医学超声信息显示方法

1、关于医学超声信息显示方法第一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 超声诊断以超声波为信息载波。目前，超声诊断的全自动化尚未实现，也就是说，超声诊断设备并不直接给出诊断结论。实际作法是将超声波探测得到的信息以某种方式显示出来，由医生观察，作出诊断。3.4 几种超声信息显示方法3.4.1 A型显示 A型超声诊断技术是一种最早出现而且是一维的超声诊断技术，它只是将声束位置上的组织按距离分布的超声信息在显示屏上以幅度(Amplitude)调制的形式显示出来。所以就把它称为A型。第二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.1 A型显示 A型显示是一维显示。它只用一个换能器(单探头，聚焦式

2、或非聚焦式)发射一束脉冲波至体内，并接收散射(或反射)回来的声波，转换为电压信号，在示波管屏幕上显示。A型显示以横轴（x轴）表示超声波传播的时间，亦即散射源或反射界面与体表的距离，纵轴表示散射或反射信号的幅度大小。由于A型显示结构简单，使用方便，适用性比较广，目前，超声波探伤仪多采用这种显示方式。A型显示的扫描电路是采用时间扫描，即通过时间扫描把随时间变化的电压按时间关系展开在荧光屏的水平偏转板上，光点随时间变化移动形成一条直线，称为扫描线。第三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.1 A型显示 由于探测到的回波距离与时间成线性关系，因此从扫描起始点开始到某一缺陷的回波的到达时刻，

3、就代表了缺陷回波的距离。 纵坐标：幅度 横坐标：时间 为了显示较大的动态范围，A型显示的幅度可采用对数表示。 第四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.1 A型显示 A型显示可以进行病变和内脏器官的定位和估计大小。但A型显示无法给出对缺陷或脏器的几何形状做出判断。采用二维显示可以给出几何形信息。 图 A型显示 第五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.2 M型显示 M型显示是运动器官或界面的一种动态显示方法。与A型一样，用一换能器发射一束脉冲声波进入体内，但其接收到的散射(或反射)回波信号被用来调制荧光屏上光点的亮度。纵坐标代表与回波信号相应点到体表的距离，横坐标则表示

4、不同时刻。这种显示方式适用于观察运动器官的工作情况。由M型显示得到的位移曲线，对时间微分可以得到速度曲线和加速度曲线，利用这套曲线，比较容易判断某些运动器官（如心脏）的疾病。 第六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.2 M型显示 M型超声诊断设备就是按照这一原理制造的。由于M超声诊断设备的一些特点，目前M型超声诊断设备几乎专用来对心脏的各种疾病进行诊断。如对心血管各部分大小的测量、厚度的测量、瓣膜运动情况的测量等。同时，在输入其它生理信号后，还可以进行比较研究，如研究心脏各部分运动和心电图、心音图的关系，研究心脏的搏动与脉搏之间的关系等。所以通常将M型超声诊断仪称为超声心动图仪。

5、常用频率为27MHz。第七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.2 M型显示 M型超声诊断仪，除了可用来对人体心脏进行检查外，还可用来研究体内其它各运动界面的活动情况，如对胎儿胎心的检查以及对一些动脉血管的搏动情况的检查等。利用M型超声诊断仪还可以做一些简单的人体断层图，虽然图像有些畸变，但由于简单，也可解决一部分问题。 第八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 当超声波声源与反射或散射目标之间存在相对运动时，接收到的回波信号将产生多普勒频移，它的符号及幅值大小与相对运动速度幅值和方向有关。在医用超声多普勒技术中，超声波发射和接收换能器固定，由人体内运动目标（如运动中的血细胞

6、和运动界面等）产生多普勒频移，由此可确定运动速度方向及其在体内的分布。通过测量多普勒频移，按式 3.4.3 多普勒血流显示 可以估算运动物体的运动速度。第九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 血液中有大量的红血球存在，由红血球的散射回声信号的多普勒频移，可以测量红血球的运动速度，继而得到血流速度。由于在声束照射范围或取样范围内有许多红血球，而它们各自的运动速度是不相等的。为表示出所有这些特征，在示波管屏幕上，以纵坐标代表血流速度的大小，而光点亮度代表具有相应速度的红血球的几率或百分比，而横坐标则为时间轴，这种图形称为多普勒血流速度分布图。它显示出血流速度分布几率随时间的变化。如图所示3

7、.4.3 多普勒血流显示第十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.3 多普勒血流显示典型的多普勒血流速度分布图第十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.3 多普勒血流显示 多普勒血流图的另一显示方法是用纵坐标表示探测范围内的血流平均速度，横坐标为时间，因而它所表示的是血流平均速度随时间的变化曲线，称为多普勒血流图，如图所示。 典型的冠状动脉多普勒血流图 第十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.4 二维图像显示 二维图像显示是目前超声诊断中常用的显示方法，包括B（brightness）显示方式和C显示方式和F显示，它所显示的图像与体内某一断层相对应，光点

