醫(yī)藥衛(wèi)生]超聲機(jī)器原理介紹課件

1、醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹超聲診斷儀超聲診斷儀醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹超聲診斷儀的主要參數(shù)超聲診斷儀的主要參數(shù) ( (一一) )聲學(xué)系統(tǒng)參數(shù)：聲學(xué)系統(tǒng)參數(shù)：(1)(1)聲輸出強(qiáng)度：總功率等；聲輸出強(qiáng)度：總功率等；(2)(2)超聲場的時頻特性：如波型、持續(xù)時間、脈沖重復(fù)超聲場的時頻特性：如波型、持續(xù)時間、脈沖重復(fù) 頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等；頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等；(3)(3)聲場分布特性：如換能器類型、波束形狀、聚焦特聲場分布特性：如換能器類型、波束形狀、聚焦特 性、景深等。性、景深等。 ( (二二) )圖象特性參數(shù)圖象特性參數(shù): :(1)(1)分辨力；分辨力；(2)(2)位置記

2、錄精度；位置記錄精度；(3)(3)深度測量精度；深度測量精度；(4)(4)幀頻；幀頻；(5)(5)儲存器容量；儲存器容量；(6)(6)系統(tǒng)的帶寬等。系統(tǒng)的帶寬等。 ( (三三) )電氣特性參數(shù)：電氣特性參數(shù)：(1)(1)靈敏度；靈敏度；(2)(2)增益及增益及TGCTGC指標(biāo)；指標(biāo)；(3)(3)系統(tǒng)的帶寬；系統(tǒng)的帶寬；(4)(4)壓縮特性及動態(tài)范圍；壓縮特性及動態(tài)范圍；(5)(5)顯示器的動態(tài)范圍等。顯示器的動態(tài)范圍等。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹一、分辨力一、分辨力 成像系統(tǒng)分辨空間尺寸的能力，即把兩點(diǎn)區(qū)分成像系統(tǒng)分辨空間尺寸的能力，即把兩點(diǎn)區(qū)分開來開來的能力。的能力。 1.1.橫向分辨力（也稱

3、側(cè)向分辨力）橫向分辨力（也稱側(cè)向分辨力） 定義：垂直于聲束軸方向的分辨力。定義：垂直于聲束軸方向的分辨力。 相關(guān)因素：相關(guān)因素：超聲波束直徑，顯示器光點(diǎn)尺寸。超聲波束直徑，顯示器光點(diǎn)尺寸。 設(shè)有兩個目標(biāo)設(shè)有兩個目標(biāo)( (如圖如圖):): (a) (a)波束直徑很細(xì)，容易區(qū)分。波束直徑很細(xì)，容易區(qū)分。 (b)(b)波束直徑加大，剛能區(qū)分，波束直徑加大，剛能區(qū)分， 此時目標(biāo)間距離就是系統(tǒng)此時目標(biāo)間距離就是系統(tǒng) 的分辨力。的分辨力。 (c)(c)波束直徑更大，無法區(qū)分，波束直徑更大，無法區(qū)分， 系統(tǒng)只能把它們當(dāng)作一個系統(tǒng)只能把它們當(dāng)作一個 目標(biāo)，只顯示一點(diǎn)。目標(biāo)，只顯示一點(diǎn)。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹

4、 與波束直徑有關(guān)的因素與波束直徑有關(guān)的因素 .非聚焦方式：非聚焦方式：近場區(qū)，波束直徑約等于換能器直徑。近場區(qū)，波束直徑約等于換能器直徑。 遠(yuǎn)場區(qū)，波束發(fā)散。波束直徑遠(yuǎn)場區(qū)，波束發(fā)散。波束直徑 d d220 0r r2 20.61r/a0.61r/a2.44cr/fD2.44cr/fD式中：式中：r r距離，距離，f f頻率，頻率，D=2aD=2a換能器直徑換能器直徑 故橫向分辨力與故橫向分辨力與r r、f f、D D有關(guān)。有關(guān)。 .聚焦方式：聚焦方式： 理論上焦點(diǎn)理論上焦點(diǎn)(r=F)(r=F)處波束直徑處波束直徑 d df f 2.44F/D 2.44F/D 2.44cF/fD2.44cF/

