医学超声成像原理专家讲座

医学超声成像原理医学超声成像原理专家讲座第1页3.4超声波成像原理超声波成像技术超声波探测技术能够分为两大类，即基于回波扫描超声探测技术和基于多普勒效应超声探测技术。基于回波扫描超声探测技术主要用于解剖学范围检测、了解器官组织形态学方面情况和改变。基于多普勒效应超声探测技术主要用于了解组织器官功效情况和血流动力学方面生理病理情况，如观察血流状态、心脏运动情况和血管是否栓塞检验等方面。医学超声成像原理专家讲座第2页医学超声波诊疗仪A型超声波诊疗仪M型超声波诊疗仪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）医学超声成像原理专家讲座第3页Ａ型（超声示波法）机理：以波幅改变反应回声情况特点：一维波形图，不直观用途：判别液、实性包块，测距当前临床不再使用医学超声成像原理专家讲座第4页显示特点：探头不动向人体反射并接收声波，依据回波出现位置，回波幅度高低、形状、多少和有没有，确定被检体病变或解剖部位信息，但特异性不突出，还缺乏解剖学特征。医学超声成像原理专家讲座第5页进波中线波底波肿瘤波医学超声成像原理专家讲座第6页医学超声成像原理专家讲座第7页Ｍ型（超声扫描法）机理：以单声束取样，取得活动界面回声，再以慢扫描方式展开特点：一维－时间运动曲线图用途：分析心脏和大血管运动幅度医学超声成像原理专家讲座第8页M型曲线图医学超声成像原理专家讲座第9页Ｂ型（超声显象法）机理：不一样光点反应回声改变，用切面显示正常组织与异常组织特点：二维断面图像，灰阶/彩阶实时显示，直观用途：及其广泛

医学超声成像原理专家讲座第10页肝脏B超心脏B超医学超声成像原理专家讲座第11页D型（超声多普勒法）机理：利用Doppler原理对心血管内血流进行探测分析频谱多普勒（PW+CW）以频谱曲线显示，检测血流动力学参数

彩色多普勒血流显像（CDFI）

彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质医学超声成像原理专家讲座第12页二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流－PW医学超声成像原理专家讲座第13页声束聚焦

要提升超声成像系统灵敏度和分辨力，除了对线阵探头实施多振元组合发射外，还需要对超声进行聚焦，使声束变细，使强度聚焦收敛，提升声束穿透力和回波强度，从而提升灵敏度和分辨力声束聚焦分为：

1、声学聚焦

2、电子聚焦

医学超声成像原理专家讲座第14页超声波束处理技术

在超声波发射和接收时.采取各种波束处理技术，使主波束变窄，旁瓣变小.现在，先进B超设备中已采取含有实际效果波束处理方法有:(l)使晶体表面凹陷;(2)采取声学透镜聚焦;’(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.医学超声成像原理专家讲座第15页

一．凹面晶体用这种聚焦方式，焦点声束比较细，横向分辨性能好.不过，一旦偏离聚焦范围，声束比未聚焦还粗，所以，采取这种聚焦型探头，要注意聚焦范围深度、普通可分成近距离、中距离和远路离3个档次。医学超声成像原理专家讲座第16页医学超声成像原理专家讲座第17页

与光学聚焦原理类似，在平面晶体表面附加声学透镜，可使超声波束汇聚到一点，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传输速度和人体中声速所决定.声学聚焦医学超声成像原理专家讲座第18页医学超声成像原理专家讲座第19页医学超声成像原理专家讲座第20页１、电子聚焦

对线性换能器阵各阵之上加上适当延时激励脉冲，则可在预定距离上取得聚焦波。医学超声成像原理专家讲座第21页二、电子聚焦所谓电子聚焦，就是控制各振元相位，使其发射超声束在焦区得到同相相长加强，到达聚焦目标，实际上是经过控制延时到达控制相位。延时量计算：分别为L1，L2，L3，焦距F=35cm，阵元间距d=0.5mm，由图可得

L1=3.5d=3.5×0.5=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=1.5d=0.75mm医学超声成像原理专家讲座第22页医学超声成像原理专家讲座第23页设声速c=1540m/s则第1号振元与第2号振元相差延时量为：

Δτ1=ΔS1/c=0.02141/1540×103=13.9ns同理2号振元与3号振元之间延时量为：

Δτ2=ΔS2/c=9.27ns3号与4号振元延时差为：Δτ3=ΔS3/c=4.64ns设第1号及第8号振元无延时，则2号振元延时时间为：τ1=13.9ns3、6号振元延时时间为：τ1+τ2τ2=13.9+9.27=23.17ns4、5号振元延时时间为：

