超声基础培训[行业特制]

1、超声基础培训超声基础培训 v 什么是超声波什么是超声波 v 超声波的特性超声波的特性 v 超声技术的发展历程超声技术的发展历程 v 超声临床应用基础知识超声临床应用基础知识 v 探头的种类和特性探头的种类和特性 v 超声临床应用技术简介超声临床应用技术简介 v 现代医学超声诊断仪新技术发展特点现代医学超声诊断仪新技术发展特点 1行业经验 什么是超声波什么是超声波 超声波是机械波，由物体机械振动产生。 频率高于20kHz具有波长、频率和传播 速度等物量。 超声波需在介质中传播，其速度因介质 不同而异，在固体中最快，液体中次之， 气体中最慢。 2行业经验 超声波的特性超声波的特性 直线传播直线传播

2、 良好的指向性良好的指向性 衰减性衰减性 反射性反射性 多普勒效应多普勒效应 3行业经验 多普勒效应： v声源和接收体作相对运动时，接收体在单位 时间内收到的振动次数（频率），除声源发 出者外，还由于接收体向前运动而多接收到 （距离/波长个）振动，即收到的频率增加了。 相反，声源和接收体作背离运动时，接收体 收到的频率就减少，这种频率增加和减少的 现象称为多普勒效应 4行业经验 超声技术的发展历程超声技术的发展历程 1942年年发现超声现象发现超声现象 1949年年出现二维图像出现二维图像 1950年年应用于脑部成像应用于脑部成像 1954年年应用于心脏扫描应用于心脏扫描 1957年年多普勒效

3、应多普勒效应 1973年年出现脉冲选通技术出现脉冲选通技术 80年代年代彩色多普勒血流成像技术彩色多普勒血流成像技术 5行业经验 A超（超（Amplitude modulation display） M超超 B超（超（Brightness modulation display） D超（多谱勒）超（多谱勒） 脉冲多谱勒（脉冲多谱勒（PW） 连续多谱勒（连续多谱勒（CW） C超（彩色多谱勒）超（彩色多谱勒） 超声临床应用基础知识超声临床应用基础知识 6行业经验 A型回声图示意图 7行业经验 vA型：属一维超声、回声强度以振幅显示、 探头由单晶片构成，主要用于腹部、头 颅、眼、胸腔等检查，现多已淘汰

4、。 v图15-1-7 A型回声图示意图回声图轴 (振 幅高度)代表回声强度、X轴代表深度 8行业经验 M型超声心动图示意图 和扫描示意图 9行业经验 v.M型：一维、光点显示、光点的亮度代 表回声强弱、探头为单晶片，用于心脏、 胎心、血管检查、显示心脏、血管结构 的活动规迹曲线图又称M型超声心动图。 v图15-1-8 M型超声心动图示意图 扫描 示意图 vM型心动图 Y轴代表深度，X轴代表时间 10行业经验 B型：即使我们所说得B超，它是以二维、光点显示。 图中 切面超声心动图示 a、快速扇形扫描示意， b、切面超声心动图Y轴代表深度，X轴代表心脏长轴。 11行业经验 a、线阵仪扫描示意，b声

5、象图显示，Y轴代表深度。X轴代表 上下或左右 图15-1-10 B型电子线阵显示示意图 12行业经验 超声多普勒 v利用多普勒效应原理检测运动物体。当发射 超声传入人体某一血液流动区，被红细胞散 射返回探头，回声信号的频率可增可减，朝 向探头运动的血流，探头接收到的频率较发 射频率增高，背离探头的血流则频率减低。 接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差 频。 v多普勒频移（fd）与发射频率（fo）、血流速 度（V）、超声束与血流间夹角（）的余弦 成正比，与声速（C）成反比， 13行业经验 公式为： V=fd C cos/2fo v式中fd、cos仪器均可显示，fo及C为已知， 可以计算出V。声

