醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座

醫(yī)學(xué)超聲成像原理醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第1頁3.4超聲波成像原理超聲波成像技術(shù)超聲波探測(cè)技術(shù)能夠分為兩大類，即基于回波掃描超聲探測(cè)技術(shù)和基于多普勒效應(yīng)超聲探測(cè)技術(shù)?；诨夭⊕呙璩曁綔y(cè)技術(shù)主要用于解剖學(xué)范圍檢測(cè)、了解器官組織形態(tài)學(xué)方面情況和改變?；诙嗥绽招?yīng)超聲探測(cè)技術(shù)主要用于了解組織器官功效情況和血流動(dòng)力學(xué)方面生理病理情況，如觀察血流狀態(tài)、心臟運(yùn)動(dòng)情況和血管是否栓塞檢驗(yàn)等方面。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第2頁醫(yī)學(xué)超聲波診療儀A型超聲波診療儀M型超聲波診療儀B型超聲波斷層顯像儀超聲多普勒血流儀、成像儀與彩超超聲三維成像系統(tǒng)（超聲CT）醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第3頁Ａ型（超聲示波法）機(jī)理：以波幅改變反應(yīng)回聲情況特點(diǎn)：一維波形圖，不直觀用途：判別液、實(shí)性包塊，測(cè)距當(dāng)前臨床不再使用醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第4頁顯示特點(diǎn)：探頭不動(dòng)向人體反射并接收聲波，依據(jù)回波出現(xiàn)位置，回波幅度高低、形狀、多少和有沒有，確定被檢體病變或解剖部位信息，但特異性不突出，還缺乏解剖學(xué)特征。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第5頁進(jìn)波中線波底波腫瘤波醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第6頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第7頁Ｍ型（超聲掃描法）機(jī)理：以單聲束取樣，取得活動(dòng)界面回聲，再以慢掃描方式展開特點(diǎn)：一維－時(shí)間運(yùn)動(dòng)曲線圖用途：分析心臟和大血管運(yùn)動(dòng)幅度醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第8頁M型曲線圖醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第9頁Ｂ型（超聲顯象法）機(jī)理：不一樣光點(diǎn)反應(yīng)回聲改變，用切面顯示正常組織與異常組織特點(diǎn)：二維斷面圖像，灰階/彩階實(shí)時(shí)顯示，直觀用途：及其廣泛

醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第10頁肝臟B超心臟B超醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第11頁D型（超聲多普勒法）機(jī)理：利用Doppler原理對(duì)心血管內(nèi)血流進(jìn)行探測(cè)分析頻譜多普勒（PW+CW）以頻譜曲線顯示，檢測(cè)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)

彩色多普勒血流顯像（CDFI）

彩色編碼實(shí)時(shí)顯示血流方向、速度及血流性質(zhì)醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第12頁二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流－PW醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第13頁聲束聚焦

要提升超聲成像系統(tǒng)靈敏度和分辨力，除了對(duì)線陣探頭實(shí)施多振元組合發(fā)射外，還需要對(duì)超聲進(jìn)行聚焦，使聲束變細(xì)，使強(qiáng)度聚焦收斂，提升聲束穿透力和回波強(qiáng)度，從而提升靈敏度和分辨力聲束聚焦分為：

1、聲學(xué)聚焦

2、電子聚焦

醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第14頁超聲波束處理技術(shù)

在超聲波發(fā)射和接收時(shí).采取各種波束處理技術(shù)，使主波束變窄，旁瓣變小.現(xiàn)在，先進(jìn)B超設(shè)備中已采取含有實(shí)際效果波束處理方法有:(l)使晶體表面凹陷;(2)采取聲學(xué)透鏡聚焦;’(3)可變孔徑;(4)電子聚焦;(5)動(dòng)態(tài)聚焦;(6)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦;(7)動(dòng)態(tài)變跡等.醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第15頁

一．凹面晶體用這種聚焦方式，焦點(diǎn)聲束比較細(xì)，橫向分辨性能好.不過，一旦偏離聚焦范圍，聲束比未聚焦還粗，所以，采取這種聚焦型探頭，要注意聚焦范圍深度、普通可分成近距離、中距離和遠(yuǎn)路離3個(gè)檔次。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第16頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第17頁

