《医学超声成像原理》ppt课件

1、医学超声成像原理3.4 超声波成像原理超声波成像原理超声波成像技术超声波成像技术超声波探测技术可以分为两大类，即基于回超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声探测技术和基于多普勒效应的波扫描的超声探测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。超声探测技术。基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了解器官的组织形状学方面学范畴的检测、了解器官的组织形状学方面的情况和变化。的情况和变化。基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功能情况和血流动力学方面的解组织器官的功能情况和血流动力学方面的生理病理

2、情况，如观测血流形状、心脏的运生理病理情况，如观测血流形状、心脏的运动情况和血管能否栓塞检查等方面。动情况和血管能否栓塞检查等方面。医学超声波诊断仪A型超声波诊断仪M型超声波诊断仪B型超声波断层显像仪超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 超声三维成像系统超声CT 型超声示波法v机理：以波幅变化反映回声情况v特点：一维波形图，不直观v用途：鉴别液、实性包块，测距v 目前临床不再运用 显示特点：探头不动向人体反射并接纳声波，根据回波出现的位置，回波幅度的高低、外形、多少和有无，确定被检体病变或解剖部位的信息，但特异性不突出，还缺乏解剖学特征。进进波波中线波中线波底波底波肿瘤波肿瘤波型超声扫描法v机理：v

3、 以单声束取样，获得活动界面回声，v 再以慢扫描方式展开v特点：一维时间运动曲线图v用途：分析心脏和大血管的运动幅度M M型曲线图型曲线图型超声显象法v机理：v 不同的光点反映回声变化，v 用切面显示正常组织与异常组织 v特点：二维断面图像，灰阶/彩阶v 实时显示，直观v用途：及其广泛v 肝脏肝脏B B超超心脏心脏B B超超D型超声多普勒法v机理：利用Doppler原理对心血管内血流进展探测分析v频谱多普勒PW+CWv 以频谱曲线显示，检测血流动力学参数 v彩色多普勒血流显像CDFIv 彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质二尖瓣血流二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流二尖瓣血流PW声束的聚焦声束的

4、聚焦 要提高超声成像系统的灵敏度和分辨力，除了对线阵探头实施多振元组合发射外，还需求对超声进展聚焦，使声束变细，使强度聚焦收敛，提高声束的穿透力和回波强度，从而提高灵敏度和分辨力 声束聚焦分为： 1、声学聚焦 2、电子聚焦 超声波束处置技术超声波束处置技术 在超声波发射和接纳时.采用多种波束处置技术，使主波束变窄，旁瓣变小.如今，先进B超设备中已采用的具有实践效果的波束处置方法有:(l)使晶体外表凹陷;(2)采用声学透镜聚焦;(3)可变孔径;(4)电子聚焦;(5)动态聚焦;(6)实时动态聚焦;(7)动态变迹等. 一凹面晶体用这种聚焦方式，焦点的声束比较细，横向分辨性能好.但是，一旦偏离聚焦范围

5、，声束比未聚焦的还粗，因此，采用这种聚焦型探头，要留意聚焦范围的深度、普通可分成近间隔、中间隔和远路离3个档次。与光学聚焦原理类似，在平面晶体外表附加声学透镜，可使超声波束会聚到一点，即焦点.焦点深度，即焦距。由声学透镜曲率半径、超声波在声学透镜中的传播速度和人体中声速所决议.声学聚焦声学聚焦、电子聚焦 对线性换能器阵的各阵之上加上适当延时的鼓励脉冲，那么可在预定的间隔上获得聚焦波。二、电子聚焦二、电子聚焦 所谓电子聚焦，就是控制各振元的相位，使其发射的所谓电子聚焦，就是控制各振元的相位，使其发射的超声束在焦区得到同相相长加强，到达聚焦的目的，实践上超声束在焦区得到同相相长加强，到达聚焦的目的