6、束与血流方向平行时可记录 到最大血流速度，声束与血流方向垂直时则 测不到血流信号。 14行业经验 目前常用的超声多普勒有连续波多普（CWD）、 脉冲波多普勒（PWD）及彩色多普（CDFI）。 （1）连续波多普勒：一维频谱显示、探头内有二 个晶片一收一发，用于检测高速血流。连续波多 普勒以频谱显示，可单独使用，亦可与二维超声 心动图结合。接收取样线经过部位上所有频移信 号，其优点为可以测定高速血流，常用于测定心 脏瓣口狭窄或返流的高速血流。 缺点为不能区分信号来源深度。 15行业经验 超声多普勒显示示意图 a、多普勒取样部位显示。B多普勒频谱图。Y轴代表频移 （血流速度）。X轴代表时间。 16行

7、业经验 v脉冲波多普勒：一维、频谱显示，探头由单晶片组成、 兼收、发。常与二维超声相结合，用于检测血流速度、 方向、性质等。 v脉冲波多普勒亦以频谱显示，与二维超声相结合，可以 选择心脏或血管内任一部位的小容积血流显示血流实时 频谱。 v频谱可显示血流方向（朝向探头的血流在基线上，背离 探头的血流在基线下），血流性质（正常的层流呈空窗 型如图14-1-5，湍流则呈充填型如图15-1-6），血流速 度（频谱上信号的振幅）、血流持续时间（横座标显示 时间）。 v可供定性、定量分析。其特点为所测血流速度受探测深 度及发射频率等因素限制。通常不能测高速血流。 17行业经验 图15-1-5 正常脉冲多普

8、勒频谱 左图示超声束经血管内层流血流 右图为所显示 正常血流频谱（空窗型） 18行业经验 图15-1-6 脉冲多普勒湍流频谱 左图示超声束经狭窄后的湍流血流。 右图为湍流频谱（充填型） 19行业经验 v彩色多普勒：二维、光点显示、以伪彩 色代表血流方向、性质及速度。 v它利用脉冲多普勒原理，在心脏或血管 内多线、多点取样，回声经处理后进行 彩色编码，显示血流速度剖面图，以红 色代表朝向探头的血流、兰色代表背离 探头的血流、与二维超声心动图套叠显 示，可直观地显示心脏或血管的形态结 构及血流信息的实时动态图像，信息最 大，敏感性高，并可引导脉冲或连续多 普勒取样部位，进行定量分析。 20行业经验

9、 v多普勒主要用于检测心腔及血管内 血流。 v彩色多普勒仪都具有B型、M型、连 续波、脉冲波多普勒功能、根据需 要任意选择使用。 21行业经验 探头的种类和特性探头的种类和特性 22行业经验 （一）机械扇扫探头（一）机械扇扫探头 v 将单个圆盘形振子(其直径为12mm20mm)安置在扇形摆 动架上，由电机驱动作扇形摆动扫描的机械扇扫探头机械 扇扫探头己是八十年代使用的最多的技术；由于超声振子附 着在一个机械摆架上，摆动的角度和摆动频率都受到一定限 止，如它的最大摆动角度只有度，比不上现代电子相控 阵凸阵探头的扇扫角度90度，更比不上微凸阵探头170度， 和曲阵探头240度的扇扫角度在机械扇扫探

10、头内必须充有 探头油，探头油要具有良好声透性，又要是低密度、低阻力、 绝缘性好的液体机械扇扫探头的使用寿命也不如相控阵凸 阵探头；但是在使用上，两者都不需要移动时，就可获得一 幅图像 23行业经验 (二)线阵探头 v线阵探头有64、128、256和512振元组成的 多种探头；由于振元晶片切割的厚度不同， 它的使用频率不同，它的线阵排列的长度也 不同 ，工作频率低的,其尺寸就长一些 24行业经验 （三）凸阵探头（三）凸阵探头 v凸阵探头有不同频率、不同弧面尺寸的通用 凸阵探头和变频凸阵探头,还有一种适用小器 官的微凸阵探头凸阵探头的扇扫角度达80 多度,微凸阵探头可应用于小器官探查,其扇扫 角度

