超声成像原理专题宣讲

1超声成像原理（二）云南医学高等专科学校医学影像系孙静2023/4/221超声成像原理专题宣讲第1页定义：声源与接收器在连续介质中存在着相对运动时声波频率将发生改变。多普勒效应(Dopplereffect)超声物理基础二、超声传输特征2P1632023/4/222超声成像原理专题宣讲第2页超声传输特征超声物理基础多普勒效应(Dopplereffect)

在声源与观察者作相对运动时，声波密集，频率增高；在背向运动时声波疏散，频率减低，这种引发声波频率改变现象为多普勒效应。32023/4/223超声成像原理专题宣讲第3页超声传输特征超声物理基础

换能器发出一定频率超声波，碰到活动大界面或小界面，反射或散射回声频率发生改变，反射回声与入射回声之差称为频移。

在超声医学诊疗中，超声多普勒技术可用于检测心血管内血流方向、流速和湍流程度等。42023/4/224超声成像原理专题宣讲第4页七、多普勒效应（一）定义：当振源（声源）与接收器之间出现相对运动时，接到振动（声波）频率与振源（声源）发射频率有一定差异，这种现象称为多普勒效应。其改变频差称频移，如界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离探头运动，则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。心壁、血管壁、瓣膜等运动和血液流动均可引发多普勒效应。2023/4/225超声成像原理专题宣讲第5页多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动接收到频率有改变（频移）

探头探头探头向探头运动背离探头声源界面静止2023/4/226超声成像原理专题宣讲第6页（二）、人体内多普勒效应P189产生条件：超声进入人体后，只要碰到运动界面即产生多普勒效应。（一）层流（朝向探头-红，背离探头-蓝）（二）湍流：(正向-黄

红+绿，负向-青蓝+绿)（三）射流：层流湍流血管狭窄绿色：代表流速快且紊乱血流射流探头探头2023/4/227超声成像原理专题宣讲第7页红+绿=黄蓝+绿=青红+蓝=品红如湍流血流方向朝向探头，红色+绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间血流图象；如湍流血流方向背向探头，监色+绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间血流图象；2023/4/228超声成像原理专题宣讲第8页------如湍流血流方向朝向探头（如分流束），红色+绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间血流图象（舒张期：二狭、三狭，）；-----如湍流血流方向背向探头（返流束），监色+绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间血流图象（收缩期：主狭、肺狭）正常情况过二尖瓣或三尖瓣为红色血流，过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流2023/4/229超声成像原理专题宣讲第9页超声原理彩色多普勒(colordoppler)

彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负频移。在显示器上以不一样彩色显示不一样血流方向和流速。P18910图像特征2023/4/2210超声成像原理专题宣讲第10页对一些非对称结晶材料（如石英）进行一定方向加压或拉伸时，表面两侧将会出现符号相反电荷，这种现象称为压电效应。

含有此性质材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料等。一、换能器的原理----压电效应P169超声仪器探头原理112023/4/2211超声成像原理专题宣讲第11页正压电效应结晶在其两个受力界面上引发内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷。定义：由外力作用引发材料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应。探头原理超声仪器12压力---变形---产生电场(变形—电场)2023/4/2212超声成像原理专题宣讲第12页逆压电效应定义：在材料两端施加一个电压时，，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应。

在晶体表面施加电场，可引发晶体内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移造成了晶体几何形变。探头原理超声仪器13(电场—变形)2023/4/2213超声成像原理专题宣讲第13页

原理：对压电晶体施以一交变电场因为逆压电效应，晶片即可发生机械性压缩与扩张，推进周围介质，使之振动，发出对应频率声波。当交变电场频率大于2万赫时，压电晶片即可产生超声波。超声检验时，探头发出超声波在人体组织中传输，碰到声阻抗不一样组织组成界面时，产生反射，反射回声抵达探头后，沿电压轴方向对晶片施以一定压力，因为正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，这种高频微弱电信号经主机接收并给予放大处理，以不一样方式显示于示波屏上，即形成代表界面回声不一样类型超声。探头原理超声仪器2023/4/2214超声成像原理专题宣讲第14页超声换能器(ultrasoundtransducer)利用逆压电效应将电能转换成超声能发射超声，利用正压电效应将超声能量转换成电能接收超声。定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转换成电能一个器件。探头原理超声仪器6月5日星期一152023/4/2215超声成像原理专题宣讲第15页超声场特征P171

1、声轴

2、声束

3、束宽

4、近场及特征

5、远场及特征2023/4/2216超声成像原理专题宣讲第16页

附：声场与方向性

因为超声能量大，穿透力强，成束状向前传输，这就是超声波束射性（或方向性）。从声源发出超声波最近一段声束几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。扩散声束与平行声束间形成夹角叫做扩散角（θ）。2023/4/2217超声成像原理专题宣讲第17页近场与远场LL大，指向性好2023/4/2218超声成像原理专题宣讲第18页图1超声场扩散角示意图

