医学超声学大纲

1、medical ultrasonics正常解剖异常图象生理性病理性一、正常图象超声医学是理、工、医相结合的一门新兴科学，已被应用于医学的许多领域，主要包括： *超 声 诊 断 超 声 治 疗 超声工程技术超声诊断的类型按超声诊断的工程技术原理可分为下述6种方法：（一）、超声脉冲回声检测法（a型、m型、b型、c型、三维）（二）、超声多普勒检测法 （三）、超声ct诊断法 （四）、超声全息诊断法（五）、超声显微镜诊断法 （六）、非线性声参量b/a诊断法超声体外碎石法超声治癌法超声手术刀超声去脂法超声节育法超声抗早孕法高强度聚焦治疗肿瘤（hifu) (high intensity focused lt

2、rasound)超声面部美容、去脂、超声空气加湿、超声洁齿等。 超声医学发展简史 1880年，居里兄弟发现了压电效应。 超声治疗的兴起早于超声诊断，1917年法国物理学家朗之万在研制水下超声发射器时，已观察到超声对水中浮游生物体的作用。20年代后期已有了利用超声热效应的超声治疗仪的发明。医学超声与军事、工业中的超声技术几乎是同时产生和发展的。超声诊断始于20世纪40年代，50年代初期应用于临床。70年代快速成像得以应用，80年代声学多普勒效应用于超声诊断，90年代三维超声和介入超声得以实现。a型诊断技术：1942年，dussik和firestone等开始将第二次世界大战主要用于军事工业的超声探

3、伤技术运用到医学诊断，即利用a型法透射测试颅脑。1946年，firestone提出利用超声脉冲回声法的a型诊断技术原理。1950年，wild用a型诊断技术获得脑肿瘤的反射波。从此利用脉冲反射超声诊断逐步取代透射法a型超声诊断。 20世纪50年代，a型超声诊断在世界上获得推广应用，取得了对腹部肿瘤、胆、肾结石、乳腺肿瘤、眼科视网膜剥离、妇产科等方面的诊断效果。1958年底，我国周永昌教授等改进江南型超声探伤仪，取得对多种疾病实行a型超声诊断的成功，开创了我国医学超声诊断事业。 b型诊断技术： 1967年asherg、bom等研制了实时二维（b型）超声显像仪，超声诊断跨入了实时显像阶段。1980年

4、美国临床应用的超声显像仪总台数已超过了x射线机，向近百年来在医学图像检查中一直占垄断地位的x线图像进行了挑战。这是医学史上的一件大事，称1980年为医学超声年。彩色超声多普勒技术：1984年，日本首先研制成的彩色超声多普勒血流显像仪具有重大价值。三维成像技术： 20世纪90年代开始以来，医学超声诊断技术将进一步利用高新技术的发展成果。三维成像技术已进入临床使用阶段。 超声医学发展趋势学术团体中国超声医学工程学会：创建于1984年6月，下设8个专业委员会：1、颅脑超声专业委员会（主任委员：华扬 首都医科大学宣武医院超声科）2、眼科超声专业委员会（主任委员：胡士敏 首都医科大学北京同仁医院眼 科）

5、3、超声心动图专业委员会（主任委员：杨浣宜 北京阜外心血管医院超声科）4、腹部超声专业委员会（主任委员：刘明瑜 河北医科大学第四医院超声科）5、仪器工程开发专业委员会（主任委员：张德俊 中国科学院武汉物理与数 学研究所）6、超声生物效应专业委员会（主任委员：冯若 南京大学声学研究所）7、计划生育超声专业委员会（主任委员：毓星 国家计划生育委员会药具发 展中心 北京）8、超声治疗专业委员会（主任委员：王智彪 重庆医科大学超声医学工程研 究所）国内主要相关刊物1、中国超声医学杂志2、中国超声诊断杂志3、中华物理学杂志4、中国生物医学工程学报5、应用声学6、现代医学仪器与应用7、中国医学影像技术8、

6、中华超声影像杂志9、临床超声医学杂志超声诊断设备公司及其产品日本阿洛卡株式会社（aloka co.，ltd）（北京西城区南礼士路66号建威大厦1507室）超声仪器专业厂家1960年：全球第一台超声诊断仪1971年：全球第一台电子线阵实时b型超声诊断仪1983年：全球第一台彩色超声诊断系统飞利浦 医疗系统（philips medical system）（北京朝阳区建国门北大街8号华润大厦16层）是全球最大的医疗设备制造商及相关服务供应商之一。其产品包括心血管造影x射线系统，通用x射线系统，核磁共振成像系统（mri），计算机断层扫描系统（ct），超声成像系统。1985年：全球第一台全数字化超声系统

7、1990年：全球第一台超宽频带超声影像系统1998年：全球第一台造影剂谐波超声影像系统西门子（中国）有限公司医疗系统集团（siemens ltd.china medical solutions group）北京朝阳区望京中环南路7号是全球最大的医疗设备制造商及相关服务供应商之一。其产品包括：普通x射线系统，核磁共振成像系统（mri），计算机断层扫描系统（ct），超声成像系统，核医学，放射治疗设备、医学影像网络系统及介入治疗设备.美国通用电气医疗系统（中国）有限公司）（ge medical systems china）北京朝阳区光华路甲8号禾乔大厦北座6层全息彩色多普勒超声诊断仪笔记本式超声诊断

