向（橫向）分辨率：是指對垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)

9、分的兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。側(cè)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┓直媛剩菏侵笇蓚€(gè)相似密度的物體的 識別能力?；叶确直媛蕩缀畏直媛势胶鈳缀畏直媛矢呋叶确直媛什?第15頁，共40頁。超聲偽像 聲像圖偽像（偽差，artifact）是指超聲顯示的斷層圖像與其相應(yīng)解剖斷面圖像之間存在的差異。這種差異表現(xiàn)為聲像圖中回聲信息特殊的增添、減少或失真。 偽像（偽差）在聲像圖中十分常見。理論上講幾乎任何聲像圖上都存在一定的偽像（偽差）。而且，任何先進(jìn)的現(xiàn)代超聲診斷儀均無例外，只是偽像在聲像圖上表現(xiàn)的形式和程度上有差別而已。 識別超聲偽像是很重要的。一方面，可以避免偽像可能引起的誤診和漏診；

10、另一方面，還可以利用某些特征的偽像幫助診斷，提高我們對于某些特殊病變成分或結(jié)構(gòu)的識別能力。我們不僅善于識別超聲偽像的種種表現(xiàn)，還有必要了解這些偽像產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)。.第16頁，共40頁。偽像偽像是真實(shí)解剖中的假像。有許多原因包括： 儀器所用功能不當(dāng)，儀器操作不當(dāng)， 探頭放置不當(dāng)， 解剖原因所致.第17頁，共40頁。Johann Christian Doppler1803-1853數(shù)學(xué)家現(xiàn)代天體物理學(xué)就是基于他1842年發(fā)現(xiàn)的著名的多普勒原理.八、多普勒（Doppler）.第18頁，共40頁。多普勒概念 運(yùn)動的物體與靜止的物體對觀察者來說聽起來不一樣.飛機(jī)不動,引擎的音調(diào)也不變.觀察者聽起來,引擎

11、的音調(diào)變高深莫測了.觀察者聽起來,引擎的音調(diào)變低了.第19頁，共40頁。多普勒原理 當(dāng)聲波遇到紅細(xì)胞時(shí)，回聲信號與聲波頻率相同但當(dāng)紅細(xì)胞運(yùn)動時(shí)，反射信號將是較低頻的信號。當(dāng)紅細(xì)胞向另一方向運(yùn)動時(shí)，反射信號將是較高頻的信號。你可以認(rèn)為由于紅細(xì)胞的運(yùn)動拉伸或壓縮了聲波，從而改變了它的頻率。多普勒儀器測量這種改變以便能確定其速度。.第20頁，共40頁。 多普勒技術(shù)在超聲診斷中非常有價(jià)值。主要用于檢測心臟、血管內(nèi)血液的流向，流速及流量。主要包括以下三種：- 脈沖多普勒(PW)- 高脈沖重復(fù)頻率多普勒(HPRF) - 連續(xù)波多普勒 (CW). TXMRCVRCV如果接收體向著振動源運(yùn)動，則接收到的頻率將

12、高于發(fā)射頻率。 如果接收體背著振動源運(yùn)動，則接收到的頻率將低于發(fā)射頻率。TXM1. 多普勒效應(yīng)：振動源和接收體有相對運(yùn)動時(shí),所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射 的聲頻率,其差別與相對運(yùn)動的速度有關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。.第21頁，共40頁。2. 多普勒效應(yīng)公式：2cos f。 C fV(cm/s)=V血流V (cm/s): 血流速度C (cm/s): 聲速(1530m/s) (度): 血流與超聲波束之間的夾角 f(Hz): 多普勒頻移 f 。(Hz): 超聲頻率超聲波束血管 角的調(diào)整：30 0.86633 0.839 3.2%cos 誤差變化70 0.34273 0.292 17.1%夾角的最佳