與光學(xué)聚焦原理類似，在平面晶體表面附加聲學(xué)透鏡，可使超聲波束匯聚到一點(diǎn)，即焦點(diǎn).焦點(diǎn)深度，即焦距。由聲學(xué)透鏡曲率半徑、超聲波在聲學(xué)透鏡中傳輸速度和人體中聲速所決定.聲學(xué)聚焦醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第18頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第19頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第20頁１、電子聚焦

對(duì)線性換能器陣各陣之上加上適當(dāng)延時(shí)激勵(lì)脈沖，則可在預(yù)定距離上取得聚焦波。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第21頁二、電子聚焦所謂電子聚焦，就是控制各振元相位，使其發(fā)射超聲束在焦區(qū)得到同相相長加強(qiáng)，到達(dá)聚焦目標(biāo)，實(shí)際上是經(jīng)過控制延時(shí)到達(dá)控制相位。延時(shí)量計(jì)算：分別為L1，L2，L3，焦距F=35cm，陣元間距d=0.5mm，由圖可得

L1=3.5d=3.5×0.5=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=1.5d=0.75mm醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第22頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第23頁設(shè)聲速c=1540m/s則第1號(hào)振元與第2號(hào)振元相差延時(shí)量為：

Δτ1=ΔS1/c=0.02141/1540×103=13.9ns同理2號(hào)振元與3號(hào)振元之間延時(shí)量為：

Δτ2=ΔS2/c=9.27ns3號(hào)與4號(hào)振元延時(shí)差為：Δτ3=ΔS3/c=4.64ns設(shè)第1號(hào)及第8號(hào)振元無延時(shí)，則2號(hào)振元延時(shí)時(shí)間為：τ1=13.9ns3、6號(hào)振元延時(shí)時(shí)間為：τ1+τ2τ2=13.9+9.27=23.17ns4、5號(hào)振元延時(shí)時(shí)間為：

τ3=Δτ1+Δτ2+Δτ3=27.81ns那么延時(shí)量是怎樣實(shí)現(xiàn)，是經(jīng)過延遲線來實(shí)現(xiàn)。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第24頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第25頁

三

聚焦探度和焦點(diǎn)直徑

在聚焦點(diǎn)，聲束寬度最小。在焦點(diǎn)附近一個(gè)有限范圍內(nèi)，聚焦聲束寬度小于同一陣列換能器同時(shí)被激勵(lì)，即未聚焦時(shí)所產(chǎn)生聲束寬度。離焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，聚焦聲束寬度越寬，直至大于同一陣列換能器未聚焦聲束寬度。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第26頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第27頁動(dòng)態(tài)電子聚焦

為了提升成像系統(tǒng)分辨力，需要進(jìn)行聚焦，焦區(qū)以內(nèi)聲束變細(xì)了，確實(shí)提升了分辨力，但焦區(qū)以外，聲束不但沒有變細(xì)，反而變得更粗了，焦區(qū)以外分辨力不但沒有得到提升，反而變得更差了，所以需要整個(gè)穿透深度上都要進(jìn)行聚焦，使整個(gè)深度上分辨力都得到提升。動(dòng)態(tài)電子聚焦又分為：

1、等速動(dòng)態(tài)電子聚焦

2、全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦

醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第28頁1、等速動(dòng)態(tài)電子聚焦

等速動(dòng)態(tài)電子聚焦是經(jīng)過計(jì)算機(jī)控制，以一定速度改變發(fā)射和接收延遲時(shí)間，使焦點(diǎn)隨發(fā)射波和接收同時(shí)移動(dòng)，使整個(gè)深度全部位置，都有良好橫向分辨力，顯然這種聚焦最為理想，但因?yàn)榻裹c(diǎn)移動(dòng)速度快，延時(shí)分級(jí)細(xì)，延時(shí)程度高，故電路更復(fù)雜，成本更高。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第29頁2、全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦：

全深度分段動(dòng)態(tài)電子聚焦就是將探測(cè)深度分成若干，只對(duì)每個(gè)段分別進(jìn)行聚焦，接收時(shí)只取每個(gè)焦區(qū)回波信號(hào)，最終將各段焦區(qū)回波信號(hào)迭加合成一行回波信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是：分段數(shù)少，延遲線分段段數(shù)少，操作簡便，成本低。缺點(diǎn)是：成像速度慢，精度低。但能夠TV方式顯示，以慢入快出方式對(duì)存貯器進(jìn)行續(xù)寫，并進(jìn)行各種圖像處理，從而就得穩(wěn)定清楚圖像。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第30頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第31頁四可變孔徑技術(shù)變孔徑技術(shù)，在近場(chǎng)采取小孔徑，在遠(yuǎn)場(chǎng)采取大孔徑。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第32頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第33頁掃描方式

