超声基础知识

1、超声基础知识超声基础知识第1页主要内容1.超声诊疗物理基础2.超声成像原理3.超声应用超声基础知识第2页第一个别超声诊疗物理基础超声基础知识第3页声源、介质 声源：能发声物体称声源。声源振动后产生声波。在超声成像中，探头晶片高频振动时即产生超声 介质气体，固定，液体是传输声音介质声音必须在介质中传输，不能在真空中传输超声成像中，人体脏器，器官都是介质介质声学特征，与成像关系非常亲密超声基础知识第4页超声波与频谱图可听范围：20-0HZ超声波：20 000HZ超声成像范围：2-20MHZ1000HZ=1KHZ1MHZ=106HZ超声基础知识第5页医学超声波应用范围 3.5-5MHZ应用于成人心脏

2、及腹部成像 7-10MHZ应用于小器官成像，比如甲状腺，血管 10-40MHZ应用于血管和皮肤成像超声基础知识第6页超声波传输 超声波种类：横波：质点运动方向垂直于传输方向。在固体中波以横波形式传输纵波：质点运动方向平行于传输方向。在软组织中波以纵波形式传输。在超声诊疗中，主要应用超声纵波声速与介质相关固定液体气体空气液体固体超声基础知识第7页声波在软组织中速度在软组织平均速度是1540米/秒探测1cm深度目标所需时间为13us超声基础知识第8页超声波几个主要物理量波长( 一个超声波周期所经历长度)频率f (每秒发射超声波脉冲数量) C=*f f=1/T振幅A (超声信号强度)周期T (完成一

3、个完整波长所需时间)TimeWavelengthAmplitudeFrequency超声基础知识第9页超声诊疗物理基础（1）超声波回声是反射式超声成像基础界面反射超声在均匀介质中沿直线传输不一样介质界面，会发生反射与折射镜面反射及反射系数超声基础知识第10页超声诊疗物理基础（2）声学特征阻抗差异大界面反射特征 Z1Z2 （固体-气体）将会发生近乎全部反射，即强力反射，比如甲状腺（气管黑色）；肺部极难成像；超声耦合剂超声基础知识第11页超声诊疗物理基础（3）声学特征阻抗差异小界面反射特征假如Z1和Z2相近，则反射很小。软组织特征阻抗非常相近比如：肝-肾界面只有6%入射波能量反射会肝中，其余94%

4、能量透入界面送入肾超声基础知识第12页小结界面反射是超声成像基础，只要有1声阻抗差异，就会产生反射，所以超生对软组织分辨力非常高。假如不发生反射？反射太强？超声基础知识第13页超声波散射散射：入射声波碰到小界面时产生散射超声基础知识第14页超声波折射折射系数因为超声波在界面两边声速不一样，其声速之比决定折射程度假如速度相等，则不发生折射伪像产生折射人体各种软组织声速都是靠近超声基础知识第15页超声波声场特征声场分布由换能器发出超声后，呈狭窄圆柱形分布，其直径与晶体大小靠近，有显著方向性，称为超声束。主瓣和旁瓣 旁瓣会产生伪像克服旁瓣，增强主瓣 a-主瓣 b,c-旁瓣超声基础知识第16页超声波衰

5、减特征 超声波衰减与传输距离成正比；与频率2/3方成正比。 高频衰减大，低频衰减小（穿透力强） 引发衰减原因吸收散射，折射等减弱超声基础知识第17页超声多普勒效应多普勒公告：公式中，C，f0不变，v是改变多普勒效应是血流成像基础！超声基础知识第18页超声分辨力分辨力定义指超声检验时，能在荧光屏上被分别显示为两个点最小距离能力。轴向分辨力声束穿过介质中能被分辨为前后两点最小距离与超声波频率成正比最大分辨力为/2侧向分辨力或者横向分辨力与声束相垂直线或面上，能在荧光屏上被分别显示为两个点最小距离能力。与声束宽窄相关超声基础知识第19页超声穿透力 穿透力增加，以分辨力损失为代价 频率越高，分辨力越高

6、，穿透力越小 频率越低，穿透力越强，分辨力越低超声基础知识第20页超声诊疗优点 安全、无辐射。适合用于胎儿诊疗。 设备可移动，成本低。 实时成像 经过扫描角度改变，取得更佳图像。 多普勒检测血流量信息。超声基础知识第21页第二个别超声成像原理超声基础知识第22页超声模式在监视器上显示超声图像是二维图像，这与CT和核磁共振所形成图像相同。回波振幅Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 81. A模式：是一个振幅模式。它在显示上形成垂直偏转曲线图。2. B模式：是一个亮度模式。其图像由不一样亮度点所组成直线组成。点亮度代表接收到回声振幅。经过连

7、续扫描，二维剖面图像不停地被更新，这就是实时B模式。探头换能器监视器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 超声基础知识第23页3. M模式： M模式中M表示运动，M模式经过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿心率。TransducerTransducerTransducerTransducerLine 45 t1Line 45 t2Line 45 t3Line 45 t4t 1 2 3 4 5 6 7.4. D模式（多普勒模式）（后面详述）超声基础知识第24页图像形成全部超声仪器使用一样超声信号基础成份进行发射,并形成图像.

