醫(yī)學超聲信息顯示方法

1、關于醫(yī)學超聲信息顯示方法第一張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 超聲診斷以超聲波為信息載波。目前，超聲診斷的全自動化尚未實現(xiàn)，也就是說，超聲診斷設備并不直接給出診斷結論。實際作法是將超聲波探測得到的信息以某種方式顯示出來，由醫(yī)生觀察，作出診斷。3.4 幾種超聲信息顯示方法3.4.1 A型顯示 A型超聲診斷技術是一種最早出現(xiàn)而且是一維的超聲診斷技術，它只是將聲束位置上的組織按距離分布的超聲信息在顯示屏上以幅度(Amplitude)調制的形式顯示出來。所以就把它稱為A型。第二張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.1 A型顯示 A型顯示是一維顯示。它只用一個換能器(單探頭，聚焦式

2、或非聚焦式)發(fā)射一束脈沖波至體內，并接收散射(或反射)回來的聲波，轉換為電壓信號，在示波管屏幕上顯示。A型顯示以橫軸（x軸）表示超聲波傳播的時間，亦即散射源或反射界面與體表的距離，縱軸表示散射或反射信號的幅度大小。由于A型顯示結構簡單，使用方便，適用性比較廣，目前，超聲波探傷儀多采用這種顯示方式。A型顯示的掃描電路是采用時間掃描，即通過時間掃描把隨時間變化的電壓按時間關系展開在熒光屏的水平偏轉板上，光點隨時間變化移動形成一條直線，稱為掃描線。第三張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.1 A型顯示 由于探測到的回波距離與時間成線性關系，因此從掃描起始點開始到某一缺陷的回波的到達時刻，

3、就代表了缺陷回波的距離。 縱坐標：幅度 橫坐標：時間 為了顯示較大的動態(tài)范圍，A型顯示的幅度可采用對數(shù)表示。 第四張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.1 A型顯示 A型顯示可以進行病變和內臟器官的定位和估計大小。但A型顯示無法給出對缺陷或臟器的幾何形狀做出判斷。采用二維顯示可以給出幾何形信息。 圖 A型顯示 第五張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2 M型顯示 M型顯示是運動器官或界面的一種動態(tài)顯示方法。與A型一樣，用一換能器發(fā)射一束脈沖聲波進入體內，但其接收到的散射(或反射)回波信號被用來調制熒光屏上光點的亮度?？v坐標代表與回波信號相應點到體表的距離，橫坐標則表示

4、不同時刻。這種顯示方式適用于觀察運動器官的工作情況。由M型顯示得到的位移曲線，對時間微分可以得到速度曲線和加速度曲線，利用這套曲線，比較容易判斷某些運動器官（如心臟）的疾病。 第六張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2 M型顯示 M型超聲診斷設備就是按照這一原理制造的。由于M超聲診斷設備的一些特點，目前M型超聲診斷設備幾乎專用來對心臟的各種疾病進行診斷。如對心血管各部分大小的測量、厚度的測量、瓣膜運動情況的測量等。同時，在輸入其它生理信號后，還可以進行比較研究，如研究心臟各部分運動和心電圖、心音圖的關系，研究心臟的搏動與脈搏之間的關系等。所以通常將M型超聲診斷儀稱為超聲心動圖儀。

5、常用頻率為27MHz。第七張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2 M型顯示 M型超聲診斷儀，除了可用來對人體心臟進行檢查外，還可用來研究體內其它各運動界面的活動情況，如對胎兒胎心的檢查以及對一些動脈血管的搏動情況的檢查等。利用M型超聲診斷儀還可以做一些簡單的人體斷層圖，雖然圖像有些畸變，但由于簡單，也可解決一部分問題。 第八張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 當超聲波聲源與反射或散射目標之間存在相對運動時，接收到的回波信號將產生多普勒頻移，它的符號及幅值大小與相對運動速度幅值和方向有關。在醫(yī)用超聲多普勒技術中，超聲波發(fā)射和接收換能器固定，由人體內運動目標（如運動中的血細胞