8、仪上海麦迪逊医疗器械有限公司（韩国）（shanghai medison medical instruments co.，ltd上海市蒲东新区金沪路1135号三维超声诊断系统便携式凸阵超声仪东芝.三广医疗株式会社（toshiba co.，ltd）北京朝阳区光华路甲7号汉威大厦a座23层高档、超高档全数字化彩色多普勒超声诊断仪便携式黑白超声诊断仪（便携式设计，变频探头技术） 汕头超声仪器研究所（是我国最大的超声仪器开发、生产的高新技术企业，在国内同行业中率先通过iso9001质量保证体系认证，美国fda认证、欧共体安全标准ce标志认证，汕头b超已出口世界40多个国家和地区，在世界超声仪器市场上占有

9、一定份额。沈阳东软数字医疗股份有限公司（是专业从事彩超、ct、x光机、核磁共振设备的高技术企业。 拳头产品：多声束三维彩色超声诊断系统） 江苏海鹰企业集团有限责任公司江苏徐州圣普医疗设备技术有限公司中科院生物医学工程研究所（天津）广东威尔医学科技股份有限公司无锡康宁医疗电子设备开发公司无锡祥生医学影像有限公司无锡贝儿森影像技术有限公司天津医疗电子仪器公司天津索维电子技术有限公司广州倍力医疗广州信腾医用设备有限公司武汉超信电子工程有限公司南京东大科进实业有限公司扬州中惠集团公司四川绵阳索尼克电子有限公司厦门新威新科技发展有限公司超声治疗设备公司上海爱沈科技发展股份有限公司（与上海交大、中科大等合

10、作） （超声聚 焦肿瘤消融机）重庆海扶技术有限公司（重庆医科大学、重庆医科大学附属第二医院为主体 组建（“海扶刀”即高强度聚焦超声肿瘤治疗系统， 是世界首创无创绿色治疗的大 型医疗设备，已出口 英国、东南亚等地。）北京天使科技发展有限公司（多功能治疗仪）北京惠普优生物技术开发公司（超声乳化降脂系统，超声扫描脑血管 治疗系统）北京源德生物医学工程股份有限公司（高强度聚焦超声肿瘤治疗系统）深圳希复康医疗技术股份有限公司（立体定位高强度聚焦超声肿瘤治疗 系统）北京中科医疗设备公司（超声波去脂减肥仪，白内障超声乳化仪）北京健仁复康科技有限公司（超声扫描心脑血管多功能治疗仪，超声降血 脂仪）参考书 生物

11、医学超声学 万明习，科学出版社 医学影像工程 学 李海云，严华刚 机械工业出版社医学超声及应用 吴水才，杨春兰 北京工业大学出版社 第一章 第一节 人类研究与使用的声波频率已从10-41013hz10-416hz 次声波1620khz 可听波20khz 109 hz 超声波109 1013hz 特超声超声波是指频率大于2万赫兹(hz)，超过人耳听域上限的声波。医学诊断用超声频率在1兆赫20兆赫(mhz)之间，最常用者为25 mhz10mhz 。超声波应用频率范围20khz100khz：动物超声波交流，导航及捕捉猎物100khz（105hz）1mhz（ 106hz）: 声纳(声音导航及 测距).

12、 超声治疗.1 mhz 20mhz:医学诊断用超声频率 2.5mhz 5mhz:心脏及腹部成像, 此频率能穿透组 织可达15 20cm.随着频率的增加,穿透力下降. 7mhz 10mhz:用于小器官的成像,如甲状腺、乳腺、 眼睛，只需4 5cm的穿透深度。声波与电磁波的不同：1.声波传递的是机械能，电磁波传递的是电磁能2.声波传播需要介质（不能在真空传播），电磁波传播 不需要介质（能在真空传播）3.声波在不同介质中传播速度不同，电磁波在不同介质中传播速度不变4.超声波传播具有方向性，电磁波传播 是漫射性的纵波横波1、频率与周期3、声速 人体不同组织中声速各异。固体成分较多或纤维组织 (主要为胶

13、原纤维)含量较多的组织，声速较高；水分含量较多的组织，声速较低；含气体的脏器中，声速最低。如头颅骨中声速为3860ms，人体软组织中声速为1500ms，水中声速为1523m s ，空气中声速为332ms。有关介质的声速4、声阻抗5、声场与功率 安全剂量的强度100mwcm2 第二节 一、方向性好(指向性)（direction） 同一换能器在不同频率下工作，其指向性将随频率的提高而趋明显。 指向性差的声束不仅横向分辨力差，且灵敏度低和易引入伪像。 常采用聚焦法改善声束的特性。（1）纵向分辨力 (longitudinal resolution)纵向分辨力或称轴向分辨力：是指脉冲超声在介质中传播过程