6、，实践上是经过控制延时到达控制相位的。是经过控制延时到达控制相位的。 延时量的计算：延时量的计算：分别为分别为L1L1，L2L2，L3L3，焦距，焦距F=35cmF=35cm，阵元间距，阵元间距d=0.5mmd=0.5mm，由图可得，由图可得 L1=3.5d=3.5 L1=3.5d=3.50.5=1.75mm0.5=1.75mm L2=2.5d=1.25mm L2=2.5d=1.25mm L3=1.5d=0.75mm L3=1.5d=0.75mm 设声速c=1540m/s 那么第1号振元与第2号振元的相差延时量为： 1=S1/c=0.02141/1540103=13.9ns 同理2号振元与3号

7、振元之间的延时量为： 2=S2/c=9.27ns 3号与4号振元延时差为： 3=S3/c=4.64ns 设第1号及第8号振元无延时，那么2号振元延时时间为： 1=13.9ns 3、6号振元延时时间为： 1+2 2=13.9+9.27=23.17ns 4、5号振元延时时间为： 3=1+2+3=27.81ns 那么延时量是如何实现的，是经过延迟线来实现的。1220(1 1() )cmndtF 三 聚焦探度和焦点直径 在聚焦点，声束宽度最小。在焦点附近一个有限的范围内，聚焦声束宽度小于同一阵列换能器同时被鼓励，即未聚焦时所产生的声束宽度。离焦点越远，聚焦声束宽度越宽，直至大于同一阵列换能器未聚焦声束

8、宽度。动态电子聚焦动态电子聚焦 为了提高成像系统的分辨力，需求进展为了提高成像系统的分辨力，需求进展聚焦，焦区以内的声束变细了，确实提高聚焦，焦区以内的声束变细了，确实提高了分辨力，但焦区以外，声束不仅没有变了分辨力，但焦区以外，声束不仅没有变细，反而变得更粗了，焦区以外的分辨力细，反而变得更粗了，焦区以外的分辨力不仅没有得到提高，反而变得更差了，因不仅没有得到提高，反而变得更差了，因此需求整个穿透深度上都要进展聚焦，使此需求整个穿透深度上都要进展聚焦，使整个深度上的分辨力都得到提高。整个深度上的分辨力都得到提高。动态电子聚焦又分为：动态电子聚焦又分为： 1、等速动态电子聚焦、等速动态电子聚焦

9、 2、全深度分段动态电子聚焦、全深度分段动态电子聚焦 1 1、等速动态电子聚焦、等速动态电子聚焦 等速动态电子聚焦是经过计算机等速动态电子聚焦是经过计算机控制，以一定的速度改动发射和接纳的延控制，以一定的速度改动发射和接纳的延迟时间，使焦点随发射波和接纳同步挪动，迟时间，使焦点随发射波和接纳同步挪动，使整个深度的一切位置，都有良好的横向使整个深度的一切位置，都有良好的横向分辨力，显然这种聚焦最为理想，但由于分辨力，显然这种聚焦最为理想，但由于焦点挪动速度快，延时分级细，延时程度焦点挪动速度快，延时分级细，延时程度高，故电路更复杂，本钱更高。高，故电路更复杂，本钱更高。2 2、全深度分段动态电子

10、聚焦：、全深度分段动态电子聚焦： 全深度分段动态电子聚焦就是将探测深度全深度分段动态电子聚焦就是将探测深度分成假设干分成假设干 ，只对每个段分别进展聚焦，接纳时，只对每个段分别进展聚焦，接纳时只取每个焦区的回波信号，最后将各段焦区的回波只取每个焦区的回波信号，最后将各段焦区的回波信号迭加合成一行回波信号。信号迭加合成一行回波信号。 优点是：分段数少，延迟线分段段数少，优点是：分段数少，延迟线分段段数少，操作简便，本钱低。操作简便，本钱低。 缺陷是：成像速度慢，精度低。缺陷是：成像速度慢，精度低。 但可以但可以TVTV方式显示，以慢入快出的方式对方式显示，以慢入快出的方式对存贮器进展续写，并进展