6、和運動界面等）產生多普勒頻移，由此可確定運動速度方向及其在體內的分布。通過測量多普勒頻移，按式 3.4.3 多普勒血流顯示 可以估算運動物體的運動速度。第九張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 血液中有大量的紅血球存在，由紅血球的散射回聲信號的多普勒頻移，可以測量紅血球的運動速度，繼而得到血流速度。由于在聲束照射范圍或取樣范圍內有許多紅血球，而它們各自的運動速度是不相等的。為表示出所有這些特征，在示波管屏幕上，以縱坐標代表血流速度的大小，而光點亮度代表具有相應速度的紅血球的幾率或百分比，而橫坐標則為時間軸，這種圖形稱為多普勒血流速度分布圖。它顯示出血流速度分布幾率隨時間的變化。如圖所示3

7、.4.3 多普勒血流顯示第十張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.3 多普勒血流顯示典型的多普勒血流速度分布圖第十一張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.3 多普勒血流顯示 多普勒血流圖的另一顯示方法是用縱坐標表示探測范圍內的血流平均速度，橫坐標為時間，因而它所表示的是血流平均速度隨時間的變化曲線，稱為多普勒血流圖，如圖所示。 典型的冠狀動脈多普勒血流圖 第十二張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.4 二維圖像顯示 二維圖像顯示是目前超聲診斷中常用的顯示方法，包括B（brightness）顯示方式和C顯示方式和F顯示，它所顯示的圖像與體內某一斷層相對應，光點

8、的亮度對應于該位置回聲信號的強度。多數(shù)超聲診斷儀的二維圖像是通過B型掃描方式獲得。B掃描顯示的是與聲束方向平行的斷層圖像，縱坐標表示離體表的距離，橫坐標對應橫向位置。除B掃描外，各種成像方法得到的某斷層的圖像信號均可用二維圖像顯示，所顯示的斷面取決于成像方法。例如，C掃描的圖像顯示的是與聲束垂直的斷面，F(xiàn)型掃描顯示的是任一曲面的圖像，等等。 第十三張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.5 三維圖像顯示 由于熒光屏本身是平面顯示器，真正的三維顯示是難以實現(xiàn)的。所謂的三維圖像顯示通常是指按照立體投影原理，在一個平面上獲得有立體感的三維物體的圖像顯示。為此，首先要得到物體在一個空間內的三

9、維圖像信息，或者得到若干個相鄰斷層內的二維圖像信息，然后按照投影原理，組成一個有立體感的圖像。三維圖像顯示的目的在于使圖像更加直觀，便于作出診斷。 第十四張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.6 定量圖像顯示 定量圖像顯示也分為二維和三維圖像顯示，它與通常講的圖像之間的區(qū)別在于，這種圖像的光點亮度(或灰階)與介質的某一聲學參量的大小相對應。例如，聲衰減系數(shù)定量圖像中每一個光點的亮度與該位置的聲衰減系數(shù)大小相應，這個圖像表示的是聲衰減系數(shù)的定量分布。除聲衰減系數(shù)定量圖像外，還有聲速定量圖像，背向散射系數(shù)定量圖像，非線性參量定量圖像等。 第十五張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

10、3.4.7 彩色編碼顯示 上述的圖像顯示方法均為黑白灰階顯示。由于人眼對灰階的分辨能力遠不如對不同顏色的分辨能力，且對于有不同背景亮度的同樣的灰階信號，人眼的判斷會有不同，而對在不同顏色背景下的同一顏色，人眼卻可以給出客觀評價。鑒于這種情況，彩色顯示對圖像細節(jié)的鑒別會有好處。彩色編碼顯示就是指將圖像信號的強弱人為地譯成不同的顏色來顯示，這樣所得到的圖像的顏色是偽彩色，它由信號的強弱和彩色編碼方式來決定，而與物體本身的顏色無關。 第十六張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.8 直方圖顯示 直方圖顯示是一種統(tǒng)計顯示方法，它所表示的是在一定區(qū)域內，對應于不同信號強度的像素的百分比。其橫坐