14、中，能分辨声波传播方向的两个界面的最小距离。它与所用的超声频率成正比。单纯从理论计算，其最大理论分辨力为1/2 。例如5mhz超声在人体软组织中的波长为0.3mm(c=f )，其纵向分辨力的最大理论值为015mm。但实际上纵向分辨力受到发射声脉冲持续时间的影响，其实际分辨力是理论分辨率的l518。超声诊断上，一般能分辨清的最小病灶的线度为波长的5倍。例如，当超声频率为1mhz、越声波长为1.5mm，可分辨的最小直径为7.5mm；其频率为15mhz、波长为0.1mm可分辨的最小直径为0.5mm。可见超声频率越大，分辨力越高。（2）横向分辨力 (transverse resolution) 超声波

15、的传播特性一、声反射 声反射 (1)由于超声在各层界面的反射和折射，反映了人体内部各层组织的信息，所以说，超声的反射是医疗诊断的基础。（利用反射，提取信息，进行诊断） (2)空气与人体软组织间声阻抗差异较大，当超声在人体中遇到含气脏器和组织时反射强烈，透射声波能量小，在显示屏上很难看到含气的脏器和组织后方的结构。（不适肺、肠、胃等组织器官检查）(3)空气与压电材料之间特性阻抗差异很大， z1z2，使得声强反射系数很大，这时超声波几乎全部被反射。若超声由压电材料直接向空气发射，则反射极大，发射效率将很低，所以不能向空气发射超声波。在超声诊断中用超声探头向体内发射超声波时，为了避免超声波在皮肤表面

16、反射损失，需要在探头与皮肤接触处，涂上与人体软组织的特性阻抗相近的液体石蜡油，称之谓声耦合剂，涂上声耦合剂后，探头与皮肤表面可保持全面的接触，增加超声波的透射量。（空气与压电材料之间声阻差大，用耦合剂） (4)除了与介质的声阻抗差有关以外，反射强度还受入射角的影响。根据snell法则，反射角等于入射角。当入射角等于零，即入射声束与界面垂直时，反射声束循原入射途径返回，几乎全部被探头接收。当入射声束不与界面垂直时，反射声束沿与入射角相等的反射角发生反射，入射角逐渐加大时，反射角也逐渐加大，越来越多的反射声束将不能披探头接收、当入射角等于90o时，入射声束与界面平行，不产生反射。因此，在影像超声检

17、查时，应力求入射声束与组织界面垂置。三、超声特性二、绕射 三、散射散射 病理性四、吸收与衰减1、定义：在日常生活中往往有这样的体会，当一列火车鸣笛疾驰从身边开过时，会听到汽笛的音调发生显著的变化。在火车接近观察者时，音调(声频)变高；而当它离开时，音调变低。如果把火车当作声源，人耳当作声接收器，那么这种由于声源与接收器之间的相对运动，使接收器接收的频率与声源发出的频率不一样的现象叫做多普勒效应。它是由奥地利物理学家christian doppler在1842年发现的。2、频移及影响因素 当声波在介质中传播时，如遇到活动的界面，反射或散射回声的频率(将随界面活动的情况)发生改变反射回声与入射声波

18、频率存在差别, 反射回声与入射声波频率之差称为多普勒频移fd。界面朝向探头运动时，回声频率增高，呈正向频移；界面背离探头运动时，回声频率减低，呈负向频移。频移的大小与界面运动的速度成正比。利用多普勒效应可探测血流或组织器官的活动方向及速度。 多普勒效应 由于多普勒效应产生于运动目标之间，所以超声多普勒方法可以用来检查人体内部运动器官和组织的状况比如对心脏、血流和胎儿的检查诊断。（2)对血管和血流的测定 用超声多普勒测量血流的最大优点是非侵人性，不损伤机体。利用超声多普勒不但可测瞬时血流，而且可测得血流分布图，得到血管纵断面血流分布，对诊断血栓、脉管炎有价值。利用超声多普勒法可以进行血压测量。还

19、可以对脉搏的搏动情况进行研究即利用超声多普勒仪进行切脉。利用超声多普勒法对血管可方便地显像。对断肢再接时血管接通情况可方便地检查，给外科手术提供了一个有效的测量手段。对眼底动脉的测量，可以很快鉴别出血管硬化的程度。 (3)在产科方面的应用 超声多普勒在妇产科方面的应用主要是对胎儿胎心及胎盘定位的检查。利用连续波超声多普勒诊断仪可以较早确诊胎儿的存活情况。利用超声多普勒分娩监护仪，可以监护胎儿心率变化。通过测量母体胎盘的血流声，可以对胎盘定位。 超声诊断原理主要应用超声的良好指向性和与光相似的反射、散射及多普勒(doppler) 效应等物理特性将超声发射到体内，并在组织中传播，当正常组织或病理组

