B超的基本原理与性能指标剖析PPT学习教案

1、会计学1B超的基本原理与性能指标剖析超的基本原理与性能指标剖析22.1 2.1 超声诊断仪的一般介绍超声诊断仪的一般介绍超声成像技术概述超声成像技术概述 超声成像技术适用的人体区域超声成像技术适用的人体区域第1页/共86页3临床超声波诊断技术临床超声波诊断技术基于回波扫描的技术基于回波扫描的技术 基于多普勒效应的技术基于多普勒效应的技术 基于透射法的技术基于透射法的技术第2页/共86页4 超声回波超声回波 一个典型的超声回波应包含大界面的反射一个典型的超声回波应包含大界面的反射波和小粒子的散射波两种成分波和小粒子的散射波两种成分 。反射回波：超声成像的位置信息反射回波：超声成像的位置信息 ；

2、超声反射成像机制超声反射成像机制散射回波：被测介质的结构信息散射回波：被测介质的结构信息 。 散射波场散射波场 第3页/共86页5 超声诊断成像的基本原理超声诊断成像的基本原理 1. 基于几个假定为前提（人体中近似成立）基于几个假定为前提（人体中近似成立）声束在介质中沿直线传播；声束在介质中沿直线传播；在各种介质中声速均匀一致；在各种介质中声速均匀一致；各种介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。各种介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。第4页/共86页62. 脉冲回波测距的理论基础脉冲回波测距的理论基础2ctl 回波的回波的强度强度则反映界面的性质，回波信号的则反映界面的性质，回波信号的时间时

3、间反映了界面的位置。反映了界面的位置。根据不同界面的回波时间根据不同界面的回波时间t可以计算出各个界面与换能器之间的距离可以计算出各个界面与换能器之间的距离l。第5页/共86页73. 超声诊断仪器的功能模块超声诊断仪器的功能模块 探头发射时钟记录接收显示第6页/共86页8超声诊断仪的分类超声诊断仪的分类按图像信息的获取方法分类按图像信息的获取方法分类 反射法超声诊断仪反射法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪透射法超声诊断仪透射法超声诊断仪 第7页/共86页9按图像信息显示的成像方法分类按图像信息显示的成像方法分类 A型（型（ Amplitude Modulation ） M型（型（

4、 Motion-time ） 广义广义B型（型（ Brightness Modulation ） B型，型，P型，型，BP型，型，C型、型、F型、超声全息型、超声全息第8页/共86页10按超声波束的扫描方式分类按超声波束的扫描方式分类 低速（手动）扫描低速（手动）扫描高速机械线性扫描高速机械线性扫描高速机械扇形扫描高速机械扇形扫描高速电子线性扫描高速电子线性扫描高速电子扇形（相控阵）扫描高速电子扇形（相控阵）扫描 第9页/共86页11A型超声诊断仪型超声诊断仪 幅度调制（幅度调制（ ）第10页/共86页121. 诊断基础诊断基础 人体脏器、组织其正常与异常的物理性质及结构不同，形成相应的超声界

5、面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。人体脏器、组织其正常与异常的物理性质及结构不同，形成相应的超声界面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。2. 工作原理工作原理 脉冲回波理论脉冲回波理论 第11页/共86页133. 显示方式显示方式 横坐标为时间轴，代表被探测物体的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。横坐标为时间轴，代表被探测物体的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。第12页/共86页144. 临床应用临床应用 适用于医学各科的检查适用于医学各科的检查 ，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。 5. 缺点缺点 只能反映局部组织的

6、回波信息；诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大。只能反映局部组织的回波信息；诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大。 第13页/共86页15M型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制、时间动态显示（辉度调制、时间动态显示（ ）第14页/共86页161. 诊断基础诊断基础 探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒张，脏器各层组织和探头的探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒张，脏器各层组织和探头的距离便产生节律性的改变距离便产生节律性的改变，随着水平方向的，随着水平方向的时间慢扫描时间慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。第15页/共86页17 2. 显示方式显示方

7、式 反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点的形式反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点的形式 ；纵坐标代表发射界面的深度；纵坐标代表发射界面的深度 ；横坐标代表扫描时间信号。；横坐标代表扫描时间信号。A - mode displayTimemotion display第16页/共86页183. 工作原理工作原理 与与A超比较，有三个方面的特点超比较，有三个方面的特点 ： 深度扫描信号加在深度扫描信号加在y轴偏转板上，回波信号距顶部的距离表示被探查的组织界面的深度。轴偏转板上，回波信号距顶部的距离表示被探查的组织界面的深度。辉度调制，亮点的强弱代表回波信号的幅度。辉度调制，亮点的强弱代表回波信号的幅