5、fD 在焦距在焦距F F內(nèi)，聲束變細(xì)，并與內(nèi)，聲束變細(xì)，并與F F，f f，D D有關(guān)。有關(guān)。 在焦距在焦距F F外，聲束增粗，橫向分辨力比不聚焦更差。外，聲束增粗，橫向分辨力比不聚焦更差。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2. 2. 縱向分辨力（又稱軸向分辨力或距離分辨力）縱向分辨力（又稱軸向分辨力或距離分辨力） 定義：在聲束軸方向上的分辨力。定義：在聲束軸方向上的分辨力。 相關(guān)因素：相關(guān)因素： 超聲頻率。理論極限是聲波的半波長。超聲頻率。理論極限是聲波的半波長。 主要取決于脈沖有效持續(xù)時間主要取決于脈沖有效持續(xù)時間。脈沖越窄，越好。脈沖越窄，越好。 脈沖有效持續(xù)時間相關(guān)因素：脈沖有效持續(xù)時間相關(guān)因素

6、： 發(fā)射電脈沖寬度發(fā)射電脈沖寬度 換能器阻尼換能器阻尼 儀器的增益儀器的增益 發(fā)射超聲強(qiáng)弱發(fā)射超聲強(qiáng)弱 因通帶有限因通帶有限, , 故脈沖前后沿不陡故脈沖前后沿不陡, , 目標(biāo)反射強(qiáng)弱目標(biāo)反射強(qiáng)弱 信號大小不同信號大小不同, , 即脈沖寬度不同。即脈沖寬度不同。 目標(biāo)距離目標(biāo)距離v一般說來，縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力一般說來，縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹二、作用距離（探測深度）二、作用距離（探測深度）(P)(P) 1 1定義：定義：超聲診斷儀圖象能顯示的被測介質(zhì)最大深度。超聲診斷儀圖象能顯示的被測介質(zhì)最大深度。 2 2相關(guān)因素：相關(guān)因素：(1)(1)工作頻率工作頻率工

7、作頻率工作頻率作用距離作用距離，但受分辨力限制。，但受分辨力限制。 I=II=I0 0e e-2X-2X , =f , f , =f , f衰減趨緩。衰減趨緩。(2)(2)接收靈敏度接收靈敏度接收靈敏度接收靈敏度作用距離作用距離，但受噪聲限制。，但受噪聲限制。(3)(3)發(fā)射功率發(fā)射功率發(fā)射功率發(fā)射功率作用距離作用距離，但受安全性限制。，但受安全性限制。 3 3臨床要求：臨床要求： 腹部：腹部：P P20cm20cm，眼部：，眼部：P P10cm10cm醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹三、工作頻率三、工作頻率(f)(f) 1 1定義：定義： 輻射出去的超聲波中心頻率。輻射出去的超聲波中心頻率。 2 2

8、與其它參數(shù)的關(guān)系：與其它參數(shù)的關(guān)系： 橫向、縱向分辨力橫向、縱向分辨力 f f 探測深度探測深度例如：例如： 眼科：深度小，結(jié)構(gòu)細(xì)，可用高眼科：深度小，結(jié)構(gòu)細(xì)，可用高f f。如。如: f=10 MHz: f=10 MHz。腹部：深度大，臟器大，可用低腹部：深度大，臟器大，可用低f f。如。如:f=3.5MHz:f=3.5MHz。許多超聲儀，配備多個不同頻率的探頭，可供選用。許多超聲儀，配備多個不同頻率的探頭，可供選用。矛盾，矛盾， 酌酌情選取情選取醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹四、幀頻四、幀頻(F)(F) 1 1定義：成像系統(tǒng)每秒鐘成像的幀數(shù)。定義：成像系統(tǒng)每秒鐘成像的幀數(shù)。 2 2相關(guān)因素相關(guān)因素

9、( (直接成象法直接成象法) )：如圖，如圖，P探測深度，探測深度，c聲速，聲速， N掃查線數(shù)掃查線數(shù), , Fs掃查幀頻掃查幀頻 直接成象時：直接成象時： FFs 一條掃線需時間（超聲一條掃線需時間（超聲P P內(nèi)來回內(nèi)來回) )： Tl2P/c 幀周期幀周期NN條掃線所需時間：條掃線所需時間： TNTl2NP/c FFs1/Tc/2NP 或者：或者： PNFc/2 可見：可見：P、N、F三者之積是常數(shù)，若要提高一個，三者之積是常數(shù)，若要提高一個， 必須以減小其它兩個為代價。必須以減小其它兩個為代價。cPN線陣線陣Fs醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹3 3幀頻與像質(zhì)的關(guān)系：幀頻與像質(zhì)的關(guān)系： 4 4.