20、织的声阻抗有一定差异时，它们组成的界面就发生反射和散射，再特此回声信号接收，加以检波等处理后，显示为波形、曲线或图像等。由于各种组织的界面形态、组织器官的运动状况和对超声的吸收程度等不同，其回声有一定的共性和某些特性，结合生理、病理解副知识与临床医学，观察、分析、总结这些不同的规律，可对患病的部位、性质或功能障碍程度作出概括性以至肯定性的判断。第四节 目前在超声医学诊断中，产生与接收超声波的方法多采用压电法。即应用了某些晶体的压电效应与逆压电效应。 1880年，法国物理学家居里(pcutie)兄弟发现某些晶体在外力作用下产生电场，这种现象称为压电效应(piezoelectric effect）

21、。不仅如此，在1881年居里兄弟根据李普曼 (glipmann)的预言，证实了压电效应的可逆性，即这些晶体沿着电轴方向具有电致伸缩现象，称之为逆压电效应。 某些自然生长的单晶体如石英、电气石，以及一些经人工培养和控制的单晶材料，如硫酸理、铌酸锂、酒石酸钾钠，由于它们的离子电荷分布的特性，构成了压电特性。一、压电效应 1、正压电效应 2、逆压电效应 二、超声换能器（超声探头） 三 医用压电材料压电单晶体(石英，sio2):第一代压电材料目前压电振子常用的材料是人造压电陶瓷锆钛酸铅(pzt) 第二代压电材料 优点：电¡ª声转换效率高、性能稳定、易成形、 成本低； 超声诊断使用的

22、各种探头，多采用发/收性能兼顾的pzt-5型压电陶瓷材料；而超声治疗使用的各种换能器，多采用强电场下低损耗的发射型材料pzt-8。 压电高分子聚合物(如聚偏氟乙烯) 第三代压电材料 复合压电材料(聚偏二氟乙烯和锆钛酸铅复合)四 压电材料的性能参数压电体的参数是反应压电材料性能的标志，它除了力学性质，电学性质外，还有压电性质 在压电材料中场强e和电位移d使之产生应力t和应变s；反过来压电材料中的应力t和应变s，也会产生晶体内部的场强e和电位移d。若加上激励电压时电学量e和d就会引起机械量t和s的产生，从而引起晶体厚度发生伸缩变化产生超声波；反过来，当接收回波时，晶体厚度发生伸缩变化而引起场强e和

23、电位移d的产生，即得到一个电压信号。 2. 机电耦合系数kt 机电耦合系数kt是表示压电体中机械能和电能之间互相转化的程度，是衡量压电体机电能量转换效率的重要参数。压电陶瓷其能量中有较大一部分能量可进行压电交换，其机电耦合系数高。 kt值越大，换能器的灵敏度越高。3.压电系数压电体把机械能转变为电能，或把电能转变为机械能的转换系数叫压电系数、它反映了压电体中力学(弹性)与电学介电性)之间的耦合关系发射系数(1)压电应变系数d：当压电体处于应力恒定的情况下， 单位电场强度变化所引起的应变变化。或电场恒定时，单位应力变化所引起的电位移变化。 (2)压电压力系数e：压电体在应变恒定时，单位电场所引起

24、的应力变化，或电场恒定时，单位应变所引起的电位移变化。 频率常数n 定义： 压电体谐振频率fr与沿振动方向的几何尺寸（厚度、长度、或直接）的乘积 e:弹性模量 ， ：密度压电振子常采用薄的圆片、方片、矩形片在厚度振动的两对面敷上电极。为抑制并不需要的其他振动并保持一定的指向性：圆片的直径/厚度10方片的边长/厚度10医用超声波的频率范围医用超声波的安全剂量超声波的反射超声波的散射超声成像原理多普勒效应超声测定血流速度和血流方向的原理正压电效应、逆压电效应超声换能器的工作原理压电材料及参数, 压电振子第二章 超声诊断仪原理 和结构第一节 超声成像技术第二节 超声诊断仪的基本组成及构造第一节超声成

25、像技术超声波束垂直照射人体组织时，声束可以在组织中传播，在传播路线上会遇到不同的组织和脏器，且它们的声阻抗传播速度等声学特性各异。声束通过它们间的界面时会发生反射、折射和散射等光学现象。超声成像技术就是利用这些现象，使通过人体组织的超声束形成图像，以此来分析图像诊断疾病。按成像的工作原理分三种：(1)反射法（回波法）包括a型、b型、m型、c型、三维等几种；(2) 透射法：包括包括超声ct、超声显微镜和超声全息。透射型超声成像设备需有两组探头，一个发射，另一个接收并使收发探头同步地对被扫查的标本作扫描。将透过标本的超声信号接收下来，并经过放大后送至显像记录装置就可得到相应的透射像。(3)透过反射

26、法： 图像信息产生于超声束透过人体组织及经组织界面反射、散射的变化，如透过反射型超声诊断仪、透过反射型超声ct等。 反射法（回波法） 人体组织有不同的声阻抗和声速，因面在界面上会反射超声波，又称回波。这些界面两边的媒质的声学特性差异并不很大，所以大部分超声能量穿过界面继续向前传播，当遇到第二个界面时，又产生回波，并仍有大部分超声能量穿过第二个界面继续前进。这样可以得到第三个回波、第四个回波等，因此反射法又称脉冲回波法。 当界面1的回波到达探头时，探头将这一振动信号转换成一个电信号，经电子线路接收放大后加在显示屏的垂直偏转板上，这样在显示屏上显示出第一个回波脉冲信号，因此当界面2的回波信号到达探