11、各种图像处置，从而就得存贮器进展续写，并进展各种图像处置，从而就得稳定明晰图像。稳定明晰图像。 四四 可变孔径技术可变孔径技术 变孔径技术，在近场采用小孔径，在远变孔径技术，在近场采用小孔径，在远场采用大孔径。场采用大孔径。扫描方式扫描方式 一、扫描：换能器在被探查区域获取人体信息的运动过程叫扫描。 机械扫描与电子扫描机械扫描与电子扫描机械扫描与电子扫描1机械扫描：机械扫描： 借电机带动换能器旋转或摆动，同时借电机带动换能器旋转或摆动，同时位置传感器延续地检测换能器的瞬时取位置传感器延续地检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描向，并产生位置信号，使显示器的扫描方向有相应的取向。方

12、向有相应的取向。2电子扫描：电子扫描： 用电子方法控制多阵元换能器实现扫用电子方法控制多阵元换能器实现扫描，分为线性扫描和相控阵扫描。描，分为线性扫描和相控阵扫描。线阵扫描线阵扫描 线阵探头长为线阵探头长为1015cm1015cm，宽为，宽为1cm1cm左右左右用电子开关切换多元换能器振元，使之轮番任务，用电子开关切换多元换能器振元，使之轮番任务，为了提高系统的分辨力和灵敏度，通常有相应的为了提高系统的分辨力和灵敏度，通常有相应的假设干个相邻的小单元同时遭到鼓励，发射一束假设干个相邻的小单元同时遭到鼓励，发射一束超声并接纳其回波，然后舍去前面一个，纳入后超声并接纳其回波，然后舍去前面一个，纳入

13、后面的一个单元，发射一束超声波，依次类推，发面的一个单元，发射一束超声波，依次类推，发射许多平行声束，扫查目的区。射许多平行声束，扫查目的区。相控阵：阵元数较少，长度短，普通13cm左右，宽1cm左右。 任务时，同时鼓励一切的振元，并适当地控制加到各振元上的鼓励信号的相位实践上是控制延时来改动超声的发射方向，接纳时对接纳信号出作类似的相控，并构成扇形扫描。超声波束的扫描超声波束的扫描(线阵线阵 一、组合顺序扫描 设总振元数为n，振元组中振元数为m设m=4，那么鼓励顺序为：14，25，36，47 即顺序扫描是用电子开关顺序切换方式，将相邻m个振元构成一个组合，发射一束超声，使之分时轮番任务。 特

14、点：扫描方法简单，但声束间的线距等于振元距，声束线数为n-m+1, 较少，不利于提高分辨力。 二、组合间隔扫描二、组合间隔扫描 组合顺序扫描的缺陷是：线距较宽，线数较组合顺序扫描的缺陷是：线距较宽，线数较少，图像质量较差，要提高图像质量，必需减少，图像质量较差，要提高图像质量，必需减小声束的线距。小声束的线距。 1、d/2间隔扫描间隔扫描 设总振元数为设总振元数为n，子振元组合分为二组：一，子振元组合分为二组：一组为组为m，一组为，一组为m+1，假设，假设m=5， 那么分组鼓励顺序为那么分组鼓励顺序为15、16，26、27，37、38。 特点：其声束间距为特点：其声束间距为d/2，线数添加了一

15、倍。，线数添加了一倍。 三、微角扫描三、微角扫描 设有设有n个振元，子振元组为个振元，子振元组为m，分组情况类，分组情况类似组合顺序扫描，但对子振元组似组合顺序扫描，但对子振元组m个振元鼓励个振元鼓励的相位略有不同，使射出的声束线与中心线有的相位略有不同，使射出的声束线与中心线有微小偏角，然后将相位的变化规律颠倒过来，微小偏角，然后将相位的变化规律颠倒过来，就得到偏向中心线另一侧的另一条声束线，这就得到偏向中心线另一侧的另一条声束线，这样总共得到样总共得到n-m+12各声束线，线密度提各声束线，线密度提高了一倍，但由于声束线有一个微小偏角，而高了一倍，但由于声束线有一个微小偏角，而显示扫描线依然平行，故图像存在一定畸变。显示扫描线依然平行，故图像存在一定畸变。 电子相控阵扇形扫查波束的时空控制：该探头中既没有开关控制器也没有子阵，这是由于相