8、探头 脉冲发射器/接收器 中央处理器 数字扫描转换器 显示及存贮超声基础知识第25页图像形成(cont.)Sound beamTransducerPulser/receiverSystem CPUDigital ScanConverterMonitorRecordingDevicesVCR / PrinterLaser Camera超声基础知识第26页探头用于超声探头也称为换能器，是用来产生和检测超声波部件，即换能器。既是发射器，也是接收器。它是超声设备最主要个别。 结构： 详见右图所表示。 其中：压电陶瓷发射/接收超声波；声透镜轴向 聚焦；背衬材料预防产生超声波反向振动； 压电效应：是指含有

9、压电特征材料(陶瓷、石英) 在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。 工作原理： 主机经过电缆在基元上施加电信号，使基元振动，发出超声波，超声波经物体反射作用在基元上，使基元两端产生电信号，经过电缆传送至主机处理、显示。 声透镜压电陶瓷(基元)背衬材料衬套电缆物体发射反射超声基础知识第27页探头种类相控阵探头：3S曲阵探头：3.5C，4C线阵探头：10L腔内探头：经食道探头面阵探头：M7C超声基础知识第28页超声扫描方式超声设备在医学临床上有各种诊疗方式。当前主要采取以下方式：电子扫描方式 探头许多基元经过电子控制产生扫描波束而且经

10、过延时线对波束进行聚焦。 电子扫描方式机械扫描方式 特殊方式线阵机械扇扫斜向扫描凸阵（含微型凸阵）径向扫描梯形扫描相控阵扩充扫描向量扫描线阵：用于小器官、血管及术中。特点： 孔径大 近场视野宽 旁瓣影响小凸阵：也称弯曲线阵，与线阵区分在于 基元是弯曲。用于腹部和妇产科。特点： 近、远场视野宽超声基础知识第29页3. 机械扫描方式机械扫描是经过单个或多个基元机械运动（摆动）来产生超声波束。机械扇扫：是超声波束经过基元机械运动往返 摆动进行扫描。特点：制作成本低；扫描角度大。 噪音大；帧频低；寿命短。基元相控阵： 相控阵方式是经过连续变换延时线来得到产生超声波束不一样角度。主要用于心脏。延时线扫描

11、超声波束相控阵探头 经过延时线聚焦超声基础知识第30页 延时线路脉冲发射/接收 处理滤波器、对数放大器、时间增益控制 D S C数字扫描转换器监视器统计设备录像机 打印机 彩色打印机图象档案管理 存放硬盘、磁光盘主机探头超声系统超声基础知识第31页经过窄孔径，在近场聚焦中场经过宽孔径，在远场聚焦对每一深度聚焦动态接收聚焦透镜焦点聚焦 发散1. 聚焦 许多超声设备都有调整聚焦功效，对感兴趣区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清楚。超声系统几个聚焦方式：只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高帧频发射和接收端聚焦：可使图象质量更加好，不过帧频很低常见聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态

12、聚焦(CDF）名词解释超声基础知识第32页2. 宽频及变频5MHz5MHz传统探头宽频带探头频带宽度宽频变频有效地处理探头分辨率与穿透力矛盾主机带宽探头带宽远场近场5MHz10MHz3. 帧频帧频是指单位时间内取得图象帧数。高帧频能够捕捉细小信息。移动物体低帧频高帧频宽频是指探头工作频率范围比较宽。宽频带探头是实现变频基础。变频是一个新技术：改变同一个探头频率。若目标区域在近场，能够选取高频率；若目标区域在远场，能够切换到低频率。超声基础知识第33页4. 数字化数字化标志是数字化处理装置。前端数字化全数字化后端数字化个别数字化 数字化处理 A/D放大、处理显示放大、滤波 数字化处理 A/D目标

13、数字化延时数字化叠加数字波束形成器探头处理显示超声基础知识第34页5. 分辨率 分辨率是指对两个靠近物体识别能力，即对图象区分。轴向（纵向）分辨率：是指沿超声波束轴方向上可区分 两个点目标最小距离。轴向分辨率由超声波束波长所决定。普通来说，轴向分辨率为波长2到4倍?分辨率几何分辨率灰度分辨率轴向分辨率侧向分辨率 轴向分辨率高低 侧向分辨率高低侧向（横向）分辨率：是指对垂直于超声波束轴方向上可 区分两个点目标最小距离。侧向分辨率取决于超声波束宽度和波束聚焦情况。灰度（对比度）分辨率：是指对两个相同密度物体 识别能力。灰度分辨率几何分辨率平衡几何分辨率高灰度分辨率差超声基础知识第35页 多普勒技术

14、在超声诊疗中非常有价值。主要用于检测心脏、血管内血液流向，流速及流量。主要包含以下三种：- 脉冲多普勒(PW)- 高脉冲重复频率多普勒(HPRF) - 连续波多普勒 (CW). - 单连续波多普勒 - 可控连续波多普勒TXMRCVRCV假如接收体向着振动源运动，则接收到频率将高于发射频率。 假如接收体背着振动源运动，则接收到频率将低于发射频率。TXM1. 多普勒效应：振动源和接收体有相对运动时,所接收到回声频率不一样于振源所发射 声频率,其差异与相对运动速度相关,这就是多普勒效应。多普勒超声基础知识第36页2. 多普勒效应公式：2cos f。 C fV(cm/s)=V血流V (cm/s): 血流速度C (cm/s): 声速(15