27、头时，显示屏形成第二个脉冲回波信号，有几个界面就形成几个回波。1、脉冲回波信号的强弱就代表界面的信息；2、脉冲回波测距：界面与探头的距离就是深度，它反映的是脉冲波发出到达界面，然后返回到探头，所经过的往返路程的一半。因此声源到界面1的距离即媒质1的厚度l为：( c为声波在媒质中的传播速度，t为发出脉冲波到接收界面反射回波的一段时间(渡越时间），依据不同界面的回波返回时间t，可以求出各界面与探头的距离。)超声波发射超声波照射声束扫查回声接收显示记录一、超声波发射据逆压电效应，由探头发射超声波二、超声波照射所谓声照射，即是指声束通过不同组织间的界面时会发生反射、折射和散射等光学现象。 当探头沿被探

28、查对象表面直线运动时，垂直偏转板上所加的时基线电压所形成的扫描线与探头同步移动，这样就可以在示波屏上显示出相应部位的断层声像图来。可见，为了获得断层像，探头必须运动，我们把探头的移动叫扫查或称扫描。如果探头不动，而让发射的超声束移动也可以达到同样的效果。如利用多元线阵探头和相控阵探头就可以使声束移动。声束扫查形式有多种，可分为三种基本模式和多种复合模式。 1线扫：指声束在人体体表进行直线式移动，相邻各条声束间等距又平衡。获得一幅矩形声像图。 2扇扫：声束在人体体表并不位移，只作角度变换，相邻各条声束间等长又偏角相等，获得一幅扇形声像图。 3弧扫：声束对准体内某一深度处的目标，而沿体表的自然曲

29、度作弧形位移。获得一段较长的纵切图或整个腹部的横切图。（一）三种基本模式为线扫、扇扫和弧扫摆动式机械扇扫探头构成：由一块晶片组成；原理：微型电机驱动晶片， 作扇形来回摆动；优点：成本低，容易修复；缺点：噪声大，磨损严重。旋转式机械扇扫探头构成：由多块晶片组成；原理：微型电机驱动晶片， 作360度旋转；优点：噪声小，磨损较轻；缺点：成本高，修复较难。线阵型探头构成：由6-8个阵元沿一 直线排列组合；每个阵元分割成若干窄条振子。原理：阵元组依一定顺序工作，用电子开关轮番地接通，形成线性扫描。评估：近场视野大，易受肋骨、气体影响。凸阵型探头构成：阵元的窄条振子被均匀分布在凸形圆弧上；原理：同线阵，只

30、是其波束是作扇形扫描；评估：能避开胸骨和肋骨遮挡，无噪音，可替代机械扇扫探头。相控阵探头构成：与线阵类似，仅阵元数少些，故结构紧凑。原理：通过适当调整、控制各单元激励信号的相延(或时延)，以实现声速偏转。评估：优点与凸阵相似，但旁瓣较明显。(二)复合扫查模式1. 弧一扇扫：在弧扫位移途中，于若干点作扇扫能在一次检查中将许多声束交叉复合，而形成回声信息丰富的图像。 2线一扇扫：在线扫的起始和最后加两个小角度扇扫，以扩展观察视野。 3圆周扫: 扇扫的角度一般在30°- 90°的范围内，圆周扫为360 °的显示，可获得以探头为中心的圆形断面图像。常用于各种腔内检查。四、

31、 回声接收回声接收是由探头、高频放大器、脉冲检波器及视频放大器等来完成的。探头将接收的微弱回声信号转变成微弱的电信号（正压电效应） ，再由高频放大器放大到脉冲检波器所需要的幅度，经检波后输出单向视频传号，再经视频放大，加到显示器显示出图像。 回波电信号经高频放大后，再由检波器作检波。回波电信号中含有目标的多种信息，如幅度、频率、相位、时间等，检波器根据终显要求检出所需的相应信息。包括幅度检波、频率检波、相位检波等。 超声诊断仪中，大多采用幅度检波，即检出信号的包络。由检波器输出的脉冲包络信号，频率比较低，属于视频信号，信号较弱，由视频放大器放大。五、显示记录三种显示方式：幅度显示（amplit

32、ude mode ）即a型超 声辉度显示（brightness mode）即b型超 声彩色显示即彩色超 声(1) 幅度显示把回声信号加到示波管的y偏转板上从而在示波屏上看到脉冲信号，回声幅度大，脉冲波形也大，若在x偏转板上加锯齿形扫描电压，就可以把几个界面的回声脉冲按界面的深浅展开在示波屏上。 (2)辉度显示把回声信号加到示波管控制栅极上(或阴极上)，利用脉冲回声电信号改变控制栅极与阴极之间的电位差的方法改变辉度，使回声信号变成亮度增强信号，回声信号幅度大，示波屏上增亮程度大，反之就暗。这样就出现了一个辉度调制的时间基线。由于断层显像仪的时间基线电压通常多加在垂直偏转板上，故回声信号变成了自上