8、度。增加一个时间扫描信号发生器，它产生的信号加在增加一个时间扫描信号发生器，它产生的信号加在x偏转板上。偏转板上。第17页/共86页194. 临床应用临床应用 适用于人体中的适用于人体中的运动脏器运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。 5. 缺点缺点 不能获得解剖图像，不适用于静态脏器。不能获得解剖图像，不适用于静态脏器。 第18页/共86页20第19页/共86页21B型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制

9、（辉度调制（ ）第20页/共86页221. 诊断基础诊断基础 可以得到解剖图可以得到解剖图 分析：分析： 外形外形 边界回声、内部回声、后方回声边界回声、内部回声、后方回声 比邻关系比邻关系 活动度、活动规律活动度、活动规律 硬度、排空功能硬度、排空功能 第21页/共86页232. 显示方式显示方式 二维图像，辉度调制方式显示反射回波的幅度，横坐标代表探头扫描的距离，纵坐标代表产生回波界面的深度。二维图像，辉度调制方式显示反射回波的幅度，横坐标代表探头扫描的距离，纵坐标代表产生回波界面的深度。 第22页/共86页243. 工作原理工作原理 应用应用回声回声原理，探头发射的声束必须进行原理，探头

10、发射的声束必须进行扫查扫查，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。第23页/共86页254. 扫描方式扫描方式 线扫线扫 探头发射的超声束在探头发射的超声束在水平方向水平方向上以上以快速电子扫描快速电子扫描的方法，逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由超声声束扫描方向决定的垂直平面二维断层图像的方法，逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由超声声束扫描方向决定的垂直平面二维断层图像 。第24页/共86页26扇扫扇扫 改变探头的角度改变探头的角度使超声束指向使超声束指向方位快速变

11、化方位快速变化，获得被探测方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探头摆动方向决定的垂直扇面二维超声断层图像。，获得被探测方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探头摆动方向决定的垂直扇面二维超声断层图像。第25页/共86页275. 临床应用临床应用 适用于观察腹部脏器，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。适用于观察腹部脏器，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。 扇扫断层扇扫断层B超尤为适用于对超尤为适用于对心脏心脏的检查，也可以对运动脏器实时动态显示的检查，也可以对运动脏器实时动态显示 。第26页/共86页28P型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制，平面目标显示，辉度调制，平面目标显示， PPI（）。

12、）。 可视为一种特殊的可视为一种特殊的 B 型显示。型显示。1. 特点特点 探头发射的超声波束采用探头发射的超声波束采用圆周扫描方式圆周扫描方式进行探查。进行探查。 第27页/共86页292. 工作原理工作原理 换能器作换能器作旋转旋转运动运动 显示器上的光点从屏中心向屏周围作显示器上的光点从屏中心向屏周围作径向扫描径向扫描，径向扫描线逐次改变方向，与换能器同步地作旋转。，径向扫描线逐次改变方向，与换能器同步地作旋转。第28页/共86页303. 显示方式显示方式 4. 临床应用临床应用 适用于探头插入适用于探头插入体腔内体腔内的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿

13、道、膀胱的检查。的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。 第29页/共86页31第30页/共86页32C型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制辉度调制 特定深度扫描（特定深度扫描（ ）1. 特点特点 显示的是某一深度上的一个切面图像显示的是某一深度上的一个切面图像第31页/共86页332. 显示方式显示方式 横坐标、纵坐标代表平面的横坐标、纵坐标代表平面的x，y轴方向的长度，轴方向的长度，深度信息在图像中不表现。深度信息在图像中不表现。 第32页/共86页343. 工作原理工作原理 扫描设计：水平扫描设计：水平x方向上采用同方向上采用同B超一样的电子扫描

14、，水平超一样的电子扫描，水平y方向上通过机械的方法移动探头。方向上通过机械的方法移动探头。 第33页/共86页35距离控制：通过距离控制：通过调整距离选择开关调整距离选择开关的开通时间，来控制同一深度的回波信号被接收显示。的开通时间，来控制同一深度的回波信号被接收显示。3. F型型 显示方式显示方式 原理同原理同C型。距离选择开关的开通时间不是一个常数，而是一个型。距离选择开关的开通时间不是一个常数，而是一个线性变量线性变量或者为一或者为一非线性函数非线性函数，则获得的深度切面图在，则获得的深度切面图在z方向为一斜面或为一曲面声像图。方向为一斜面或为一曲面声像图。 第34页/共86页36C和和