10、 數(shù)值分析：數(shù)值分析：因人體軟組織中聲速因人體軟組織中聲速 c =1540 m/sc =1540 m/s如果：如果：P=10cm , F=30Hz , P=10cm , F=30Hz , 則則 N=c/2FP=256.6N=c/2FP=256.6線線或者：或者：N=500N=500線線 , P=20cm , , P=20cm , 則則 F=c/2NP=7.7HzF=c/2NP=7.7Hz可見：難于同時取得滿意的數(shù)值。可見：難于同時取得滿意的數(shù)值。F (Hz)F (Hz)101024244848動感動感靜態(tài)靜態(tài)準(zhǔn)實(shí)時準(zhǔn)實(shí)時實(shí)時實(shí)時實(shí)時實(shí)時亮度亮度閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍不閃爍不閃爍醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)

11、器原理介紹五、脈沖重復(fù)頻率（五、脈沖重復(fù)頻率（F Fc c） 1 1定義：定義：每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)。每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)。 2.2.與其它參數(shù)的關(guān)系：與其它參數(shù)的關(guān)系： 最大探測距離最大探測距離D Dmax max ，和探測深度，和探測深度P P D DmaxmaxcT/2cT/2c/2Fc/2Fc c 式中：式中：T=1/FT=1/Fc c兩次發(fā)射間的時間兩次發(fā)射間的時間 而：而： P PD Dmaxmax 故：故：F Fc cDDmaxmaxPP 幀頻幀頻F F，或線密度，或線密度d dL L F Fc c F, F, 或或d dL L通常?。和ǔＨ。?F Fc c2 2

12、4KHz4KHz。矛盾，矛盾， 酌情選取酌情選取醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹六、動態(tài)范圍（六、動態(tài)范圍（L LD D） 1. 1. 定義：定義：儀器的動態(tài)范圍：儀器的動態(tài)范圍： 儀器能不失真地處理的，輸入信號的變化范圍。儀器能不失真地處理的，輸入信號的變化范圍。 不失真不失真信號既不被噪聲淹沒，也不飽和。信號既不被噪聲淹沒，也不飽和。信號的動態(tài)范圍：信號的動態(tài)范圍： 有意義的信號的變化范圍。有意義的信號的變化范圍。 2. 2. 表征：表征： L LD DU Umaxmax/U/Uminmin 常表示為：常表示為： L LD D 20lg(U20lg(Umaxmax/U/Uminmin) (dB)

13、(dB) 3 3超聲儀器的超聲儀器的L LD D值：值：超聲回波信號有：超聲回波信號有： L LD D100 dB100 dB顯象管亮度有：顯象管亮度有： L LD D202030dB30dB。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹掃掃查查方式方式 1. 1. 掃查定義：掃查定義：為形成二維圖象，聲線與人體之間作的相對運(yùn)動。為形成二維圖象，聲線與人體之間作的相對運(yùn)動。相對運(yùn)動相對運(yùn)動聲線位置或方向按一定規(guī)律變化聲線位置或方向按一定規(guī)律變化 2. B2. B型超聲儀按掃查方式分類：型超聲儀按掃查方式分類：波束控制波束控制波波 束束 掃掃 查查 方方 式式成像速度成像速度成像效果成像效果手動式手動式低速低速靜態(tài)