33、而下的光点群，光点群之间的距离代表界面离开探头的深度或界面之间的距离，光点的明暗代表了回声信号的强弱。这样就可以用辉度来表示回波信号的强弱。灰阶灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。（3）彩色显示把回波信号加到显示器的控制栅极(或阴极上)，这一点与辉度显示相同，但是不用亮度而是用颜色来表示回声信息，所以这个颜色并不是真实颜色，因此称为伪彩色显示，因为人眼对彩色敏感，所以用伪彩色就能更好地区分微小的辉度差别。主要用于血流的测定（即彩色多普勒仪器）彩色编码显示彩色编码就是用不同的颜色来表示声信号的幅度的一种显示方式，所显示的彩色并不反映目标真实的颜色，是伪彩色。

34、第二节 超声诊断仪的基本组成及构造超声诊断仪的组成(1)超声换能器 (2)基本电路(3)显示器 超声换能器（探头）定义：是将电能转换成超声能，同时也可将超 声能转换成电能的一种器件。a、压电振子(压电晶片） -换能器的核心 1、医用压电材料：按物理结构分为四大类：压电单晶体(如铌酸锂、酒石酸钾钠等)压电多晶体(又称压电陶瓷，如偏铌酸铅、锆钛酸铅(pzt)等) 压电高分子聚合物(如聚偏二氟乙烯) 复合压电材料(聚偏二氟乙烯和锆钛酸铅复合)目前压电振子常用的材料是人造压电陶瓷锆钛酸铅(pzt) 优点：电声转换效率高、性能稳定、易成形、成本低； 缺点：频率不够高等 一 超声换能器原理探头原理探头原理

35、据控制扫查方式 1机械式 利用机械原理使声束扫查，多用在扇扫式b超上 分为摆动式、旋转式探头。 2电子式 此类探头都是多元阵结构，利用电于学原理进行声束扫查。不存在机械振动和噪音，使用寿命较长。 由于它们的结构和工作原理不同，又分为线阵型（外周血管和小器官检查）、相控阵型（心脏检查）、凸阵型（腹部和妇产科检查）及环阵式探头。 摆动式机械扇扫探头构成：由一块晶片组成；原理：微型电机驱动晶片， 作扇形来回摆动；优点：成本低，容易修复；缺点：噪声大，磨损严重。旋转式机械扇扫探头构成：由多块晶片组成；原理：微型电机驱动晶片， 作360度旋转；优点：噪声小，磨损较轻；缺点：成本高，修复较难。线阵型探头构

36、成：由6-8个阵元沿一 直线排列组合；每个阵元分割成若干窄条振子。原理：阵元组依一定顺序工作，用电子开关轮番地接通，形成线性扫描。评估：近场视野大，易受肋骨、气体影响。凸阵型探头构成：阵元的窄条振子被均匀分布在凸形圆弧上；原理：同线阵，只是其波束是作扇形扫描；评估：能避开胸骨和肋骨遮挡，无噪音，可替代机械扇扫探头。相控阵探头构成：与线阵类似，仅阵元数少些，故结构紧凑。原理：通过适当调整、控制各单元激励信号的相延(或时延)，以实现声速偏转。评估：优点与凸阵相似，但旁瓣较明显。环形相控阵探头构成：由一系列同心的圆环形晶元体组成。原理：适当调整、控制圆环形晶元体的激励信号和接收信号的相延(或时延)，

37、使声束聚焦的焦距作连续或步进式移动。评估：全程横向分辨力高。三 换能器的组成压电振子 匹配层 聚焦件 背衬块压电振子: 产生压电效应的核心单元,由电极和压电晶体组成。换能器的许多特性参数主要由压电振子决定匹配层 是位于压电振子前面的一层或多层的声学材料。作用： 使高声阻抗的压电振子与低声阻抗的人体组织间达到阻抗匹配，以提高声能的最大传输效率，所以为阻抗匹配层。匹配层的条件：特性阻抗： 表面加一层匹配层，其特性阻抗为： 表面加两层匹配层其特性阻抗为： （z0为压电陶瓷的特性阻抗，zl为人体的特性阻抗）声透镜 位置：在探头的匹配层与人体组织间； 材料：常用塑料或树脂制成； 作用：声聚焦和换能器的保

38、护层； 原理：透镜材料的声速大于周围介质声 速时声束可折射效应发生会聚。背衬块(吸声块) 位置：位于压电振子背后； 材料：钨粉树脂橡胶粉强吸声物； 作用：防消除后向干扰；实现窄脉冲， 提高纵向分辨力； 原理：强烈吸收背向辐射的超声能量， z吸z晶（2）机电耦合系数k 在压电效应中，转换输出的能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根。机电耦合系数k是表示压电体中机械能和电能之间互相转化的程度，是衡量压电体机电能量转换效率的重要参数。压电陶瓷其能量中有较大一部分能量可进行压电交换，其机电耦合系数高。 k值越大，换能器的灵敏度越高。（3）压电系数压电体把机械能转变为电能，或把电能转变为机械