8、的亮度对应于该位置回声信号的强度。多数超声诊断仪的二维图像是通过B型扫描方式获得。B扫描显示的是与声束方向平行的断层图像，纵坐标表示离体表的距离，横坐标对应横向位置。除B扫描外，各种成像方法得到的某断层的图像信号均可用二维图像显示，所显示的断面取决于成像方法。例如，C扫描的图像显示的是与声束垂直的断面，F型扫描显示的是任一曲面的图像，等等。 第十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.5 三维图像显示 由于荧光屏本身是平面显示器，真正的三维显示是难以实现的。所谓的三维图像显示通常是指按照立体投影原理，在一个平面上获得有立体感的三维物体的图像显示。为此，首先要得到物体在一个空间内的三

9、维图像信息，或者得到若干个相邻断层内的二维图像信息，然后按照投影原理，组成一个有立体感的图像。三维图像显示的目的在于使图像更加直观，便于作出诊断。 第十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.6 定量图像显示 定量图像显示也分为二维和三维图像显示，它与通常讲的图像之间的区别在于，这种图像的光点亮度(或灰阶)与介质的某一声学参量的大小相对应。例如，声衰减系数定量图像中每一个光点的亮度与该位置的声衰减系数大小相应，这个图像表示的是声衰减系数的定量分布。除声衰减系数定量图像外，还有声速定量图像，背向散射系数定量图像，非线性参量定量图像等。 第十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月

10、3.4.7 彩色编码显示 上述的图像显示方法均为黑白灰阶显示。由于人眼对灰阶的分辨能力远不如对不同颜色的分辨能力，且对于有不同背景亮度的同样的灰阶信号，人眼的判断会有不同，而对在不同颜色背景下的同一颜色，人眼却可以给出客观评价。鉴于这种情况，彩色显示对图像细节的鉴别会有好处。彩色编码显示就是指将图像信号的强弱人为地译成不同的颜色来显示，这样所得到的图像的颜色是伪彩色，它由信号的强弱和彩色编码方式来决定，而与物体本身的颜色无关。 第十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.4.8 直方图显示 直方图显示是一种统计显示方法，它所表示的是在一定区域内，对应于不同信号强度的像素的百分比。其横坐

11、标表示信号强度，纵坐标表示像素百分比(或几率)如图所示。 直方图主要表示的是介质的均匀程度，图上线条越集中，表明介质越均匀。 第十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 超声成象亦称为声成像，或者更严格地说是指在超声频段的声成像。声成像最近以来发展较快，尤其是用于医学诊断已经成为一种必不可少的手段。声成像的原理是用声波获得物体可见图像，由于声波可以穿透不透光的物体，故可以利用声波获得物体内部结构声学特性的信息，声成像就是把这些从物体内部获得的信息加以处理，变成人眼可见的图像，即可以获得不透光物体内部声学特性分布的图像。第十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3

12、.5 超声成像方法 声成像技术的研究可追溯到1920年，在此后一段时间内，由于技术上的原因，研究进展较慢。到了60年代末期，由于电子技术、计算机技术及信号处理技术的飞速发展，声成像技术的研究恢复了生机，到70年代已形成了几种较成熟的方法，大量商品化成像设备上市，在医学诊断中得到了极其广泛的应用，在工业材料的超声检测也得到了应用。 第十九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 常规声成像是光学透镜成像方法引伸而来的。但光学成像物体必须是透明的，声成像对所有介质而言都是“透明”的。用声源“照明”物体，物体的散射声信号(包括反射，背向散射或透射声信号)经聚焦后，在像平面上形成

13、物体的像。声像的实质是与物体声学特性相应的声强分布，把这些声强分布记录下来，转换成光学分布或电信号分布(其可方便地转换成荧光屏上的亮度分布)，即可获得可见图像。 第二十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 常规的声成像图像分辨率取决于单个透镜的分辨率。如图所示，设透镜孔径为D，把位于A点的点状物成像于A，设点状物A距透镜的距离为Z，由于透镜的孔径有限，所获得的像并非一个像点A，而是一个扩展了的像。第二十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法其扩展分布函数为 式中， 为波长， 为偏离Z轴的距离，D为透镜孔径， 为透镜的点扩展函数。 这种常规成像

14、系统对单点的3dB分辨率为 第二十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 透镜的孔径越大，分辨率越高，超声波频率越高，分辨率也越高，并且还和原物体距离透镜的距离有关。 常规声成像方法(包括常规声全息方法)是早期形成的声成像方法，灵敏度，信噪比都较低，不易采用信号处理技术，改进图像质量的潜力不大，实际很少使用。 第二十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 扫描声成像是通过扫描从不同位置“照明”物体和接收含有物体信息的声信号，经过相应的适当处理，获得物体声像，并在荧光屏上显示以获得可见图像。 扫描声成像方法的状况与常规声成像方法大不相同，近十余