11、大于90度. 目前在彩色多普勒超声诊断仪使用变频探头, 变频探头的设计主要适用于一次探扫中，能 进行多部位扫描,也适用于不同体形的超声探 查 25行业经验 (四)相控阵探头 v相控阵探头有多种形状,如图3-1-7-7展示了六种相控 阵探头,其中第1至第4是4种不同频率的相控阵探头； 图中笫号是一种5.0MHz的经食道对心脏进行探查 的相控阵探头；图中笫号是一种探测平面宽度很 小，表面接触式相控阵探头，可用于心脏手术 26行业经验 (五) 矩阵式探头 v矩阵式探头的振元块是由切割成数百个方块到数千 个方块的矩阵组成如Philips4 Matrix型超极矩阵 式探头,是由3000个阵元块组成；它要

12、有150多个计 算机电子板进行接 （六）超声多普勒探头（六）超声多普勒探头 27行业经验 （六）超声多普勒探头（六）超声多普勒探头 v测量血流的超声多普勒探头是双晶片分隔式 或分离式的简易式换能器。探测多普勒频谱 的超声多普勒探头也是专用的.现在许多凸阵、 线阵、相控阵及腔内探头均具有PWD(脉冲多 普勒)和HRPF超声多普勒探扫功能,相控阵探 头还具有CWD(连续多普勒) 探扫功能.脉冲多 普勒的脉冲重复频率的应用范围是1kHz 29kHz. 28行业经验 C5-2 P2-5 Ec4-9 P3-7 C3-7 S-VAW4-7 29行业经验 - -临床应用临床应用- - 腹部腹部 产科产科 妇

13、科妇科 胎儿心脏胎儿心脏 泌尿科泌尿科 小器官小器官 胸部胸部 血管血管 儿科儿科 成人心脏成人心脏 儿科回波儿科回波 颅脑横断颅脑横断 肌肉与骨骼肌肉与骨骼 30行业经验 超声临床应用技术简介超声临床应用技术简介 数字波束成形技术数字波束成形技术 谐波成像技术谐波成像技术 复合闪烁自动消除技术复合闪烁自动消除技术 三维成像技术三维成像技术 31行业经验 32行业经验 v不精确的时间延迟不精确的时间延迟 v非线性衰减非线性衰减 v多重反射多重反射 t1t2 S S Output S S 数字时间延迟 反射器 阵元信号加法器 显示 全程像素聚焦全程像素聚焦 宽频带宽频带 稳定性稳定性 可编程性可

14、编程性 33行业经验 34行业经验 图中所示为多声束成像的基本理论。 传统的单声束扫描仪在处理信号时一次只 可发射和接收一个声波脉冲信号，而多声 束扫描仪发射一次信号可接收四个声脉冲 信号，从而得到一无伪影的运动影像。 35行业经验 Output Output 探头接到信号后，探头接到信号后，4 4个声束成形器以并行的方式个声束成形器以并行的方式 处理反射信号，产生高帧频、高分辨率的二维或三处理反射信号，产生高帧频、高分辨率的二维或三 维图像维图像。 36行业经验 OHI最佳谐波成像 双向谐波成像 反向脉冲谐波成像 37行业经验 造影剂和非造影剂谐波成像造影剂和非造影剂谐波成像 二次谐波二次谐