39、能的转换系数叫压电系数、它是压电材料所特有的一组重要参数它反映了压电体中力学(弹性)与电学介电性)之间的耦合关系在压电材料中场强e和电位移d使之产生应力t和应变s；反过来压电材料中的应力t和应变s，也会产生晶体内部的场强e和电位移d。若加上激励电压时电学量e和d就会引起机械量t和s的产生，从而引起晶体厚度发生伸缩变化产生超声波；反过来，当接收回波时，晶体厚度发生伸缩变化而引起场强e和电位移d的产生，即得到一个电压信号。(1)压电应变系数d：当压电体处于应力恒定的情况下， 单位电场强度变化所引起的应变变化。或电场恒定时，单位应力变化所引起的电位移变化。 (2)压电压力系数e：压电体在应变恒定时，

40、单位电场所引起的应力变化，或电场恒定时，单位应变所引起的电位移变化。 d 、e较大时，能用较低的电压产生较大的声压，适宜做发射型换能器，故称压电发射系数。发射系数四.超声换能器的应用特性(3)压电电压系数g：当压电体的电位移恒定时，单位应力变化引起的场强变化；或应力恒定时，单位电位移变化引起的应变变化。 (4)压电劲度系数h：压电体在应变恒定时，单位电位移引起的应力变比，或电位移恒定时，单位应变引起电场强度变化。g、h较大时， 在同样的声压条件下，可使压电材料产生较大的电场强度因而能对外输送较大的电信号适宜做接收型换能器，所以又称为压电接收系数。（4）居里点压电材料开始丧失压电性的温度。（4）

41、居里点压电材料开始丧失压电性的温度。基本电路 超声诊断仪除连续多普勒用连续波外，大多用脉冲波，后者种类很多，但基本结构大致相同。(一)主控电路 即同步触发信号发生器，它周期性地产生同步触发脉冲信号，分别触发发射电路与扫描发生器中的时基（深度）扫描电路。重复频率越高，显示器图象越亮。脉冲重复频率采样下限要求： 如二尖瓣运动波形的最高多普勒频率为100hz， 则脉冲重复频率应选择高于200hz；脉冲重复频率采样上限要求： 如最大探测深度定为20cm，往返为0.4m，声速为1500ms,则需时为t0.41500260us，对应 重复频率为f1/t3846hz，一般最高取3khz。(二)发射电路 发射

42、电路受同步信号触发后，产生高压电脉冲去激发换能器，换能器受到激发后，便发射一定频率和宽度的脉冲超声波。(三)高频信号放大电路 换能器发出脉冲波后，即接收其来自人体内的超声回波并将它转换为高频电信号，继而通过高频信号放大电路放大。时间增益补偿（ tgc ）即衰减校正：人体组织有一定的衰减系数。超声波强度随着通过人体组织的深度增加而减弱，为了补偿这部分损失，使所有界面信号能清楚显示，特加入此电路。它的作用是使放大电路的增益随时间(即深度)而变。所以，称为时间增益控制tgc。也有人称灵敏度时间控制。属于对数放大器（非线性放大器）。(四)检波器 回波电信号经高频放大后，再由检波器作检波。回波电信号中含

43、有目标的多种信息，如幅度、频率、相位、时间等，检波器根据终显要求检出所需的相应信息。包括幅度检波、频率检波、相位检波等。 超声诊断仪中，大多采用幅度检波，即检出信号的包络。由检波器输出的脉冲包络信号，频率比较低，属于视频信号。(五)视频信号放大 由检波器输出的脉冲包络信号，频率比较低，属于视频信号，一般具有1v左右的峰值和30 db左右的信号动态范围，需要经过视频信号放大器作适当的放大，放大到适当的幅值才能在显示器上显示。在没有使用数字扫描变换器的b超仪中，检波输出的视频传号，经视频信号放大器放大以后直接用于阴极射线管(crt)调节显示器的亮度。而在现代的数字扫描变换器的b超仪中，则在信号合成

44、及d/a转换后，经视频信号放大器放大调节显示器的亮度。(六)扫描发生器 扫描发生器受主控电路同步触发信号触发，产生扫描电压加到显示器的水平（a型）或垂直（m型）偏转系统上，产生时间或深度基线。 三、显示器 从人体反射回来的超声信息最终是从显示器或记录仪上显示的图象中提取的。 整个crt由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。 基本工作原理 由加热阴极发射出的电子被聚焦成为电子束，通过电场(示波管)或磁场(显像管)的作用改变电子束运动方向(偏转)，并继而轰击涂有荧光物质的屏幕的不同部位，使之发光，由这些光点在屏幕上组成一幅图象。1、电子枪 电子枪由阴极、控制极和阳极组成。2、偏转系统 使电子束在x方向和