15、F型显示，可观察肿瘤的扩大范围。型显示，可观察肿瘤的扩大范围。 特别是特别是F型的显示，可从型的显示，可从三维角度三维角度去观察体内组织及病变情况。去观察体内组织及病变情况。4. 临床应用临床应用第35页/共86页372.2 B2.2 B型超声诊断仪型超声诊断仪B 理解理解B超的工作原理，关键是各种超声扫描制式超的工作原理，关键是各种超声扫描制式 。扫描制式扫描制式 声束掠过某剖面的过程称为扫描声束掠过某剖面的过程称为扫描 。第36页/共86页38 B超的分类超的分类波束控制波束控制波束扫描制式波束扫描制式成象成象手动式手动式低速低速 任意任意静态声象静态声象机械式机械式低速低速 线性扫描线性

16、扫描 弧形扫描弧形扫描 径向扫描径向扫描 复合扫描复合扫描静态声象静态声象高速高速 扇形扫描扇形扫描 径向扫描径向扫描 线性扫描线性扫描实时声象实时声象电子式电子式高速高速 线性扫描线性扫描 扇形扫描扇形扫描实时声象实时声象第37页/共86页391. 简单扫描制式简单扫描制式a.线扫线扫 b. 扇扫扇扫 第38页/共86页40c. 弧形扫弧形扫 d. 径向扫径向扫 第39页/共86页412. 机械扫描和电子扫描机械扫描和电子扫描机械扫描机械扫描 借助借助电机带动换能器摆动或旋转电机带动换能器摆动或旋转，同时位置感测器连续的检测换能器的瞬时取向，并产生，同时位置感测器连续的检测换能器的瞬时取向，

17、并产生位置信号位置信号，使显示器的扫描线有相应的取向，使显示器的扫描线有相应的取向 。 第40页/共86页42电子扫描电子扫描 用用电子方式控制多元换能器阵电子方式控制多元换能器阵实现扫查实现扫查 。 电子线扫（电子线扫（ ） 相控阵扇形扫描相控阵扇形扫描 （）第41页/共86页43诊断用诊断用B型超声波探头型超声波探头第42页/共86页44 2.2.1 手动式手动式B型超声诊断仪型超声诊断仪手持探头运动手持探头运动位置检测器位置检测器位置电压控制显示位置电压控制显示第43页/共86页45 1. 位置信号系统位置信号系统机械结构：机械结构： 双联臂结构；双联臂结构； 井字结构。井字结构。 位置

18、调准电路：位置调准电路： 由电位器组完成，随由电位器组完成，随着换能器位置的改变，电着换能器位置的改变，电位器组的阻值随之变化，位器组的阻值随之变化，产生相应电压信号产生相应电压信号 。第44页/共86页462. 特点特点 优点：优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。 缺点：缺点：手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。 3. 临床应用临床应用 适用于扫描适用于扫描静止静止脏器，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查脏器，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查 。第45页/共86页47 2.2.2 高速机械扇形

19、扫描高速机械扇形扫描B超超1. 特点特点 超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制而保持较大的扫查范围。超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制而保持较大的扫查范围。 2. 方法方法摆动式扇扫摆动式扇扫B超仪超仪 旋转式扇扫旋转式扇扫B超仪超仪第46页/共86页48摆动式扇扫摆动式扇扫B超仪超仪 结构简单，只需结构简单，只需一个晶片一个晶片与与一个驱动机构一个驱动机构，但它的视场有限。，但它的视场有限。a.结构结构壳体壳体摆动激励电机摆动激励电机支点支点换能器换能器扇形扇形齿轮齿轮第47页/共86页49b. 机械扇扫机械扇扫B超仪原理框图超仪原理框图第48页/共86页50c. 简单计算简单

20、计算脉冲重复频率脉冲重复频率每帧扫描线每帧扫描线帧频帧频摆动次数摆动次数关系关系例：例：脉冲重复频率脉冲重复频率4kHz，帧频，帧频20帧帧/秒，则每秒，则每帧扫描线为多少？摆动次数为多少？帧扫描线为多少？摆动次数为多少？200根，根，20次次/秒秒第49页/共86页51旋转式扇扫旋转式扇扫B超仪超仪a. 结构结构B 根据要求简单计算转速。根据要求简单计算转速。第50页/共86页52特点：特点： 优点优点：体积小，马达单方向旋转，扫描均匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。：体积小，马达单方向旋转，扫描均匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。 缺点缺点：所用晶片的一致性要求高。：所用晶