15、波 最佳组织谐波最佳组织谐波 38行业经验 发送频率 2MHz 接收频率 4MHz 内部器官或组织 发送频率 2MHz 接收频率 4MHz 非造影式和造影式谐波成像 没有使用造影剂 使用造影剂 39行业经验 它是通过检测超声造它是通过检测超声造 影剂微泡产生的二次谐影剂微泡产生的二次谐 波来显示微血管低速血波来显示微血管低速血 流的声学显像方法，它流的声学显像方法，它 具有去除背景噪声，突具有去除背景噪声，突 出检测目标的优点。出检测目标的优点。 二二 次次 谐谐 波波 40行业经验 它不需要使用造影剂，它不需要使用造影剂， 通过检测人体组织的谐通过检测人体组织的谐 波成分提供高对比分辨波成分

16、提供高对比分辨 力的优质图像。力的优质图像。 组织谐波技术可有效的组织谐波技术可有效的 提高空间分辨力，对于提高空间分辨力，对于 普通显像困难的肥胖人、普通显像困难的肥胖人、 老年人、心脏扫查窗很老年人、心脏扫查窗很 差的病人尤为有效。差的病人尤为有效。 最最 佳佳 组组 织织 谐谐 波波 41行业经验 2Mhz4Mhz 提高空间分辨率和对比度提高空间分辨率和对比度 图像的中心区域更为清晰图像的中心区域更为清晰 使用于老人和肥胖病人使用于老人和肥胖病人 滤除原始的反射回波信号滤除原始的反射回波信号 接收接收4MHz4MHz的信号的信号 42行业经验 反相脉冲谐波传送的是两个同类但极性截然相反的

17、脉冲，采用反相脉冲谐波传送的是两个同类但极性截然相反的脉冲，采用 实时数字存储和相取消技术，生成一真正的谐波信号。可以提高灵实时数字存储和相取消技术，生成一真正的谐波信号。可以提高灵 敏度和空间分辨率，使心脏结构更为清晰，尤可提高微量造影剂在敏度和空间分辨率，使心脏结构更为清晰，尤可提高微量造影剂在 影像上显示的清晰度，为临床医生提供诊断所需的信息。影像上显示的清晰度，为临床医生提供诊断所需的信息。 43行业经验 新型的新型的 CAFE 数字信号处理数字信号处理 CAFE “复合自动噪声消除” 在用彩色多普勒检查期间,消除人 为噪声的干扰。 Frequency Estimator Post P

18、rocessing Quadrature Demodulator Probe DBF Quadrature Demodulator Cluttre Filter Post Processing ProbeDBF Cluttre Filter Frequency Estimator Conventional CAFE CAFE 44行业经验 表面成像模式表面成像模式 三维容积成像模式（三维容积成像模式（VOCALVOCAL、 MagiCutMagiCut） 45行业经验 真实的、自如旋转的、 带有丰实表面信息的胎儿 面部图，栩栩如生。 表面模式表面模式 46行业经验 在三个相交平面在三个相交平面

19、 上自动进行前列上自动进行前列 腺的容积测量腺的容积测量 VOCAL TM 虚拟人体器官计算机辅助分析技术虚拟人体器官计算机辅助分析技术 47行业经验 图中所示为图中所示为X线断层扫线断层扫 描方式逐层显示胎儿描方式逐层显示胎儿 脑部的扫描影像。脑部的扫描影像。 Magi Cut Plus TM可以剪切掉影像中不需要的部分。并可在可以剪切掉影像中不需要的部分。并可在 已存档的三维影像上以已存档的三维影像上以X线断层扫描成像的方式逐层显示，线断层扫描成像的方式逐层显示， 可以逐层观察肿瘤以下的结构。可以逐层观察肿瘤以下的结构。 48行业经验 现代医学超声诊断仪新技术发展特点现代医学超声诊断仪新技