11、標表示信號強度，縱坐標表示像素百分比(或幾率)如圖所示。 直方圖主要表示的是介質的均勻程度，圖上線條越集中，表明介質越均勻。 第十七張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 超聲成象亦稱為聲成像，或者更嚴格地說是指在超聲頻段的聲成像。聲成像最近以來發(fā)展較快，尤其是用于醫(yī)學診斷已經成為一種必不可少的手段。聲成像的原理是用聲波獲得物體可見圖像，由于聲波可以穿透不透光的物體，故可以利用聲波獲得物體內部結構聲學特性的信息，聲成像就是把這些從物體內部獲得的信息加以處理，變成人眼可見的圖像，即可以獲得不透光物體內部聲學特性分布的圖像。第十八張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3

12、.5 超聲成像方法 聲成像技術的研究可追溯到1920年，在此后一段時間內，由于技術上的原因，研究進展較慢。到了60年代末期，由于電子技術、計算機技術及信號處理技術的飛速發(fā)展，聲成像技術的研究恢復了生機，到70年代已形成了幾種較成熟的方法，大量商品化成像設備上市，在醫(yī)學診斷中得到了極其廣泛的應用，在工業(yè)材料的超聲檢測也得到了應用。 第十九張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 常規(guī)聲成像是光學透鏡成像方法引伸而來的。但光學成像物體必須是透明的，聲成像對所有介質而言都是“透明”的。用聲源“照明”物體，物體的散射聲信號(包括反射，背向散射或透射聲信號)經聚焦后，在像平面上形成

13、物體的像。聲像的實質是與物體聲學特性相應的聲強分布，把這些聲強分布記錄下來，轉換成光學分布或電信號分布(其可方便地轉換成熒光屏上的亮度分布)，即可獲得可見圖像。 第二十張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 常規(guī)的聲成像圖像分辨率取決于單個透鏡的分辨率。如圖所示，設透鏡孔徑為D，把位于A點的點狀物成像于A，設點狀物A距透鏡的距離為Z，由于透鏡的孔徑有限，所獲得的像并非一個像點A，而是一個擴展了的像。第二十一張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法其擴展分布函數(shù)為 式中， 為波長， 為偏離Z軸的距離，D為透鏡孔徑， 為透鏡的點擴展函數(shù)。 這種常規(guī)成像

14、系統(tǒng)對單點的3dB分辨率為 第二十二張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 透鏡的孔徑越大，分辨率越高，超聲波頻率越高，分辨率也越高，并且還和原物體距離透鏡的距離有關。 常規(guī)聲成像方法(包括常規(guī)聲全息方法)是早期形成的聲成像方法，靈敏度，信噪比都較低，不易采用信號處理技術，改進圖像質量的潛力不大，實際很少使用。 第二十三張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 掃描聲成像是通過掃描從不同位置“照明”物體和接收含有物體信息的聲信號，經過相應的適當處理，獲得物體聲像，并在熒光屏上顯示以獲得可見圖像。 掃描聲成像方法的狀況與常規(guī)聲成像方法大不相同，近十余

15、年來，這類成像方法發(fā)展極為迅速，花樣品種繁多，有些方法已定型大量生產，并獲得了廣泛的應用(如B型圖像儀)，有些方法還處在研究和小規(guī)模試驗階段(如超聲CT)；第二十四張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 超聲成像方法 有些方法的接收聲信號與欲顯示的物體聲像直接對應，采用信號處理的目的在于提高圖像的分辨率、顯示動態(tài)范圍、信噪比及加強有用信息的顯示等(如B型、C型及F型圖像儀等)，有些方法的接收信號需經過頻譜分析才能轉換成相應的圖像（如超聲多普勒成像），另有些方法的接收信號則需經過復雜的計算機重建(也可用硬件實現(xiàn))才能得到所需的圖像(如超聲CT、合成孔徑成像、三維圖像、掃描聲全息等)。

16、第二十五張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描） B型掃描成像可分為B型機械掃描成像和B型電子掃描成像。B型成像方式所得到的是與聲束傳播方向平行的物體斷面的圖像。B型機械掃描是用單一探頭掃描，如圖所示。 第二十六張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描） B型機械掃描成像的原理比較簡單，重點介紹B型機械掃描成像。B型電子掃描成像聲探頭是一個陣列探頭，由若干個陣元構成一組，分組發(fā)射和接收，或由電路控制各組的發(fā)射和接收，目前市場上提供的B型超聲診斷儀采用的掃描方式主要有線掃描和扇形掃描兩種。 第二十七張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022