21、片的一致性要求高。第51页/共86页532.2.3 高速电子线扫高速电子线扫B超超 线阵线阵：将许多声学上相互独立的压电振子成：将许多声学上相互独立的压电振子成一线排列一线排列。 电子线扫电子线扫：用：用电子开关切换电子开关切换接入发射接入发射/接收电路的振子，使之接收电路的振子，使之分时组合分时组合轮流工作轮流工作 ，组合是探头的一侧向另一侧顺序进行的且每次仅有接入电路的振元组被激励，产生合成超声波束发射并接收，组合是探头的一侧向另一侧顺序进行的且每次仅有接入电路的振元组被激励，产生合成超声波束发射并接收 。第52页/共86页54 1.电子线扫电子线扫 B超的原理超的原理第53页/共86页5

22、5 2. 电子开关控制扫描方式电子开关控制扫描方式 控制探头中振子投入工作的次序和方式控制探头中振子投入工作的次序和方式 。 直接影响到扫描的线数直接影响到扫描的线数 。常规扫描常规扫描 隔行扫描隔行扫描 飞越扫描飞越扫描 半间距扫描半间距扫描 变孔径扫描变孔径扫描 微角扫描微角扫描 波束扫描制式波束扫描制式 第54页/共86页56第55页/共86页57半间距扫描半间距扫描第56页/共86页58微角扫描微角扫描扫描方向扫描方向A1A2B1B2第57页/共86页592.2.4 高速电子扇扫高速电子扇扫B B超（相控阵超（相控阵） 采用采用多阵元换能器多阵元换能器并对所有振元的激励脉冲进行并对所有

23、振元的激励脉冲进行相位控制，相位控制，实现合成波束的扇形扫描，声束很容易通过实现合成波束的扇形扫描，声束很容易通过小窗口小窗口透入人体内透入人体内 。第58页/共86页60 1. 相控阵扫描原理相控阵扫描原理 同相激励同相激励第59页/共86页61 相控发射波束（正偏）相控发射波束（正偏）第60页/共86页62 相控发射波束（反偏）相控发射波束（反偏）第61页/共86页63sindc1sin ()cd：延时等时间差：延时等时间差：波束偏转角：波束偏转角 d：振元间的距离：振元间的距离 c：声速，取：声速，取1540米米/秒秒 2. 延时与偏向角的关系：延时与偏向角的关系：第62页/共86页64

24、 3. 仪器组成与工作原理仪器组成与工作原理 产生延迟参数产生延迟参数N个等值时差触发信号个等值时差触发信号偏向角参数发生器偏向角参数发生器相控信号发生器相控信号发生器发送聚焦发送聚焦激励单元激励单元产生聚焦延迟产生聚焦延迟激励脉冲激励脉冲第63页/共86页65 电子聚焦电子聚焦 相控阵中的波束偏转与波束聚焦结合使用相控阵中的波束偏转与波束聚焦结合使用 ，就可以获得既偏转又聚焦的波束，就可以获得既偏转又聚焦的波束 。第64页/共86页66 4. 电子扇扫与机械扇扫的比较电子扇扫与机械扇扫的比较 机械扇扫机械扇扫电子扇扫电子扇扫波束波束较好柱状波束较好柱状波束波束副瓣较大波束副瓣较大性能性能灵敏

25、度及分辨力较高灵敏度及分辨力较高分辨力低分辨力低控制电路控制电路简单简单复杂复杂成本成本低低高高探头探头体积重量较大，运行体积重量较大，运行噪声强，寿命短噪声强，寿命短重量轻，工艺难重量轻，工艺难度大，没有机械度大，没有机械噪音，寿命长。噪音，寿命长。透声窗口透声窗口大大小小第65页/共86页672.3 B2.3 B超的性能指标超的性能指标 参数分类参数分类 技术参数技术参数 设计者、开发者必须了解的一类参数。设计者、开发者必须了解的一类参数。 使用参数使用参数 使用者、选购者必须了解的一类参数。使用者、选购者必须了解的一类参数。第66页/共86页68 技术参数技术参数1. 超声工作频率超声工