14、靜態(tài)機(jī)械式機(jī)械式線形、弧形、復(fù)合掃查線形、弧形、復(fù)合掃查低速低速靜態(tài)靜態(tài)扇形、徑向、線形掃查扇形、徑向、線形掃查高速高速實(shí)時實(shí)時電子式電子式線形、扇形掃查線形、扇形掃查高速高速實(shí)時實(shí)時醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹一、簡單掃查與復(fù)合掃查一、簡單掃查與復(fù)合掃查 1. 1. 簡單掃查簡單掃查定義：聲線在掃查區(qū)內(nèi)不相交。定義：聲線在掃查區(qū)內(nèi)不相交。(1)(1)線形掃查：線形掃查： 聲線：平移，排列均勻。聲線：平移，排列均勻。 優(yōu)點(diǎn)：近、遠(yuǎn)區(qū)視野相同。優(yōu)點(diǎn)：近、遠(yuǎn)區(qū)視野相同。 缺點(diǎn)：要求入射范圍大。缺點(diǎn)：要求入射范圍大。 適用：腹部探查。適用：腹部探查。 (2)(2)扇形掃查：扇形掃查： 聲線：擺動，呈扇形

15、。聲線：擺動，呈扇形。 優(yōu)點(diǎn)：要求的入射窗小。優(yōu)點(diǎn)：要求的入射窗小。 缺點(diǎn)：淺部視野小。缺點(diǎn)：淺部視野小。 適用：通過肋間對心臟的探查。適用：通過肋間對心臟的探查。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 (3) (3)凸面弧形陣（凸陣）掃查凸面弧形陣（凸陣）掃查 聲線：弧形移并擺動，呈扇面形。聲線：弧形移并擺動，呈扇面形。 優(yōu)點(diǎn)：入射窗較小，而淺部視野尚可。優(yōu)點(diǎn)：入射窗較小，而淺部視野尚可。 適用：腹部，也可探查心臟。適用：腹部，也可探查心臟。(4)(4)弧形掃查弧形掃查 聲線：弧形移并擺動，與凸陣掃相反。聲線：弧形移并擺動，與凸陣掃相反。 優(yōu)點(diǎn)：近場視野寬。優(yōu)點(diǎn)：近場視野寬。 缺點(diǎn)：要求的入射范圍大。缺點(diǎn)

16、：要求的入射范圍大。 適用：乳腺、甲狀腺的顯象。適用：乳腺、甲狀腺的顯象。(5)(5)徑向掃查徑向掃查 聲線：呈聲線：呈360360放射狀。放射狀。 適用：介入式探頭。適用：介入式探頭。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)食道、直腸、陰道等探入人體，優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)食道、直腸、陰道等探入人體， 靠近檢區(qū)，提高頻率，提高象質(zhì)?？拷鼨z區(qū)，提高頻率，提高象質(zhì)。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹線型、弧型、扇型、復(fù)合型醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2.2.復(fù)合掃查復(fù)合掃查 定義：多種簡單掃查組合，聲線相交。定義：多種簡單掃查組合，聲線相交。 復(fù)合掃查比簡單掃查：復(fù)合掃查比簡單掃查： .優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 聲線密、無陰影聲線密、無陰影、象質(zhì)好、象質(zhì)好、 斜邊

17、界顯示清楚斜邊界顯示清楚 、掃查均勻、掃查均勻。 .缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 成像慢，非實(shí)時成像慢，非實(shí)時, , 脈動結(jié)構(gòu)成像模糊脈動結(jié)構(gòu)成像模糊。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹二、直接接觸式與水路耦合式二、直接接觸式與水路耦合式 1.1.直接接觸式直接接觸式探頭與皮膚直接接觸，加聲耦合劑。探頭與皮膚直接接觸，加聲耦合劑。特點(diǎn)：聲程短，穿透深度大。操作靈活。特點(diǎn)：聲程短，穿透深度大。操作靈活。 2.2.水路耦合式水路耦合式探頭與皮膚間用水或其它液體耦合。探頭與皮膚間用水或其它液體耦合。特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)(1)換能器大小不受限制?？捎么罂讖健Q能器大小不受限制。可用大孔徑、 強(qiáng)聚焦的換能器。強(qiáng)聚焦的換能器。(2)

