第四章-醫(yī)用超聲診斷與治療儀器-課件

第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握超聲成像的基本原理；掌握超聲診斷儀的基本組成和構(gòu)造；掌握B超的工作原理的結(jié)構(gòu)組成；熟悉超聲診斷儀的種類；了解三維超聲成像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和臨床應(yīng)用第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器2第一節(jié)超聲波的物理特性3主要內(nèi)容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3、超聲波在人體內(nèi)傳播的參數(shù)4、超聲波的生物效應(yīng)（安全性）4一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據(jù)其性質(zhì)基本上分為兩大類：電磁波機(jī)械波電磁能量場(chǎng)的變化在空間的傳播過程無線電波、可見光和X線等，都是電磁波機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)的機(jī)械力（機(jī)械能量）作用在連續(xù)彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播過程聲波、水波和地震波等都是機(jī)械波51890年，一艘名叫“馬爾波羅號(hào)”帆船在從新西蘭駛往英國(guó)的途中，突然神秘地失蹤了。1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時(shí)，一場(chǎng)風(fēng)暴過后，全船海員莫明其妙地死光；上述慘案，引起了科學(xué)家們的普遍關(guān)注，其中不少人還對(duì)船員的遇難原因進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。1、歷史事件第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器62、關(guān)于次聲

infrasonicwave

經(jīng)過反復(fù)調(diào)查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”，是一種為人們所不很了解的次聲的聲波。

人體內(nèi)臟固有的振動(dòng)頻率和次聲頻率相近似（0.0001－20赫），倘若外來的次聲頻率與人體內(nèi)臟的振動(dòng)頻率相似或相同，就會(huì)引起人體內(nèi)臟的"共振"，從而使人產(chǎn)生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等等一系列癥狀。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器7在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz之間，則能使人產(chǎn)生聲音的感覺，這種波稱為聲波(soundwave)；若其頻率在10420Hz之間，則這種波稱為次聲波(infrasonicwave)；若其頻率在21045108Hz之間，則這種波稱為超聲波(supersonicwave)。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器8人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz～3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz～12000Hz。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流10理論上：頻率越高，波長(zhǎng)越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫(yī)學(xué)超聲200kHz至40MHz之間（常用在1MHz到10MHz，波長(zhǎng)在1.5mm至0.15mm）頻率范圍第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器11（1）頻率：聲源在一秒中內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，記作f。單位為Hz。（3）波長(zhǎng)：沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點(diǎn)間距離，記為λ，單位為m二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器12（4）超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質(zhì)中傳播的距離稱為聲速，記作c，單位為m/s。它的大小由媒質(zhì)的性質(zhì)所決定；與媒質(zhì)的密度和彈性模量有關(guān)。在人體軟組織中傳播的平均聲速為1540ｍ／s頻率f、波長(zhǎng)λ和聲速c三者之間的關(guān)系是:c=λf二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器13

超聲波在各種介質(zhì)中的傳播速度14P:介質(zhì)中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場(chǎng)某一點(diǎn)的單位時(shí)間內(nèi)，垂直于傳播方向上單位面積產(chǎn)生平均超聲能量簡(jiǎn)稱聲強(qiáng)(用I表)聲場(chǎng)中某一位置上的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比定義為聲阻抗（Z)二、超聲波的物理特性聲壓聲強(qiáng)聲阻抗

超聲波聲場(chǎng)的三個(gè)物理量第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器15超聲波在兩種介質(zhì)組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質(zhì)的聲阻抗密切相關(guān)聲阻抗是表征介質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)的重要物理量對(duì)于一定頻率的平面超聲聲波情況下，聲阻抗具有簡(jiǎn)單的表達(dá)式Z=ρc