26、作频率 （） 实际辐射超声波的频率。实际辐射超声波的频率。 频率的选择频率的选择横向分辨力横向分辨力探测深度探测深度BB超仪器的工作频率在超仪器的工作频率在0.515MHz。第67页/共86页692. 脉冲持续时间（脉冲持续时间（） 探头受电激励后产生超声振动的时间。探头受电激励后产生超声振动的时间。 第68页/共86页70影响纵向分辨力影响纵向分辨力 脉冲宽度大，纵向分辨力降低。脉冲宽度大，纵向分辨力降低。第69页/共86页71影响近距离回波的分辨影响近距离回波的分辨 B 为相邻回波的最小可辨距离，它与发射脉冲持续时间及声速有关。为相邻回波的最小可辨距离，它与发射脉冲持续时间及声速有关。mi

27、nD持续时间持续时间声速声速最小可辨距离最小可辨距离分辨力分辨力第70页/共86页72影响脉冲持续时间的因素影响脉冲持续时间的因素超声工作频率超声工作频率探头阻尼特性探头阻尼特性激励脉冲宽度激励脉冲宽度B B B超发射脉冲宽度小于超发射脉冲宽度小于0.2us0.2us。第71页/共86页733. 脉冲重复频率脉冲重复频率 （） 每秒钟重复发射超声脉冲的次数。每秒钟重复发射超声脉冲的次数。决定最大探测距离决定最大探测距离max12DcT1cTffc为脉冲重复频率为脉冲重复频率第72页/共86页74B B B超脉冲重复频率通常在超脉冲重复频率通常在2k2k4kHz4kHz之间。之间。第73页/共8

28、6页754. 分辨力分辨力 成像系统分辨空间尺度的能力，用两回声点之间的成像系统分辨空间尺度的能力，用两回声点之间的最小可辨距离最小可辨距离表示。表示。 纵向分辨力（轴线分辨力、距离分辨力）纵向分辨力（轴线分辨力、距离分辨力）横向分辨力横向分辨力第74页/共86页76纵向分辨力纵向分辨力 受哪些因素的影响？受哪些因素的影响？a.发射超声频率发射超声频率 声波的纵向分辨力极限为声波的半波长声波的纵向分辨力极限为声波的半波长 ；b.脉冲持续时间脉冲持续时间 脉冲持续时间越短，纵向分辨力越高；脉冲持续时间越短，纵向分辨力越高； c.系统整体性能系统整体性能增益增益被测介质特性被测介质特性第75页/共

29、86页77横向分辨力横向分辨力 受哪些因素的影响？受哪些因素的影响？a.声束的宽度声束的宽度 横向分辨力的计算：横向分辨力的计算：1.22Sxr B目前利用聚焦声束，横向分辨力可达目前利用聚焦声束，横向分辨力可达2mm以下以下 。联系半扩散角表达式联系半扩散角表达式P13 式式1-30第76页/共86页78b.显示器性能显示器性能 显示器扫描线宽度是横向分辨力的上限显示器扫描线宽度是横向分辨力的上限 。而扫描线受声速和。而扫描线受声速和光点的大小的限制。光点的大小的限制。 c.系统动态范围系统动态范围第77页/共86页795. 探测深度探测深度 仪器发射的超声波束可穿透并能显示回声图像的被测介

30、质的深度。仪器发射的超声波束可穿透并能显示回声图像的被测介质的深度。 受哪些因素的影响？受哪些因素的影响？a.接收系统的灵敏度及动态范围接收系统的灵敏度及动态范围b.工作频率工作频率 c.发射功率的影响发射功率的影响 第78页/共86页806. 灰阶级灰阶级 接收机显示器辉度显示能力接收机显示器辉度显示能力 。a.灰阶级越高，显示回声图像的层次感强，图像的清晰度越高。灰阶级越高，显示回声图像的层次感强，图像的清晰度越高。 b.b.灰阶处理：压缩无用灰度级信息，保留并扩展具有诊断意义的微小灰度差别，使图像质量得到改善。灰阶处理：压缩无用灰度级信息，保留并扩展具有诊断意义的微小灰度差别，使图像质量得到改善。 第79页/共86页817. 聚焦方式聚焦方式 探头发射和接收的波束采用何种方法聚焦探头发射和接收的波束采用何种方法聚焦 。声学聚焦声学聚焦电子聚焦电子聚焦多点动态聚焦多点动态聚焦 混合聚焦方式混合聚焦方式第80页/共86页828. 图像帧频图像帧频 成像系统每秒钟内可成像的帧数成像系统每秒钟内可成像的帧数 。a.概念概念静态或慢速成像系统静态或慢速成像系统 准实时成像系统准实时成像系统 高速成像系统高速成像系统b.b.帧频升高使图像质量降低帧频