18、(2)易實(shí)現(xiàn)簡單和復(fù)合掃查結(jié)合。易實(shí)現(xiàn)簡單和復(fù)合掃查結(jié)合。(3)(3)易實(shí)現(xiàn)自動化，獲得重復(fù)性好的圖象。易實(shí)現(xiàn)自動化，獲得重復(fù)性好的圖象。(4)(4)易對體表彎曲厲害，及不易直接耦合易對體表彎曲厲害，及不易直接耦合 的部位進(jìn)行掃查。的部位進(jìn)行掃查。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹三、機(jī)械掃查與電子掃查三、機(jī)械掃查與電子掃查 1.1.機(jī)械掃查機(jī)械掃查定義：定義： 電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動換能晶片作機(jī)械運(yùn)動，電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動換能晶片作機(jī)械運(yùn)動， 形成不同方向或位置的聲線，實(shí)現(xiàn)掃查。形成不同方向或位置的聲線，實(shí)現(xiàn)掃查。 配合技術(shù)：配合技術(shù)： 位置檢測：位置檢測： 正弦電位器或旋轉(zhuǎn)變壓器，檢測晶片瞬時位正弦電

19、位器或旋轉(zhuǎn)變壓器，檢測晶片瞬時位 置，控制顯示掃描與探頭掃查同步。置，控制顯示掃描與探頭掃查同步。 液體聲耦合：液體聲耦合： 水或油，兼容晶片運(yùn)動和聲傳輸。水或油，兼容晶片運(yùn)動和聲傳輸。 電器耦合：電器耦合： 旋轉(zhuǎn)變壓器，兼容晶片運(yùn)動和電子信號傳輸。旋轉(zhuǎn)變壓器，兼容晶片運(yùn)動和電子信號傳輸。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹機(jī)械掃探頭實(shí)例機(jī)械掃探頭實(shí)例如圖如圖擺動式機(jī)械掃探頭擺動式機(jī)械掃探頭壓電振子：壓電振子： 位于盛滿水的小盒中，通過位于盛滿水的小盒中，通過 齒輪和連桿的傳動，可作齒輪和連桿的傳動，可作3030o o角角 擺動，作扇形掃查。擺動，作扇形掃查。位置電位器：位置電位器： 測定驅(qū)動軸的位置變化

20、測定驅(qū)動軸的位置變化, ,從而從而 換算出壓電振子的角度變化。換算出壓電振子的角度變化。直流馬達(dá)：直流馬達(dá)： 是驅(qū)動力源。是驅(qū)動力源。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹機(jī)械扇形掃描方式機(jī)械扇形掃描方式 單晶片往返擺動式單晶片往返擺動式 重復(fù)精度差，造成幀與幀之間的扇形掃描線位置不重復(fù)精度差，造成幀與幀之間的扇形掃描線位置不能重迭。能重迭。 機(jī)械振動大，噪聲大，易出故障。機(jī)械振動大，噪聲大，易出故障。 步進(jìn)馬達(dá)改善扇形掃描線的非均勻性有好處，但還步進(jìn)馬達(dá)改善扇形掃描線的非均勻性有好處，但還是克服不了其它缺陷。是克服不了其它缺陷。 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹機(jī)械扇形掃描方式機(jī)械扇形掃描方式 單晶片單晶片360

21、o旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式 扇形掃描角為扇形掃描角為90o，那將有，那將有270o的旋轉(zhuǎn)時間不能被的旋轉(zhuǎn)時間不能被利用于成像，而被浪費(fèi)，從而降低了掃描幀頻，不利用于成像，而被浪費(fèi)，從而降低了掃描幀頻，不利于實(shí)時成像。利于實(shí)時成像。 360o旋轉(zhuǎn)醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹機(jī)械扇形掃描方式機(jī)械扇形掃描方式 多晶片多晶片360o旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式 是先進(jìn)的機(jī)械扇形超是先進(jìn)的機(jī)械扇形超聲診斷設(shè)備中選用的聲診斷設(shè)備中選用的一種掃描方案。一種掃描方案。 要求三個晶片的安裝要求三個晶片的安裝位置及方向要極其精位置及方向要極其精密。否則，最后合成密。否則，最后合成的圖像是模糊的，不的圖像是模糊的，不能提取準(zhǔn)確得診斷信能提取準(zhǔn)確得