45、y方向发生偏转，从而控制光点在荧光屏上的位置。3、荧光屏 是将电能转换为光能的一种器件，超声图像、波形及字符等就在这里显示出来。电子束轰击荧光屏产生光点的维持时间，取决于荧光粉的余辉时间。对于扫描慢的成像方式，要用长余辉荧光粉的crt才能保持图像(曲线)显示的连续性。对于中短余辉的crt，要采用够快的重复扫描，才能维持无闪烁的图像。每秒25帧以上的扫描速度成像，称为实时图像。 1. a、b、m超声诊断仪的成像，属于反射（回波）成像法，利用了超声波的反射及散射原理.2.超声ct、超声显微镜、超声全息属于透射成像法3.反射（回波）成像法经历了：超声波发射、超声波照射、声束扫查、回声信号接受、信号转

46、换、显示等过程。4.声束扫查的三种基本形式？5.机械式探头与电子式探头扫查的原理？6.超声诊断仪的高频放大器加有对数放大器及时间增益补偿（tgc），其作用？7. 彩色超声诊断仪的彩色显示为何是伪彩色？8.超声诊断仪的组成？9.超声换能器发射超声波与接受超声波的原理？10.目前超声换能器所用的压电材料主要是：11.压电材料或超声换能器的性能参数有：12.超声探头的组成？各有何作用？13.超声诊断仪的基本电路组成包括： 其作用？14.脉冲重复频率及脉冲重复周期？其大小决定于？15.阴极射线管包括？第三章 超声诊断的类型 第一节 概 述回波型超声诊断仪的分类影像超声（解剖超声）： 一维：a超(amp

47、litude mode) 、m超(motion mode) 二维：b超(brightness mode) 三维：立体血流超声： 一维：脉冲（pw，pulse waveform）、连续多普勒 二维：彩色多普勒血流显像（colour doppler） 三维：立体彩色多普勒a、b型仪器主要给出探查区域内有关解剖结构和组织特性的信息；而m型和多普勒超声仪器反映体内运动界面和血液流动的动态变比a型是最早的超声诊断仪器。而b型仪器是目前最普遍使用诊断设备、它常与a、m型和多普勒系统复合、并带有心音、心电等生理信息测量和显示功能 b型诊断法是超声诊断的主要方法。b型诊断法得到的是二维切面图，具有直观的优点。

48、a型诊断法以波型显示，虽有利于阐明某些超声诊断的原理，对教育工作和实验研究有一定的作用。但从临床应用角度来说，a型法除因其测量距离的精度较高，在脑中线、眼科超声仍用于生物测量外已为b型超声所替代。m型诊断法和多普勒频谱法须在b型的二维图像上取样，才能更好地了解该m型曲线和多普勒频谱的回声来源。彩色多普勒血流图和彩色多普勒能量图或其他彩色血流图均须叠加在二维图上，才能为医生们接受。彩阶图是由二维灰阶进行伪彩色编码而来，仍脱离不了b型。三维成像技术也必须与b型超声成像仪相结合，或用二维图像由计算机重建；二维图像质量的好坏，直接影响三维图像的质量。第二节 a超即幅度调制型（amplitude mod

49、e）超声诊断。以探头接收到的超声脉冲信号的幅度为纵坐标，而以超声脉冲的传播时间为横坐标的一种显示方式。（一）原理把回声信号加到示波管的y偏转板上从而在示波屏上纵坐标显示回声脉冲信号，回声幅度大，脉冲幅度大，在x偏转板上时间（深度）加扫描电压，横坐标显示超声脉冲的传播时间（深度）。超声波用于临床诊断，首先始于a型诊断法，60年代初已在我国普及，其临床应用范围相当广泛，70年代a型诊断法逐渐地被b型诊断法取代，这是电子技术发展的必然结果。然而，a型诊断法对某些疾病的诊断仍有一定的价值。如脑中线探测、浆膜控积液的诊断及穿刺定位、对肿块物理性质的判断以及在眼科方面的测量等。（二）临床应用脑中线探测 脑

50、中线探测用于诊断脑内有无肿瘤及颅内血肿等占位性病变。 1仪器条件：探头频率选用125mhz或o8mhz，儿童可用25mhz。探测深度比例为1：2，即1格等于2cm。”增益”开大至10，“抑制”调到o(儿童可适当降低灵敏度)，如发现灵敏度太高，杂波多，可加大“抑制”，使进波、中线波及出波能同时清晰地出现。 2探测方法：取仰位或坐位。先在双侧外耳上方额部皮肤上涂抹耦合剂。然后置探头于外耳道孔上46cm处，使探头紧贴皮肤，略侧动、移动探头，让声束垂直于中线结构界面，使中线波跃出清楚而稳定。 3正常颅脑回声图(1)进波 继始波后一束饱和波，系来自头皮、皮下组织及颅骨的回声。(2)出波 屏幕最右侧的单高波，亦可出现23个贴近的高波，系对侧颅骨等回声。(3)中线波 位于进波与出波的中间，为一稳定的单高波。眼球探测 为对眼球作全面探测，同时又便于判断病灶所在部位，采用“五线直接探测法测法”。 1眼球五