第四章_医用超声诊断与治疗仪器ppt课件

1、第四章医用超声诊断与治疗仪器.学习目的掌握超声成像的根本原理；掌握超声诊断仪的根本组成和构造；掌握B超的任务原理的构造组成；熟习超声诊断仪的种类；了解超声诊断仪的临床运用范围；第四章 医用超声诊断与治疗仪器.第一节 超声波的物理特性.主要内容1、什么是声波和超声波2、人体组织传播超声波的特征3、超声波在人体内传播的参数4、超声波的生物效应平安性.一、声波和超声波自然界有各种各样的波，根据其性质根本上分为两大类：电磁波机械波电磁能量场的变化在空间的传播过程无线电波、可见光和X线等，都是电磁波机械波是机械振动的机械力机械能量作用在延续弹性介质内的传播过程 声波、水波和地震波等都是机械波 .1890

2、年， 一艘名叫“马尔波罗号帆船在重新西兰驶往英国的途中，忽然奥秘地失踪了。 1948年初，一艘荷兰货船在经过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难缘由进展了长期的研讨。1、历史事件第四章 医用超声诊断与治疗仪器.2、关于次声infrasonic wave 经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的“凶手，是一种为人们所不很了解的次声的声波。 人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似0.000120赫，倘假设外来的次声频率与人体内脏的振动频率类似或一样，就会引起人体内脏的共振，从而使人产生上面提到的头晕、焦躁、耳鸣、恶心等等一系

3、列病症。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.在延续介质中传播的弹性波，假设其频率f在202104 Hz之间，那么能使人产生声音的觉得，这种波称为声波(sound wave)； 假设其频率在10420 Hz之间，那么这种波称为次声波(infrasonic wave)；假设其频率在21045108 Hz之间，那么这种波称为超声波(supersonic wave)。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.人能听到声音的频率为20Hz20000Hz，其中最敏感的频率2000Hz3000Hz。老年人的听觉随着年龄而衰退，能听到的频率约为50Hz12000Hz。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.实际上：频率越高，波长

4、越短，超声诊断的分辨率越好。3、医学超声200kHz至40MHz之间常用在1MHz到10MHz，波长在1.5mm至0.15mm频率范围第四章 医用超声诊断与治疗仪器.1频率：声源在一秒中内振动的次数，记作f。单位为Hz。3波长：沿声波传播方向，振动一个周期所传播的间隔，或在波形上相位一样的相邻两点间间隔，记为，单位为m二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器.4超声波的传播速度：超声波每秒钟在介质中传播的间隔称为声速，记作c，单位为m/s。它的大小由媒质的性质所决议；与媒质的密度和弹性模量有关。在人体软组织中传播的平均声速为1540s频率f、波长和声速c三者之间的关系是: c = f

5、 二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器.介质名称 声速(m/s) 介质名称 声速(m/s) 空气(0) 322 肾脏 1560 空气(15) 340 头颅骨 3360 石蜡油 1420 羊水 1550 生理盐水(37) 1532 晶状体 1474 人体软组织(平均值) 1540 玻璃体 1641 血液 1570 巩膜 1532 脑组织 1540 钢铁 1604 肌肉 1568 铝 5300 脂肪 1476 有机玻璃 6400 肝脏 1570 骨骼4620 超声波在各种介质中的传播速度.P:介质中超声波的压力与静压力之差.超声声场某一点的单位时间内，垂直于传播方向上单位面积产生平均

6、超声能量简称声强(用I表) 声场中某一位置上的声压与该处质点振动速度之比定义为声阻抗Z) 二、超声波的物理特性声压声强声阻抗 超声波声场的三个物理量第四章 医用超声诊断与治疗仪器.超声波在两种介质组成的界面上的反射和透射情况与两种介质的声阻抗亲密相关 声阻抗是表征介质声学性质的重要物理量对于一定频率的平面超声声波情况下，声阻抗具有简单的表达式Z=c C为声速。为介质密度媒质越硬，C值越高，声特性阻抗越大。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.超声诊断中常用的各种介质的声特性阻抗表 介质名称 密度(g/cm3) 超声纵波声速（m/s） 声阻抗 （105瑞利） 空气（22） 0.00118 344 水

