超聲基礎09課件

1、超聲基礎目錄:1) 什么是超聲波?2) 超聲成像原理及基礎(B/M/CFM彩色/DOP多普勒)3) 超聲系統(tǒng)組成 什么是超聲波？什么是聲波?- 在媒介中縱向傳播的機械波。- 在媒介中周期變化的聲壓。聲壓時間/位置縱向波什么是超聲波什么是超聲波?頻率 & 波長 C / f :波長, C:速率, f:頻率傳播速率 1530m/s 水中, 344m/s 空氣中 (20C)頻率超過20kHz什么是超聲波0Hz 20Hz 20KHz1MHz 30MHz 400MHz 次聲波 可聽見聲音 超聲波 紅外線 耳朵無損探傷 圖像診斷 聲學顯微鏡 聲音頻譜超聲波頻率和波長: C / f什么是超聲波超聲原理逆壓電效

2、應正壓電效應超聲傳播繞射聲波在傳播過程中，如遇到直徑小于超聲半個波長的障礙時，其聲波會繞過障礙物而繼續(xù)傳播為繞射。散射如果界面的尺寸小于聲束的直徑，為小界面。入射超聲遇到小界面時，發(fā)生散射現象。反射當聲波從一種介質向另一種介質傳播時，如果兩者的聲阻抗不同，就會在其分界面上產生反射，使一部分能量返回第一種介質。折射另一部分能量，穿過界面進入第二種介質，繼續(xù)向前傳播，方向發(fā)生改變，稱折射。 超聲成像的原理 -組織之間的界面反射 Hello!Hello!反射吸收散射衰 減反射散射吸收B Mode（灰階模式）Ultrasound ImagingB 型 M - Mode (M型超聲)RVIVSLVPWD

3、iastoleSystoleUltrasound ImagingM型多普勒效應當聲源與聲接收器之間有相對運動時，接收器所接收到的聲波的頻率就會發(fā)生改變，這種物理現象為多普勒效應。這種頻率發(fā)生的改變叫頻移。fd =2v coscf0多普勒效應fdf0vc接收與發(fā)射頻率差移動速度聲束與運動方向夾角聲速發(fā)射頻率多普勒超聲類型頻譜多普勒脈沖多普勒(pw)、連線多普勒(cw)彩色多普勒CDFI、CPI（PDI）取樣容積PW的特點有一定的取樣容積距離選通反映取樣容積這一部分的血流狀態(tài)測高速血流時頻譜混疊現象脈沖多普勒(PW)脈沖多普勒:采用單個換能單元進行發(fā)射和接收脈沖波,發(fā)射和接收脈沖波期間有“間歇期”

4、優(yōu)點：具備距離選通能力缺點：不能測量高速血流連續(xù)波多普勒（CW）連續(xù)波多普勒：采用兩個換能單元，連續(xù)發(fā)射和接收超聲波。優(yōu)點：能夠測量高速血流缺點：顯示采樣區(qū)域內所有的頻移信 號，即不具備距離選通能力 彩色多普勒成像彩色編碼技術紅色：迎向探頭；藍色：背離探頭綠色：血流的湍流程度血流速度與彩色的亮度成正比在黑白的二維圖像上疊加彩色信息這幅圖象是用彩色來表示平均速率。通常情況下的超聲波束此區(qū)域為 紅色, 所以流向超聲波束的方向, 方向從左到右彩色多普勒成像 超聲成像原理此區(qū)域為 藍色, 所以背向超聲波束的方向, 方向從右到左CDFI的特點取樣框內的血流狀態(tài)各點的血流方向和速度反映血流性質：層流、湍流

5、高速血流或湍流時出現五彩鑲嵌CPI的特點取樣框內的血流分布能觀察低速血流無法判定血流方向和速度無法反映血流性質：層流、湍流3D腔內超聲心肌聲學造影（諧波）其它超聲技術超聲成像基礎頻率與分辨率較高的發(fā)射頻率產生較短的聲波，即波長短。高頻信號的回聲能產生較小的信號點和更高的結構分辨率，但其信號衰減快，故穿透力有限。低頻信號波長較長，其信號衰減慢，能穿透較深組織，但分辨率相對高頻率較差。低頻是必要的，但與高分辨率相矛盾。低頻高頻分辨率更好穿透力：更強 頻率越高，分辨率越高，穿透力越低； 頻率越低，分辨率越低，穿透力越高 分 辨 率空間分辨率軸向/側向分辨率對比分辨率時間分辨率分辨率的類型 軸向分辨率