13、范圍：3060.第22頁，共40頁。脈沖多普勒模式 PW脈沖多普勒:探頭發(fā)射出一組超聲波之后，在一選擇性的時(shí)間后開始接受回聲信號，并利用其頻移信號成分組成灰階頻譜。關(guān)鍵詞取樣容積（SV）：三維立體的取樣體積，調(diào)節(jié)范圍在1-16mm優(yōu)點(diǎn)：定位準(zhǔn)確缺點(diǎn)：受脈沖重復(fù)頻率的限制，測量速度受限，小于3m/s。大于3m/s的速度出現(xiàn)頻率失真。脈沖重復(fù)頻率（PRF）：每秒發(fā)射脈沖群的次數(shù)（PRF=1/Td）.第23頁，共40頁。頻率失真：脈沖重復(fù)頻率（PRF）的1/2是尼奎斯特極限，如果多普勒頻移超過這個(gè)極限，脈沖多普勒所檢測出頻率改變就會出現(xiàn)大小和方向的偽差頻率失真.第24頁，共40頁。連續(xù)多普勒模式 C

14、W連續(xù)多普勒：探頭連續(xù)地發(fā)射和接收脈沖波。多普勒超聲束內(nèi)所有的回聲信號均被記錄下來。缺點(diǎn)：定位不準(zhǔn)確關(guān)鍵詞：高速血流 優(yōu)點(diǎn)： 可以測量高速血流，現(xiàn)在最高15m/s。 對于定量分析心血管系統(tǒng)中的狹窄、 返流和分流性病變，是一個(gè)非常重 要的優(yōu)點(diǎn).第25頁，共40頁。高脈沖重復(fù)頻率多普勒 HPRF 高脈沖重復(fù)頻率多普勒：介于脈沖多普勒和連續(xù)多普勒之間的一種技術(shù),是脈沖多普勒基礎(chǔ)上的改進(jìn).探頭在發(fā)射一組超聲脈沖波之后,不等取樣部位的回聲信號返回探頭又發(fā)射出新的超聲脈沖波,在一個(gè)選擇性的時(shí)間接受多個(gè)回聲信號，并利用其頻移信號成分組成灰階頻譜。特點(diǎn)：定位沒有PW準(zhǔn)確，測量速度比PW高測量速度沒有CW高，定

15、位比CW準(zhǔn)確.第26頁，共40頁。 彩色血流成像：將多普勒頻移信號,進(jìn)行彩色編碼疊加在二維聲像圖上，實(shí)時(shí)顯示彩色血流。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū)域內(nèi)血液流量的平均值。特點(diǎn)：1、紅藍(lán)兩種顏色代表血流方向。通常，紅色表示迎向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離向探頭血流方向。2、色調(diào)代表血流的速度的大小。流速越高，色調(diào)越高即色彩越亮；流速越低，色調(diào)越低即色彩越暗。 彩色多普勒 CFM缺點(diǎn)：當(dāng)頻移超過尼奎斯特極限時(shí)，頻率失真，出現(xiàn)彩色逆轉(zhuǎn)，紅藍(lán)倒置。尼奎斯特極限=脈沖重復(fù)頻率（PRF）的1/2.第27頁，共40頁。能量多普勒（PDI）能量多普勒：對多普勒信號的能量大小進(jìn)行彩色編碼，不受角度的限制，有效的觀察臟器的

16、灌注情況，提高對低速血流敏感性.第28頁，共40頁。解剖定性診斷.第29頁，共40頁。解剖定性診斷.第30頁，共40頁。.第31頁，共40頁。實(shí)時(shí)自動軌跡包絡(luò)測量g.第32頁，共40頁。Artery CFMAbdominal portal vesselsLiver腎臟血流圖.第33頁，共40頁。Fetal lung & liver CRIFetal Kidney with CRI腎臟Fetal aortic arch High harmonics主動脈弓Fetal aortic arch CFM 主動脈弓.第34頁，共40頁。Cord Doppler w/ measurementsCircle of Willis-大腦動脈Fetal carotids-頸動脈CFM Finger指端 能量圖.第35頁，共40頁。 我們追求什么? * 圖象的品質(zhì)-優(yōu)異的圖象質(zhì)量 * 提高診斷的功能-和臨床相結(jié)合的新技術(shù)功能 * 操作方便性-人體工程學(xué)設(shè)計(jì).第36頁，共40頁。承諾: 每年一個(gè)新突破 把突破性技術(shù)移植到系列平臺 給超聲用戶提供最先進(jìn)的產(chǎn)品定義: 解決臨床相關(guān)問題 表現(xiàn)在圖像質(zhì)量上 有廣泛的臨床應(yīng)用GE 超聲您的建議永遠(yuǎn)是我們突破的源動力.第37頁，共40頁。3. 多普勒波的含義多普勒波