7、（37） 0.9934 1523 0.000407 生理盐水（37） 1.002 1534 1.513 石蜡油（33.5） 0.835 1420 1.186脑脊液 1.000 1522 1.522 羊水 1.013 1474 1.493 肝脏 1.050 1570 1.648 肌肉 1.074 1568 1.684 人体软组织（平均值） 1.016 1500 1.524 脂肪 0.955 1476 1.410 晶状体 1.13616501.874颅骨1.658 3360 5.570 .二、超声波的物理特性由于这三类组织存在较大的阻抗差别，所以超声成像诊断只能用于那些有液体和软组织的区域第四章

8、医用超声诊断与治疗仪器.5、超声波的束射定向性人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向周围分散周围均能听到声音超声波频率很高，方向性强二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器.第一介质第二介质入射波反射波透射波介质分界面任何媒质总有一个边境，超声波在非均匀性组织内传播或从一种组织传播到另一种组织，由于两种介质声阻抗不同介质的密度和声速不同构成声学界面声学界面6、 超声波的反射与折射二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器.6、 超声波的反射与折射二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器声阻抗差越大，反射就越强，折射就越小。声阻抗差越小，折射就越强

9、，反射就越小。 .7、超声波的衰减超声波在介质中传播时，随着间隔添加，超声波能量逐渐减弱的景象。二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器.超声波的散射第四章 医用超声诊断与治疗仪器.二、超声波的物理特性第四章 医用超声诊断与治疗仪器超声波在人体组织中的衰减程度大小.第四章 医用超声诊断与治疗仪器二、超声波的物理特性8、多普勒效应由于波源和察看者之间有相对运动，使察看者感到频率变化的景象叫做多普勒效应。.第四章 医用超声诊断与治疗仪器二、超声波的物理特性多普勒效应(Doppler effect)1、景象(1842年发现)：当汽车向他驶来时，觉得音调变高；当汽车离他远去时，觉得音调变低。

10、2、音调：由频率决议，频率越高音调越高，频率越低音调越低。留意：频率由声源决议，实践频率并没有变化。.第四章 医用超声诊断与治疗仪器二、超声波的物理特性超声多普勒仪器上的换能器向人体内发射频率知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接纳，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度。这种方法可以检查心脏、血管、血液、瓣膜和胎心等的活动。 临床上运用多普勒效应:彩色多普勒超声诊断系统.第四章 医用超声诊断与治疗仪器心脏瓣膜&血管超声多普勒图像.第二节 超声成像根本原理.2.1 医学超声成像的根本原理 超声成像的信息主要由反射回波和散射回波所携带，一个典型的超声回波应包含大界面的反射回波位置信息

11、与小粒子的散射回波构造信息。目前超声诊断仪主要运用的是脉冲回波法原理；脉冲回波技术利用人体组织的不均匀性而引起的反射作用，经过检测脏器界面的反射波，实现组织定位，并检测其特性。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.2.1 医学超声成像的根本原理 (a)超声脉冲发射的瞬间，显示器上光点垂直偏移。(b)超声脉冲以恒定速度经过介质1，光点在显示器上构成程度扫描线。(c)当超声到达1、2介质的分界面上，一部分能量经界面反射，大部 分能量经过界面继续向前传播；反射回声到达探头，换能器将回 声信号转换为电信号，并成为显示器垂直偏转板的输入信号，显 示器上显示回声信号脉冲；(d)由2、3介质分界面反射的回声到达探