15、年来，这类成像方法发展极为迅速，花样品种繁多，有些方法已定型大量生产，并获得了广泛的应用(如B型图像仪)，有些方法还处在研究和小规模试验阶段(如超声CT)；第二十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5 超声成像方法 有些方法的接收声信号与欲显示的物体声像直接对应，采用信号处理的目的在于提高图像的分辨率、显示动态范围、信噪比及加强有用信息的显示等(如B型、C型及F型图像仪等)，有些方法的接收信号需经过频谱分析才能转换成相应的图像（如超声多普勒成像），另有些方法的接收信号则需经过复杂的计算机重建(也可用硬件实现)才能得到所需的图像(如超声CT、合成孔径成像、三维图像、扫描声全息等)。

16、第二十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描） B型扫描成像可分为B型机械扫描成像和B型电子扫描成像。B型成像方式所得到的是与声束传播方向平行的物体断面的图像。B型机械扫描是用单一探头扫描，如图所示。 第二十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描） B型机械扫描成像的原理比较简单，重点介绍B型机械扫描成像。B型电子扫描成像声探头是一个阵列探头，由若干个阵元构成一组，分组发射和接收，或由电路控制各组的发射和接收，目前市场上提供的B型超声诊断仪采用的扫描方式主要有线扫描和扇形扫描两种。 第二十七张，PPT共三十八页，创作于2022

17、年6月3.5.1 B型成像（B扫描）纵坐标：声波的传播时间横坐标：探头的水平位置 无论是机械扫描和电子扫描，声束沿z方向传播，沿x方向扫描，逐次照射物体的不同区域，并且接收声束所达区域内物体的散射声信号，将声信号幅度调制荧光屏上相应位置的光点亮度，从而获得声束扫描断面内与声散射信号幅度对应的声图像。 第二十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描） 线扫描一般用切换扫描方式来实现，多个换能器组成线阵，控制使换能器分组发射和接收，如在 时刻让1,2,3,4,5阵元工作，在 时刻让2,3,4,5,6阵元工作，如此类推，实现线扫描，如图所示。第二十九张，PPT共三十八

18、页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描） 扇扫描则用相控扫描，也就是通过调整个阵元激励脉冲的时间延迟，改变各阵元发射声波到达某一位置时的相位，从而控制聚焦点和声束的方位的变化，如图所示。 设在 时刻，各阵元的时延为聚焦点为 ，声束方位角为 ；在 时刻，各阵元的时延调整为聚焦点变为 ，声束方位角为 ；如此类推，实现声束的扇形扫描。 线扫描和扇形扫描的阵列都是沿着x轴布放的。由于扫描的声束是平行的，相应的图像比扇形扫描的要清晰，密度均匀。因此，在超声诊断中，尽量用线扫描。第三十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描）（信号处理） 对声图像进行后置处理后

19、再显示，突出所关心的细节，更有利于观察，可获得更多的信息。 (1)深度补偿 由于被成像物体的声衰减特性，来自不同深度的散射信号强弱差别很大。为了获得亮度较为均匀的图像，需要根据被成像物体的声衰减特性，对来自不同深度的散射信号给予不同程度的放大，称为深度补偿或时间补偿。比如说对一块材料探伤，如果位于不同深度的缺陷，它们的性质是一样的（包括几何尺寸，形状等），它们在屏幕上的亮度应该是一样的。第三十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描）（信号处理） 但缺陷的深浅不同对超声波的反射强度也不同，因为声波在传播过程中会有衰减，这个衰减和声波的传播距离有关。在信号处理过程

20、中要对由于距离造成的衰减进行补偿，对较深的缺陷的反射信号给予适当的放大，对较浅的缺陷回波给予适当的压缩，使得最后在屏幕上对缺陷的性质有一个直观和正确的显示。 目前市场上的超声诊断仪的深度补偿多数为可调的，使用者可以根据被检查对象的声衰减情况调节深度补偿曲线，以便得到最佳的图像显示效果。 第三十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描）（信号处理） (2)对数显示 由于被成像物体例如人体组织的复杂性，各处散射或反射信号的强弱差别很悬殊，可达120dB左右，为保证图像显示的动态范围，B型成像仪广泛采用对数放大。对数显示属于非线性处理，处理的结果是突出了小量，而对大量

21、进行了压缩，比如放大1倍： 20log1=0dB放大100倍： 20log100=40dB放大1000倍：20log1000=60dB 对数放大使得所需要的进行显示的量都在动态范围内。这样处理的结果是削弱了大量，使得强信号不那么明显了，但它有利于弱信号的检测。 第三十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月3.5.1 B型成像（B扫描）（信号处理） 之所以采用对数放大，和人类的听觉和视觉对声音和光的感觉规律是相符的。人耳对声音的感觉不是线性的，而是呈对数关系。人眼对光的感觉也是对数关系。举一个身边的例子罢，比如在晚上对冰灯摄影，在人眼看来，作为背景的冰灯是很明亮的，但是如果用照相机机械摄影时，处了闪光灯能打着的地方在照片上比较清楚外，背景有可能是黑乎乎的，这时因为人眼对光的感觉是对数