20、术发展特点 v从20世纪70年代到90年代，多阵元超声换能器技术、数字 扫描转换技术、超声多普勒检测技术、数字声束成形技术等 重大技术的突破，有力地促进医学超声诊断仪的发展，促进 了医学超声图像诊断的蓬勃发展和深入应用。由于低强度超 声对人体组织不产生损伤，使超声图像诊断成为医学图像诊 断的首选技术。现代医学超声诊断仪已是最新医学超声基础 理论研究、新型压电材料和超声换能器研制、计算机处理、 声成像技术与信息传输技术相结合的产物。70年代以B型超 声显像技术为特征，80年代彩色多普勒血流成像技术为特征， 90年代则以超声体成像为特征。而当今医学超声诊断的新技 术发展特点主要体现在宽频带化、数字

21、化、多功能化、多维 化及信息化等五个方面的综合应用上，这一发展趋势在90年 代后期已日渐明显，也引导着未来先进医学超声诊断设备研 制的创新思维。 49行业经验 一 宽频带化 v80年代中期，人们根据超声在生物组织中的衰 减规律及其对超声图像的影响，开发了宽频带探 头，如中心频率为3.5MHz的探头，可以产生 2.56MHz的超声波，其有效带宽可达到3MHz左 右，检测表浅组织时由于高频率可以提高分辨率， 而对深部组织时由有较低频形成衰减较少的回声 信号，从而使深部组织结构得以较清晰的图像显 示，因此在宽频带探头的检测下可以形成多频率 构成的图像，又称为融合图像技术。这也是与动 态滤波信号处理技

22、术的应用密不可分的，同时整 个信号处理通道响应带通也应提高到相应宽带的 程度。 v 50行业经验 v 90年代，变频宽带探头和超宽频带探头获得应 用，例如同一只探头可以变换产生2.5、3.5、6MHz 为中心频率的超声波，小器官探头可以产生5、7、 9MHz中心频率的超声波，其频带宽度可以达到 8MHz以上。超宽频带探头已可以产生1.812MHz 的超声波，术中探头则能发射615MHz的超声波， 可以准确显示浅表血管壁与内膜。超高频探头可产 生60100MHz的超声波，极大地提高了皮肤及表浅 组织的分辨率。变中心频率宽频带探头的应用为诊 断医师提供了方便，也可以更容易获得更为清晰的 图像，提高

23、了检测灵敏度和动态范围。但信噪比则 略有下降。 v宽频带化是医学超声诊断仪的重要技术发展。 实际上超声二次谐波信号接收与处理，也是扩展信 号的带宽 51行业经验 二 数字化 v80年代中期，国际出现了将原来单一信号通道发展成同时发 射和接收处理128路回声信号，并由微机控制，由模、数混 合运算，计算出符合声学理论计算的每个回波声束(即波束 成形器)，由软件控制的声透镜(DCLS)作动态聚焦、动态变 迹、动态孔径和增强处理，这实际上是由软件控制实现回声 信号的前端数字化处理，多通道同时处理提高了成像速度。 随后，又出现了以全数字运算微机控制的128通道回声信号 进行前端数字处理的超声显像诊断仪。

24、理论上，全数字声束 成形技术能够进一步减少非线性衰减延迟的相关失真和信号 传输损失，实现了按象素点聚焦声束。在数字化超声诊断仪 的基础上，进一步发展了全数字化超声诊断仪，现已达512 路数字声束形成器。它还包括了数字图像管理和存档(PACS) 以及数字图像传输等系统。 52行业经验 三 多功能化 v根据超声与生物相互作用基础理论研究的最新进展， 发展新的检测参数并用于临床医学，始终贯穿着医 学超声诊断仪的发展过程，如最初利用组织界面声 特性阻抗的差异，检测界面反向回声信号，形成了 初期的黑白灰阶B型超声图像，而后在超声多普勒 效应的基础上，利用血流形成的超声多普勒频移从 而检测流速，随即又发展