C—為聲速。Ρ—為介質(zhì)密度媒質(zhì)越硬，C值越高，聲特性阻抗越大。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器16超聲診斷中常用的各種介質(zhì)的聲特性阻抗表17二、超聲波的物理特性由于這三類組織存在較大的阻抗差別，所以超聲成像診斷只能用于那些有液體和軟組織的區(qū)域第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器185、超聲波的束射（定向）性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴(kuò)散周圍均能聽到聲音超聲波頻率很高，方向性強(qiáng)二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器19第一介質(zhì)第二介質(zhì)入射波反射波透射波介質(zhì)分界面任何媒質(zhì)總有一個(gè)邊界，超聲波在非均勻性組織內(nèi)傳播或從一種組織傳播到另一種組織，由于兩種介質(zhì)聲阻抗不同（介質(zhì)的密度和聲速不同）形成聲學(xué)界面聲學(xué)界面6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器206、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器聲阻抗差越大，反射就越強(qiáng)，折射就越小。聲阻抗差越小，折射就越強(qiáng)，反射就越小。217、超聲波的衰減 ——超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象。二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器22超聲波的散射第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器23二、超聲波的物理特性第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器超聲波在人體組織中的衰減程度大小24第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒效應(yīng) ——由于波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率變化的現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。25第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)1、現(xiàn)象(1842年發(fā)現(xiàn))：當(dāng)汽車向你駛來時(shí)，感覺音調(diào)變高；當(dāng)汽車離你遠(yuǎn)去時(shí)，感覺音調(diào)變低。2、音調(diào)：由頻率決定，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低音調(diào)越低。注意：頻率由聲源決定，實(shí)際頻率并沒有變化。26第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒儀器上的換能器向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測(cè)出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法可以檢查心臟、血管、血液、瓣膜和胎心等的活動(dòng)。臨床上應(yīng)用多普勒效應(yīng):彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)27第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒?qǐng)D像28第二節(jié)超聲成像基本原理292.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結(jié)構(gòu)信息）。目前超聲診斷儀主要使用的是脈沖回波法原理；脈沖回波技術(shù)利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過檢測(cè)臟器界面的反射波，實(shí)現(xiàn)組織定位，并檢測(cè)其特性。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器302.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發(fā)射的瞬間，顯示器上光點(diǎn)垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過介質(zhì)1，光點(diǎn)在顯示器上形成水平掃描線。(c)當(dāng)超聲到達(dá)1、2介質(zhì)的分界面上，一部分能量經(jīng)界面反射，大部分能量通過界面繼續(xù)向前傳播；反射回聲到達(dá)探頭，換能器將回聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并成為顯示器垂直偏轉(zhuǎn)板的輸入信號(hào)，顯示器上顯示回聲信號(hào)脈沖；(d)由2、3介質(zhì)分界面反射的回聲到達(dá)探頭，在顯示器上顯示出相應(yīng)的脈沖。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器312.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發(fā)射與接收是由同一換能器完成的，根據(jù)發(fā)射脈沖和回波脈沖的時(shí)間間隔T，計(jì)算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：

式中，c為介質(zhì)中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計(jì)算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器32第三節(jié)醫(yī)用超聲診斷&治療儀器33四大影像診斷設(shè)備功能特點(diǎn)X線機(jī)X－CT磁共振同位素超聲成像

透視拍片

無創(chuàng)、無電離輻射斷層成像實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)形態(tài)、功能與定征設(shè)備價(jià)格便宜

結(jié)構(gòu)形態(tài)血流測(cè)量組織定征斷層結(jié)構(gòu)成像

設(shè)備簡(jiǎn)單電離輻射影像重疊

斷層攝影電離輻射非實(shí)時(shí)

斷層攝影設(shè)備昂貴非實(shí)時(shí)

斷層攝影分辨力低放射性藥物

斷層結(jié)構(gòu)代謝功能

代謝功能34

超聲診斷儀器向人體內(nèi)發(fā)射超聲能量，并接收人體組織反射和散射的回波信號(hào)，根據(jù)其所攜帶的有關(guān)人體信息，加以檢測(cè)、放大等處理，并顯示出來，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。超聲治療儀器向人體發(fā)射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產(chǎn)生的各種生物效應(yīng)，對(duì)有疾病的組織起到治療作用。

其它超聲霧化設(shè)備超聲清洗設(shè)備超聲細(xì)胞粉碎設(shè)備第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.1醫(yī)用超聲儀器的種類353.2超聲診斷儀器的基本構(gòu)成第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器36振蕩器：即同步觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的同步觸發(fā)脈沖，決定發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。發(fā)射器：受觸發(fā)后產(chǎn)生高壓電脈沖激勵(lì)超聲換能器。換能器：產(chǎn)生超聲脈沖，接收由目標(biāo)形成的回波脈沖信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入回波信息處理系統(tǒng)。回波信息處理系統(tǒng)：由射頻信號(hào)接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處理超聲回波信息。顯示器：顯示圖象信息。掃描發(fā)生器：在振蕩器產(chǎn)生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號(hào)給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩(wěn)定。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構(gòu)成37換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要工作原理是利用晶體的壓電效應(yīng)。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構(gòu)成接收超聲波發(fā)射超聲波38常見超聲探頭3940線陣換能器41凸陣式扇形換能器42相控陣扇形換能器43機(jī)械扇掃換能器44手術(shù)用超聲換能器45經(jīng)直腸超聲換能器46經(jīng)陰道超聲換能器473.3超聲診斷儀的顯示型式

超聲診斷儀器按超聲回波信號(hào)顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲（AmplitudeMode）

A型顯示即幅度顯示，以回波信號(hào)的幅度表示界面反射的強(qiáng)弱，是一種幅度調(diào)制型儀器。反射強(qiáng)，振幅高反射弱，振幅低

特點(diǎn)：只能反映聲線方向上局部組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已基本淘汰。回聲以波形顯示第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器回波強(qiáng)度探頭深度（時(shí)間）483.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（BrightnessMode）

在A型超聲診斷儀的工作基礎(chǔ)上，加上換能器的平面掃描，當(dāng)換能器的位置逐漸改變時(shí)（或采用多元換能器），使顯示器上每一條時(shí)基線方向也相應(yīng)地改變，則每條顯示線代表了產(chǎn)生回波的每一個(gè)界面的空間位置，從而構(gòu)成一幅二維圖象。是一種輝度調(diào)制儀器?；芈曇暂x度顯示第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器493.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度調(diào)制儀器，顯示器上每個(gè)光點(diǎn)的亮度表示回波信號(hào)的幅度。按掃描方式分類，B超已經(jīng)發(fā)展了四代，包括手動(dòng)直線掃描、機(jī)械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。