17、年6月3.5.1 B型成像（B掃描）縱坐標：聲波的傳播時間橫坐標：探頭的水平位置 無論是機械掃描和電子掃描，聲束沿z方向傳播，沿x方向掃描，逐次照射物體的不同區(qū)域，并且接收聲束所達區(qū)域內物體的散射聲信號，將聲信號幅度調制熒光屏上相應位置的光點亮度，從而獲得聲束掃描斷面內與聲散射信號幅度對應的聲圖像。 第二十八張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描） 線掃描一般用切換掃描方式來實現(xiàn)，多個換能器組成線陣，控制使換能器分組發(fā)射和接收，如在 時刻讓1,2,3,4,5陣元工作，在 時刻讓2,3,4,5,6陣元工作，如此類推，實現(xiàn)線掃描，如圖所示。第二十九張，PPT共三十八

18、頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描） 扇掃描則用相控掃描，也就是通過調整個陣元激勵脈沖的時間延遲，改變各陣元發(fā)射聲波到達某一位置時的相位，從而控制聚焦點和聲束的方位的變化，如圖所示。 設在 時刻，各陣元的時延為聚焦點為 ，聲束方位角為 ；在 時刻，各陣元的時延調整為聚焦點變?yōu)?，聲束方位角為 ；如此類推，實現(xiàn)聲束的扇形掃描。 線掃描和扇形掃描的陣列都是沿著x軸布放的。由于掃描的聲束是平行的，相應的圖像比扇形掃描的要清晰，密度均勻。因此，在超聲診斷中，盡量用線掃描。第三十張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描）（信號處理） 對聲圖像進行后置處理后

19、再顯示，突出所關心的細節(jié)，更有利于觀察，可獲得更多的信息。 (1)深度補償 由于被成像物體的聲衰減特性，來自不同深度的散射信號強弱差別很大。為了獲得亮度較為均勻的圖像，需要根據(jù)被成像物體的聲衰減特性，對來自不同深度的散射信號給予不同程度的放大，稱為深度補償或時間補償。比如說對一塊材料探傷，如果位于不同深度的缺陷，它們的性質是一樣的（包括幾何尺寸，形狀等），它們在屏幕上的亮度應該是一樣的。第三十一張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描）（信號處理） 但缺陷的深淺不同對超聲波的反射強度也不同，因為聲波在傳播過程中會有衰減，這個衰減和聲波的傳播距離有關。在信號處理過程

20、中要對由于距離造成的衰減進行補償，對較深的缺陷的反射信號給予適當?shù)姆糯螅瑢^淺的缺陷回波給予適當?shù)膲嚎s，使得最后在屏幕上對缺陷的性質有一個直觀和正確的顯示。 目前市場上的超聲診斷儀的深度補償多數(shù)為可調的，使用者可以根據(jù)被檢查對象的聲衰減情況調節(jié)深度補償曲線，以便得到最佳的圖像顯示效果。 第三十二張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描）（信號處理） (2)對數(shù)顯示 由于被成像物體例如人體組織的復雜性，各處散射或反射信號的強弱差別很懸殊，可達120dB左右，為保證圖像顯示的動態(tài)范圍，B型成像儀廣泛采用對數(shù)放大。對數(shù)顯示屬于非線性處理，處理的結果是突出了小量，而對大量

21、進行了壓縮，比如放大1倍： 20log1=0dB放大100倍： 20log100=40dB放大1000倍：20log1000=60dB 對數(shù)放大使得所需要的進行顯示的量都在動態(tài)范圍內。這樣處理的結果是削弱了大量，使得強信號不那么明顯了，但它有利于弱信號的檢測。 第三十三張，PPT共三十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5.1 B型成像（B掃描）（信號處理） 之所以采用對數(shù)放大，和人類的聽覺和視覺對聲音和光的感覺規(guī)律是相符的。人耳對聲音的感覺不是線性的，而是呈對數(shù)關系。人眼對光的感覺也是對數(shù)關系。舉一個身邊的例子罷，比如在晚上對冰燈攝影，在人眼看來，作為背景的冰燈是很明亮的，但是如果用照相機機械攝影時，處了閃光燈能打著的地方在照片上比較清楚外，背景有可能是黑乎乎的，這時因為人眼對光的感覺是對數(shù)