L2023/4/2219超声成像原理专题宣讲第19页一、脉冲回波成像工作相关参数P177

1、超声频率：*

P178

从分辩率角度和穿透深度合理选择超声频率

-----从分辩率角度:超声频率增加，分辩率增加

-----从穿透深度：超声频率增加，穿透深度降低

-----通常:腹部、心脏选取3.5M，表浅器官5~7M超声仪器探头原理2023/4/2220超声成像原理专题宣讲第20页

超声波分辨率、透射性均与超声频率相关，——频率越高，波长越短，分辨率越强，透射性越弱。——频率越低，则波长越长，分辨率越低，透射性越强。2023/4/2221超声成像原理专题宣讲第21页

二、脉冲回波幅度成像基本原理

----超声脉冲回波法P179

----回波：P179

----原理：P180

----回波信号强度：Z差越大、界面越大、越规则及距离越近，回波信号强度也越大脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像2023/4/2222超声成像原理专题宣讲第22页A超(Amplitudemode)即幅度调制型。此法以波幅高低代表界面反射信号强弱，可探测脏器径线及判别病变物理特征。因为此法过分粗略，当前巳基本淘汰。23浅深强弱反射回声脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像2023/4/2223超声成像原理专题宣讲第23页四、图像特征第二章超声物理基础灰阶(greyscale)

显示器上最黑到最亮灰度等级差，取决于信号强度。灰阶级数越多，图像层次越丰富，图像细节表现能力越强。显示器上灰标

灰阶是将声信号幅度调制光点亮度，以一定灰阶级来表示探测结果显示方式。24P1822023/4/2224超声成像原理专题宣讲第24页B超(brightnessmode)

为辉度调制型。此法以不一样辉度光点表示界面反射信号强弱，反射强则亮，反射弱则暗。因采取多声束连续扫描，故可显示脏器二维图像，本法是当前使用最为广泛超声诊疗法。25脉冲回波幅度信号成像B型超声成像原理本质为二维超声2023/4/2225超声成像原理专题宣讲第25页B型超声诊疗仪——辉度调制型

(Brightnessmode)超宽视野成像完整地显示出胎儿全貌、胎儿肝、肾界面以及胎盘位置2023/4/2226超声成像原理专题宣讲第26页M型(运动显示型)P182它是检验运动脏器结构及其相对运动与时间关系方法脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理2023/4/2227超声成像原理专题宣讲第27页脉冲多普勒成像原理PW超(pulsewaveform)

利用声波多普勒效应，以频谱方式显示多普勒频移，多与B型诊疗法结合，在B型图像上进行多普勒采样。当频移为正时，以正向波表示，而负向波则表示负频移。临床多用于检测心脏及血管血流动力学状态，尤其是先天性心脏病和瓣膜病分流及返流情况，有较大诊疗价值。28（脉冲多普勒）脉冲回波频移信号成像2023/4/2228超声成像原理专题宣讲第28页CW(连续多普勒)P186脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理图2023/4/2229超声成像原理专题宣讲第29页彩色多普勒(colordoppler)

彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负频移。

系在多普勒二维显像基础上，以实时彩色编码显示血流方法，即在显示器上以不一样彩色显示不一样血流方向和流速。脉冲回波频移信号成像彩色多普勒成像原理2023/4/22301超声成像原理专题宣讲第30页仪器类型超声仪器三维(three-dimensionalultrasoundimaging)

是用一系列二维彩色多普勒图所重建彩色图像。6月5日星期一312023/4/2231超声成像原理专题宣讲第31页仪器类型超声仪器三维(three-dimensionalultrasoundimaging)

将立体图象以投影图或透视图表现在平面上显示方式，可从各个角度来观察该立体目标。6月5日星期一322023/4/2232超声成像原理专题宣讲第32页仪器类型超声仪器解剖超声

一维：A超(幅度调制型)M超(运动显示型)

二维：B超(辉度调制型)

三维：立体

血流超声

一维：PW超(pulsewaveform脉冲多普勒)P186

二维：彩色多普勒(colordoppler)

三维：立体彩色多普勒超声诊断仪的类型(typeofultrasonicdiagnosticequipment)332023/4/2233超声成像原理专题宣讲第33页小结超声成像方式6月5日星期一34超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像2023/4/2234超声成像原理专题宣讲第34页小结超声成像方式6月5日星期一35超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像2023/4/2235超声成像原理专题宣讲第35页图像质量超声成像原理分辨力(resolution)P195纵向分辨力(longitudinalresolution)：

为区分声束轴线上两个物体距离，与超声频率相关。

横向分辨力(transverseresolution)：

是区分处于与声束轴线垂直平面两个物体能力，与声束宽度相关。超声仪分辨力是指能够分辨有一定间距界面能力。362023/4/2236超声成像原理专题宣讲第36页纵向分辨力(longitudinalresolution)

探头频率越高，分辨力越高。

然而频率与穿透性(penetrability)呈反比。6月5日星期一37超声成像原理图像质量2023/4/2237超声成像原理