B超圖像由不同亮度的像素構(gòu)成，像素亮度由反射回聲的強(qiáng)弱所決定。黑色：沒有反射（體液、空氣）灰色：中等反射（組織）白色：反射較強(qiáng)（骨骼、軟組織）第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器503.3超聲診斷儀的顯示型式B超的臨床應(yīng)用范圍在婦產(chǎn)科中的探測(cè)人體內(nèi)部臟器的輪廓及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)表淺器官內(nèi)部組織探測(cè)線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對(duì)肝、膽、脾、腎、子宮的檢查；扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對(duì)心臟的檢查。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器5152533.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（ConstantdepthMode）C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調(diào)制的二維切面圖象

，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C型顯象平面與B型顯象平面是相互垂直的，改變C型掃查深度，便可獲得若干不同深度的C型切面圖象。

第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器543.3超聲診斷儀的顯示型式

C型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。如果使掃查面距探頭的深度發(fā)生變化，且掃查平面根據(jù)成像需要可設(shè)置為斜面、曲面，則構(gòu)成了F型超聲。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器553.3超聲診斷儀的顯示型式

由于探頭位置固定，心臟有規(guī)律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發(fā)生節(jié)律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動(dòng)圖。四、M型超聲（MotionMode）回聲以時(shí)間曲線顯示

M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點(diǎn)形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運(yùn)動(dòng)，垂直掃描線上的各點(diǎn)將發(fā)生位置上的變動(dòng)，定時(shí)地采樣這些回波并使之按時(shí)間先后逐行在屏上顯示出來。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器563.3超聲診斷儀的顯示型式M型超聲診斷儀基本原理結(jié)構(gòu)圖第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器573.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（MotionMode）

它可視為一種持殊的B型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對(duì)肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對(duì)尿道、膀胱的檢查。P型超聲示意圖

六、D型超聲（DopplerMode）超聲的多普勒效應(yīng)，顯示人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)器官的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器583.3超聲診斷儀的顯示型式七、彩色多普勒血流成像系統(tǒng)（彩超）彩色多普勒血流成像系統(tǒng)（通常稱為彩超）是一種能同時(shí)顯示B型圖像和多普勒血流數(shù)據(jù)（血流方向、流速、流速分布）的雙重超聲掃描系統(tǒng)，可以得到彩色多普勒血流圖.第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器593.3超聲診斷儀的顯示型式八、三維超聲成像系統(tǒng)三維超聲圖像的重建及實(shí)時(shí)顯示技術(shù)，三維超聲成像方法有散焦鏡法、計(jì)算機(jī)輔助成像和實(shí)時(shí)超聲束跟蹤技術(shù)。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器三維超聲胎兒成像25周三維超聲胎兒成像28周

603.4超聲診斷儀的掃查方式

為形成一幅二維圖象，換能器要與人體之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或聲線的位置與方向要按一定規(guī)律改變，以獲得不同位置不同方向上的回聲信號(hào)（回聲線），這一過程稱為掃查。波束方向的改變，可以機(jī)械方式改變換能器位置或發(fā)射方向，也可以電子方式控制換能器陣列的工作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。一、簡(jiǎn)單掃查 ——各聲線在探查區(qū)內(nèi)不相交線掃線掃：換能器作橫向平移，線距均勻，但視場(chǎng)的橫向尺寸由換能器移動(dòng)距離所限制，縱向尺寸由超聲波穿透深度所限制。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器613.4超聲診斷儀的掃查方式扇掃弧掃徑掃扇掃：換能器在被檢查目前的上方作擺動(dòng)，聲線不均勻，近距離處密度大，遠(yuǎn)處稀疏。優(yōu)點(diǎn)是可通過狹小的窗口檢查待查部位，如通過肋骨之間的間隙檢查心臟?；撸郝暰€與扇掃相反。徑掃：（P型超聲）第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器623.4超聲診斷儀的掃查方式二、機(jī)械掃查與電子掃查1.

機(jī)械掃查：借助電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)換能器擺動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)利用位置傳感器連續(xù)地檢測(cè)換能器地瞬時(shí)取向，并產(chǎn)生位置信號(hào)，使顯示器的掃描線有相應(yīng)的取向。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(30°～90°之間)范圍內(nèi)產(chǎn)生扇形超聲掃描。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器633.4超聲診斷儀的掃查方式?旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀采用4個(gè)（或3個(gè)）性能相同的換能器，等角度安放在一個(gè)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。第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器643.4超聲診斷儀的掃查方式2.

電子掃查：用電子方式控制多元換能器的工作狀態(tài)，主要有兩種工作方式：線陣、相控陣。線陣：由開關(guān)控制器控制每個(gè)振元，使其輪流工作。相控陣：工作時(shí)所有的振元被同時(shí)激勵(lì)，通過控制加到各個(gè)振元上激勵(lì)信號(hào)的相位（控制延時(shí)）來改變超聲波的發(fā)射方向。Ti