12、头，在显示器上显示出相应 的脉冲。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.2.1 医学超声成像的根本原理 超声诊断仪器中，普通脉冲超声的发射与接纳是由同一换能器完成的，根据发射脉冲和回波脉冲的时间间隔T，计算出反射界面与换能器声源之间的间隔： 式中，c为介质中的波速，生物体中除骨骼外，声速相差不大，因此在工程计算中通常取其平均值1540m/sA型超声成像波形图 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.第三节 医用超声诊断&治疗仪器.四大影像诊断设备功能特点X线机XCT磁共振同位素超声成像 透视 拍片 无创、无电离辐射 断层成像 实时、动态 形状、功能与定征 设备价钱廉价 构造形状 血流丈量 组织定征断层构造成

13、像 设备 简单 电离 辐射 影像 重叠 断层 摄影 电离 辐射 非实时 断层 摄影 设备 昂贵 非实时 断层 摄影 分辨 力低 放射性药物 断层 构造 代谢 功能 代谢功能. 超声诊断仪器向人体内发射超声能量，并接纳人体组织反射和散射的回波信号，根据其所携带的有关人体信息，加以检测、放大等处置，并显示出来，为医生提供诊断根据。 超声治疗仪器向人体发射一定功率的超声能量，利用其与生物组织相互作用产生的各种生物效应，对有疾病的组织起到治疗作用。 其它超声雾化设备超声清洗设备超声细胞粉碎设备第四章 医用超声诊断与治疗仪器3.1 医用超声仪器的种类.3.2 超声诊断仪器的根本构成 第四章 医用超声诊断

14、与治疗仪器.振荡器：即同步触发信号发生器，产生控制系统任务的同步触发脉冲，决议发射脉冲的反复频率。发射器：受触发后产生高压电脉冲鼓励超声换能器。换能器：产生超声脉冲，接纳由目的构成的回波脉冲信号并转换成电信号，送入回波信息处置系统。回波信息处置系统：由射频信号接纳放大器、检波器和视频放大器等组成，处置超声回波信息。显示器：显示图象信息。扫描发生器：在振荡器产生的同步脉冲控制下，输出扫描信号给显示器，使显示器上显示的超声回声图稳定。第四章 医用超声诊断与治疗仪器3.2 超声诊断仪器的根本构成 .换能器是超声仪器中的重要部件。其主要任务原理是利用晶体的压电效应。第四章 医用超声诊断与治疗仪器3.2

15、 超声诊断仪器的根本构成 接纳超声波发射超声波.常见超声探头.线阵换能器.凸阵式扇形换能器.相控阵扇形换能器.机械扇扫换能器.手术用超声换能器.经直肠超声换能器.经阴道超声换能器.3.3 超声诊断仪的显示型式 超声诊断仪器按超声回波信号显示型式的不同，主要可分为A型超声、B型超声、C型超声、M型超声及P型超声。一、A型超声Amplitude Mode A型显示即幅度显示，以回波信号的幅度表示界面反射的强弱，是一种幅度调制型仪器。反射强，振幅高反射弱，振幅低 特点：只能反映声线方向上部分组织的回波信息，不能获得临床解剖图，已根本淘汰。回声以波形显示 第四章 医用超声诊断与治疗仪器回波强度探头深度

16、时间.3.3 超声诊断仪的显示型式 二、B型超声Brightness Mode 在A型超声诊断仪的任务根底上，加上换能器的平面扫描，当换能器的位置逐渐改动时或采用多元换能器，使显示器上每一条时基线方向也相应地改动，那么每条显示线代表了产生回波的每一个界面的空间位置，从而构成一幅二维图象。是一种辉度调制仪器。回声以辉度显示 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 B型超声诊断仪器是一种辉度调制仪器，显示器上每个光点的亮度表示回波信号的幅度。按扫描方式分类，B超曾经开展了四代，包括手动直线扫描、机械扫描、电子直线扫描和电子扇形扫描。 B超图像由不同亮度的像素构成，像素亮度由反