一、掃描：換能器在被探查區(qū)域獲取人體信息運(yùn)動(dòng)過程叫掃描。機(jī)械掃描與電子掃描醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第34頁機(jī)械掃描與電子掃描（1）機(jī)械掃描：借電機(jī)帶動(dòng)換能器旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，同時(shí)位置傳感器連續(xù)地檢測(cè)換能器瞬時(shí)取向，并產(chǎn)生位置信號(hào)，使顯示器掃描方向有對(duì)應(yīng)取向。（2）電子掃描：用電子方法控制多陣元換能器實(shí)現(xiàn)掃描，分為線性掃描和相控陣掃描。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第35頁（?。┚€陣掃描

線陣探頭長為10~15cm，寬為1cm左右用電子開關(guān)切換多元換能器振元，使之輪番工作，為了提升系統(tǒng)分辨力和靈敏度，通常有對(duì)應(yīng)若干個(gè)相鄰小單元同時(shí)受到激勵(lì)，發(fā)射一束超聲并接收其回波，然后舍去前面一個(gè)，納入后面一個(gè)單元，發(fā)射一束超聲波，依次類推，發(fā)射許多平行聲束，掃查目標(biāo)區(qū)。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第36頁（ⅱ）相控陣：陣元數(shù)較少，長度短，普通1~3cm左右，寬1cm左右。工作時(shí)，同時(shí)激勵(lì)全部振元，并適當(dāng)?shù)乜刂萍拥礁髡裨霞?lì)信號(hào)相位（實(shí)際上是控制延時(shí)）來改變超聲發(fā)射方向，接收時(shí)對(duì)接收信號(hào)出作類似相控，并形成扇形掃描。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第37頁超聲波束掃描(線陣）一、組合次序掃描設(shè)總振元數(shù)為n，振元組中振元數(shù)為m（設(shè)m=4），則激勵(lì)次序?yàn)椋?~4，2~5，3~6，4~7……

即次序掃描是用電子開關(guān)次序切換方式，將相鄰m個(gè)振元組成一個(gè)組合，發(fā)射一束超聲，使之分時(shí)輪番工作。特點(diǎn)：掃描方法簡單，但聲束間線距等于振元距，聲束線數(shù)為n-m+1,較少，不利于提升分辨力。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第38頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第39頁二、組合間隔掃描

組合次序掃描缺點(diǎn)是：線距較寬，線數(shù)較少，圖像質(zhì)量較差，要提升圖像質(zhì)量，必須減小聲束線距。1、d/2間隔掃描設(shè)總振元數(shù)為n，子振元組合分為二組：一組為m，一組為m+1，若m=5，則分組激勵(lì)次序?yàn)?~5、1~6，2~6、2~7，3~7、3~8……。特點(diǎn)：其聲束間距為d/2，線數(shù)增加了一倍。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第40頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第41頁三、微角掃描

設(shè)有n個(gè)振元，子振元組為m，分組情況類似組合次序掃描，但對(duì)子振元組m個(gè)振元激勵(lì)相位略有不一樣，使射出聲束線與中心線有微小偏角，然后將相位改變規(guī)律顛倒過來，就得到偏向中心線另一側(cè)另一條聲束線，這么總共得到（n-m+1）×2各聲束線，線密度提升了一倍，但因?yàn)槁暿€有一個(gè)微小偏角，而顯示掃描線依然平行，故圖像存在一定畸變。醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第42頁醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講座第43頁電子相控陣扇形掃查波束時(shí)空控制：該探頭中既沒有開關(guān)控制器也沒有子陣，這是因?yàn)橄嗫仃嚾筷囋獙?duì)每個(gè)時(shí)刻波束都有貢獻(xiàn)，而不像線陣探頭那樣分組、分時(shí)輪番工作。分相控發(fā)射和相控接收。電子相控陣扇形掃查醫(yī)學(xué)超聲成像原理專家講