25、成以彩色显示流向的彩色 多普勒成像技术。这两大技术检测的分别是声阻抗 与频移参量。新参量的发现与应用，将导致医学超 声设备的发展和功能增强。90年代中期以来，一些 新参量发展带来超声诊断仪的多功能化。 53行业经验 1. 能量图 v能量图建立在利用超声多普勒方法检测慢速血流信 号的基础上。但除去了频移信号，仅利用由红血球 散射能量形成的幅度信号。它可以出色地显示细小 血管分布，不受血流角度及弯曲度的影响，又称为 超声血流造影技术。新近发展的方向性能量图则全 面利用了幅值及频移信号，有时又称为辐合全彩色 多普勒(Covergent Color Doppler，CCD)。既可以 显示血管分布，又可

26、以检出血流平均速度，为诊断 提供了新方法。 54行业经验 2. 谐波成像 v通常超声换能器中的压电振子以固有频率谐振，发射基频超 声波。若产生频率为基频几倍的超声波则称为n次谐波。超 声二次谐波成像就是利用接收2倍于基频的超声信号来提取 有用信息并结合到所显示的像图上。二次谐波信号只在特定 情况下才能激发产生，并被高灵敏超声换能器接收到。由于 声衰减量与频率平方成比例，通常二次谐波超声信号是很弱 的。目前利用的二次谐波成像技术主要有两种，即自然组织 二次谐波成像和造影剂二次谐波成像。前者来自于检测组织 所产生的非线性声学效应。后者则来自于造影剂微气泡突然 破裂所产生的激波信号。利用超声二次谐波

27、成像可以进一步 诊断心脏功能及心肌存活情况，也可为心肌密度定量分析提 供依据。分谐波(Subharmonic)成像技术正在发展，它利用 的是1/2或1/3基频探测人体组织，可以减少声衰减，提高侧 向分辨。 55行业经验 3. 组织特征参数成像 v 诊断定量化一直是超声医学及工程学追求的目标。目前已对 组织速度、弹性、B/A(非线性声参数)测量取得重大进展，利用 超声多普勒法除测量与显示血流速度外，对心室壁面的快速运 动同样可以应用，形成组织速度图像。另一种方法是采用高帧 频采集技术，其帧频可近400Hz左右，以高速采集全部室壁的 运动动态信息，然后再将彩色(速度)信息与组织灰阶信号相混 合，从

28、而显示运动组织的状况。组织弹性声成像 (Sonoelastogram)反映组织弹性特征。它利用特制超声源对被 测组织进行辐射激振，测量其动态位移，由应变与辐射力计算 出相应的弹性系数加以显示。可以显示组织的弹性及老化状态。 56行业经验 4. 复合图像技术 v 最先出现的是多频图像技术，它利用宽带发射探头发射 宽带超声波，而在接收过程中利用动态滤波技术，使得由浅 入深接收的组织回声信号频率由高到低逐渐变化，形成整幅 均匀而清晰的图像。另一种方法是控制高速图像采集系统， 使其一幅图像来自于频带宽度的上缘，另一幅来自频带宽度 的下缘，然后选择性接收与融合成一幅高清晰度图像。也有 利用一次信号发射，

29、同时从同一个面上的4个方向采集四组 图像信号(4倍信号处理技术)组合成一幅高密度高清晰度的图 像。近来又出现多波束、多角度进行复合扫描的技术，可以 同时获得9倍于常规扫描的信息，进一步提高了图像质量， 也提高了帧频。这些技术旨在克服随探测距离增加的组织声 衰减，使显示的一幅图像由不同频率的回声信号构成。 57行业经验 5. 相位参量应用 v 90年代中期，在长期应用幅度参量超声成像 的基础上，开发了同时利用相位与幅度信息的成 像技术，即相干信号处理成像技术。它拥有 256/512条数字处理通道，同时应用多声束成形器 获得振幅与相位数据，然后用来构成图像单元。 可以将成像速度提高一倍，并极大地提高了诊断 分辨率。 v 另一种是时相或时域分析技术，建立在回声 信号高速采集与分析的基础上，实质上利用了运 动的相位，自动时相显示技术可以用来分析心脏 整体及局部运动状态及功能。而以时