17、射回声的强弱所决议。黑色：没有反射体液、空气灰色：中等反射组织白色：反射较强骨骼、软组织第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 B超的临床运用范围在妇产科中的探测人体内部脏器的轮廓及其内部构造的探测表浅器官内部组织探测线扫式断层B型超声波诊断仪适用于察看腹部脏器，如对肝、胆、脾、肾、子宫的检查；扇扫断层B型超声波诊断仪适用于对心脏的检查。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 三、C型超声Constant depth Mode C型超声与B超一样都显示的是辉度调制的二维切面图象 ，但与B超不同，其显示的平面是垂直于声线的平面。C 型显象平面与 B

18、型显象平面是相互垂直的，改动 C 型扫查深度，便可获得假设干不同深度的 C 型切面图象。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 C 型超声成像过程中，扫查平面距探头的深度是不变的。假设使扫查面距探头的深度发生变化，且扫查平面根据成像需求可设置为斜面、曲面，那么构成了F型超声。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 由于探头位置固定，心脏有规律地收缩和舒张，心脏各层组织和探头间的间隔便发生节律性的改动。随着程度方向的慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线，即为M型超声心动图。四、M型超声Motion Mode 回声以时间曲线显示 M型超声诊断仪采用

19、辉度调制的方法，使深度方向一切界面反射回波用亮点方式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 M型超声诊断仪根本原理构造图 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 五、P型超声Motion Mode 它可视为一种持殊的 B 型超声，超声换能器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、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。P型超声表示图 六、D型超声

20、Doppler Mode 超声的多普勒效应，显示人体内部运动器官的运动形状。 第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 七、彩色多普勒血流成像系统彩超彩色多普勒血流成像系统通常称为彩超是一种能同时显示B型图像和多普勒血流数据血流方向、流速、流速分布的双重超声扫描系统，可以得到彩色多普勒血流图.第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.3 超声诊断仪的显示型式 八、三维超声成像系统三维超声图像的重建及实时显示技术，三维超声成像方法有散焦镜法、计算机辅助成像和实时超声束跟踪技术。第四章 医用超声诊断与治疗仪器三维超声胎儿成像25周 三维超声胎儿成像28周 .3.4 超声诊断仪的扫查方

21、式 为构成一幅二维图象，换能器要与人体之间作相对运动，或声线的位置与方向要按一定规律改动，以获得不同位置不同方向上的回声信号回声线，这一过程称为扫查。波束方向的改动，可以机械方式改动换能器位置或发射方向，也可以电子方式控制换能器阵列的任务形状来实现。一、简单扫查 各声线在探查区内不相交 线扫线扫：换能器作横向平移，线距均匀，但视场的横向尺寸由换能器挪动间隔所限制，纵向尺寸由超声波穿透深度所限制。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.4 超声诊断仪的扫查方式 扇扫 弧扫 径扫 扇扫：换能器在被检查目前的上方作摆动，声线不均匀，近间隔处密度大，远处稀疏。优点是可经过狭小的窗口检查待查部位，如经过肋骨

22、之间的间隙检查心脏。弧扫：声线与扇扫相反。径扫：P型超声第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.4 超声诊断仪的扫查方式 二、机械扫查与电子扫查 1. 机械扫查：借助电动机带动换能器摆动或者转动，同时利用位置传感器延续地检测换能器地瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描线有相应的取向。摆动式扇扫B超仪探头 利用直流电机或步进电机驱动，经过凸轮、曲柄、连杆机构将电机的旋转运动转换为往返摆动，从而带动单个晶体换能器在一定角度(3090之间)范围内产生扇形超声扫描。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.4 超声诊断仪的扫查方式 旋转式扇扫B超仪 采用4个或3个性能一样的换能器，等角度安放在一个圆形转轮上，马达带动转轮旋转，每个换能器接近收/发窗口时开场发射和接纳超声波,各换能器交替任务。第四章 医用超声诊断与治疗仪器.3.4 超声诊断仪的扫查方式 2. 电子扫查：用电子方式控制多元换能器的任务形状，主要有两种任务方式：线阵、相控阵。线阵：由开关控制器控制每个振元，使其轮番任务。相控阵：任务时一切的振元被同时鼓励，经过控制加到各个振元上鼓励信号的相位控制延