τ3=Δτ1+Δτ2+Δτ3=27.81ns那么延时量是怎样实现，是经过延迟线来实现。医学超声成像原理专家讲座第24页医学超声成像原理专家讲座第25页

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范围内，聚焦声束宽度小于同一阵列换能器同时被激励，即未聚焦时所产生声束宽度。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宽度。医学超声成像原理专家讲座第26页医学超声成像原理专家讲座第27页动态电子聚焦

为了提升成像系统分辨力，需要进行聚焦，焦区以内声束变细了，确实提升了分辨力，但焦区以外，声束不但没有变细，反而变得更粗了，焦区以外分辨力不但没有得到提升，反而变得更差了，所以需要整个穿透深度上都要进行聚焦，使整个深度上分辨力都得到提升。动态电子聚焦又分为：

1、等速动态电子聚焦

2、全深度分段动态电子聚焦

医学超声成像原理专家讲座第28页1、等速动态电子聚焦

等速动态电子聚焦是经过计算机控制，以一定速度改变发射和接收延迟时间，使焦点随发射波和接收同时移动，使整个深度全部位置，都有良好横向分辨力，显然这种聚焦最为理想，但因为焦点移动速度快，延时分级细，延时程度高，故电路更复杂，成本更高。医学超声成像原理专家讲座第29页2、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分成若干，只对每个段分别进行聚焦，接收时只取每个焦区回波信号，最终将各段焦区回波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，操作简便，成本低。缺点是：成像速度慢，精度低。但能够TV方式显示，以慢入快出方式对存贮器进行续写，并进行各种图像处理，从而就得稳定清楚图像。医学超声成像原理专家讲座第30页医学超声成像原理专家讲座第31页四可变孔径技术变孔径技术，在近场采取小孔径，在远场采取大孔径。医学超声成像原理专家讲座第32页医学超声成像原理专家讲座第33页扫描方式

一、扫描：换能器在被探查区域获取人体信息运动过程叫扫描。机械扫描与电子扫描医学超声成像原理专家讲座第34页机械扫描与电子扫描（1）机械扫描：借电机带动换能器旋转或摆动，同时位置传感器连续地检测换能器瞬时取向，并产生位置信号，使显示器扫描方向有对应取向。（2）电子扫描：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。医学超声成像原理专家讲座第35页（ⅰ）线阵扫描

线阵探头长为10~15cm，宽为1cm左右用电子开关切换多元换能器振元，使之轮番工作，为了提升系统分辨力和灵敏度，通常有对应若干个相邻小单元同时受到激励，发射一束超声并接收其回波，然后舍去前面一个，纳入后面一个单元，发射一束超声波，依次类推，发射许多平行声束，扫查目标区。医学超声成像原理专家讲座第36页（ⅱ）相控阵：阵元数较少，长度短，普通1~3cm左右，宽1cm左右。工作时，同时激励全部振元，并适当地控制加到各振元上激励信号相位（实际上是控制延时）来改变超声发射方向，接收时对接收信号出作类似相控，并形成扇形扫描。医学超声成像原理专家讲座第37页超声波束扫描(线阵）一、组合次序扫描设总振元数为n，振元组中振元数为m（设m=4），则激励次序为：1~4，2~5，3~6，4~7……

即次序扫描是用电子开关次序切换方式，将相邻m个振元组成一个组合，发射一束超声，使之分时轮番工作。特点：扫描方法简单，但声束间线距等于振元距，声束线数为n-m+1,较少，不利于提升分辨力。医学超声成像原理专家讲座第38页医学超声成像原理专家讲座第39页二、组合间隔扫描

组合次序扫描缺点是：线距较宽，线数较少，图像质量较差，要提升图像质量，必须减小声束线距。1、d/2间隔扫描设总振元数为n，子振元组合分为二组：一组为m，一组为m+1，若m=5，则分组激励次序为1~5、1~6，2~6、2~7，3~7、3~8……。特点：其声束间距为d/2，线数增加了一倍。医学超声成像原理专家讲座第40页医学超声成像原理专家讲座第41页三、微角扫描

设有n个振元，子振元组为m，分组情况类似组合次序扫描，但对子振元组m个振元激励相位略有不一样，使射出声束线与中心线有微小偏角，然后将相位改变规律颠倒过来，就得到偏向中心线另一侧另一条声束线，这么总共得到（n-m+1）×2各声束线，线密度提升了一倍，但因为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。医学超声成像原理专家讲座第42页医学超声成像原理专家讲座第43页电子相控阵扇形扫查波束时空控制：该探头中既没有开关控制器也没有子阵，这是因为相控阵全部阵元对每个时刻波束都有贡献，而不像线阵探头那样分组、分时轮番工作。分相控发射和相控接收。电子相控阵扇形扫查医学超声成像原理专家讲