6、沿聲波發(fā)射方向能被分辨出的兩點之間的最小距離 波長和脈沖長度影響軸向分辨率頻率與分辨率的關系 軸向分辨率 較高的頻率提供了較小的聲波間隔（波長），從而產生較高的分辨率但穿透力較弱2.25 MHz5.0 MHz分辨率的類型側向分辨率垂直于聲束發(fā)射方向上能分辨出的兩點之間的最小距離 聲束的寬度影響側向分辨率側向分辨率側向分辨率與掃描線的數量，探頭的晶片數量及探頭類型及形狀有關。側向分辨率側向分辨率取決于探頭的孔徑或探頭的透鏡的長度大小。就象帶有廣角鏡頭照像機能拍出好的照片一樣，寬孔徑的探頭對目標有更好的側向解析力.分辨率的類型 對比分辨率能分辨出不同聲波強度差別的能力 依賴于動態(tài)范圍,壓縮模式和質

7、子類型 分辨率類型 時間分辨率分辨快速運動時序的能力 由幀頻決定gGEMS-C DDP-1 Traning幀頻幀頻是指單位時間內獲得圖象的幀數。高幀頻可以捕捉細小的信息。移動的物體低幀頻高幀頻諧波成像改善和提高對比度增強橫向分辨率減少模糊/多次反射 ABC發(fā)射基波接收信號 包含基波和諧波信號產生二次諧波信號采用 “二次諧波” 信號為圖像提供更多的采樣信息成像基礎Rcv25410Harm.Step 2: 人體產生諧波FilterStep 3: 系統(tǒng)濾取原始信號2510ResultStep 4: 系統(tǒng)顯示窄帶諧波510窄帶寬帶Xmit25MHzStep1: 發(fā)射帶寬諧波處理成像基礎圖像調節(jié):TGC

8、隨著超聲穿透組織，信號逐漸衰減。時間增益補償可以對特定深度的信號進行放大，從而保證整個圖像有統(tǒng)一的增益設定。Attenuationwith depthTGCcompensation超聲系統(tǒng)組成gGEMS-C DDP-1 Traning六、超聲系統(tǒng) 延時線路脈沖發(fā)射/接收 處理濾波器、對數放大器、時間增益控制 D S C數字掃描轉換器監(jiān)視器記錄設備錄像機 打印機 彩色打印機圖象檔案管理 存儲硬盤、磁光盤主機探頭超聲診斷儀器的主要構成探頭主機探頭主機探頭基本材料 透鏡壓電晶體 ( 基元 )電纜壓電效應 聲波形成 和 回波接收超聲系統(tǒng)組成聲束形成器（探頭）聲束形成器是超聲的能量來源給探頭晶片指令發(fā)射

9、不同的聲波, 并且處理探頭接收到的聲波信號 是形成圖像的主要部件 Digital BroadbandBeamformerScanhead 探 頭探頭/ 換能器發(fā)射：電能轉換成聲能- 逆壓電效應接收：聲能轉換成電能- 正壓電效應探頭的基本組成壓電晶片吸聲背塊匹配層導線聲束形成器發(fā)射信號寬頻帶 接收信號 組織信息聲束聚焦 應用時間延遲 聲束偏轉應用時間延遲聲束形成器晶片時間延遲環(huán)路信號復合環(huán)路寬頻及變頻5MHz5MHz傳統(tǒng)探頭寬頻帶探頭頻帶寬度寬頻變頻有效地解決探頭分辨率與穿透力的矛盾主機帶寬探頭帶寬遠場近場5MHz10MHz寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。寬頻帶探頭是實現變頻的基礎。變頻是一種

10、新技術：改變同一個探頭的頻率。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，可以切換到低頻率。gGEMS-C DDP-1 Traning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)接收聚焦透鏡焦點聚焦 發(fā)散 聚焦 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。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焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)聚焦(CDF） 不同類型的探頭線陣探頭凸陣探頭相控陣探頭不同類型的探頭 相控陣探頭：(Phase probe)主要應用于心臟, 經顱檢查。要求穿透力要好。對等間隔排列的多個陣元施加脈沖時間不同疊加聲束的傳播方向按一定規(guī)律自動改變方向不同類型的探頭 凸陣探頭: (Curve probe)主要主要應用于腹部,婦產科檢查. 不同類型的探頭