22、診斷信息。息。 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹機(jī)械扇形掃描方式機(jī)械扇形掃描方式 體腔內(nèi)機(jī)械扇形掃描體腔內(nèi)機(jī)械扇形掃描 腔內(nèi)掃描比體表掃描能把換能器更接近被掃描的器官，從而腔內(nèi)掃描比體表掃描能把換能器更接近被掃描的器官，從而可避免皮膚、脂肪、骨骼和肺等中間介質(zhì)對超聲波的較大衰可避免皮膚、脂肪、骨骼和肺等中間介質(zhì)對超聲波的較大衰減作用。并可用較高的超聲頻率（減作用。并可用較高的超聲頻率（510MHz），從而可獲得），從而可獲得高的圖象分辨率。高的圖象分辨率。 經(jīng)食道扇形掃描經(jīng)食道扇形掃描 經(jīng)陰道扇形掃描經(jīng)陰道扇形掃描 機(jī)械徑向掃描方式機(jī)械徑向掃描方式 向掃描的超聲換能器作向掃描的超聲換能器作360o旋轉(zhuǎn)

23、運(yùn)動，整個旋轉(zhuǎn)中，換能器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，整個旋轉(zhuǎn)中，換能器作發(fā)射和接收工作，因而可獲得以作發(fā)射和接收工作，因而可獲得以換能器為中心的圓形切面換能器為中心的圓形切面圖像圖像。 經(jīng)向掃描與扇形掃描在成像原理和掃描探頭結(jié)構(gòu)上是相似的，經(jīng)向掃描與扇形掃描在成像原理和掃描探頭結(jié)構(gòu)上是相似的，徑向掃描可以看作扇形成像角為徑向掃描可以看作扇形成像角為360 o的扇形掃描的特殊情況。的扇形掃描的特殊情況。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2.2.電子掃查電子掃查 概述：概述： 定義：定義： 換能器由排成一線的許多陣元組成，用電子方式控?fù)Q能器由排成一線的許多陣元組成，用電子方式控 制各陣元的工作順序或相位，以控制聲線的位置或方

24、制各陣元的工作順序或相位，以控制聲線的位置或方 向，實(shí)現(xiàn)掃查。向，實(shí)現(xiàn)掃查。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無機(jī)械運(yùn)動，無優(yōu)點(diǎn)：無機(jī)械運(yùn)動，無( (低頻低頻) )振動，無磨損，壽命長。振動，無磨損，壽命長。 體積小，重量輕。體積小，重量輕。缺點(diǎn)：線路復(fù)雜，工藝難，成本高。缺點(diǎn)：線路復(fù)雜，工藝難，成本高。 分類：分類： 線形步距陣，簡稱：線陣，線形步距陣，簡稱：線陣， 線形相控陣，簡稱：相控陣。線形相控陣，簡稱：相控陣。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹線陣線陣 換能元：換能元：有幾十至幾百個換能陣元組成。有幾十至幾百個換能陣元組成。 原理：原理：電子開關(guān)切換，使各陣元按一定順序輪流工作，電子開關(guān)切換，使各陣元按

25、一定順序輪流工作， 從而形成一系列平行聲束，實(shí)現(xiàn)線形掃查。從而形成一系列平行聲束，實(shí)現(xiàn)線形掃查。 結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成： 電子開關(guān)、電子開關(guān)、 阻尼墊襯、阻尼墊襯、 換能線陣、換能線陣、 匹配層、匹配層、 聲透鏡、聲透鏡、 外殼。外殼。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹相控陣相控陣 換能元：換能元： 換能陣元數(shù)較少，長度約換能陣元數(shù)較少，長度約1 13cm3cm。 原理：原理： 所有陣元一起工作：所有陣元一起工作： 發(fā)射時：發(fā)射時： 各陣元的各陣元的激勵信號相位激勵信號相位按按線性線性變化，使變化，使發(fā)射超聲發(fā)射超聲 經(jīng)經(jīng)空間疊加空間疊加后，后，合成超聲方向合成超聲方向產(chǎn)生偏向。產(chǎn)生偏向。 接收時：接收時

26、： 各陣元的各陣元的接收信號相位接收信號相位經(jīng)同樣變化，使經(jīng)同樣變化，使接收信號接收信號 經(jīng)經(jīng)電路疊加電路疊加后，后，接收靈敏方向接收靈敏方向同樣偏向。同樣偏向。 改變相位線性變化斜率，可改變掃查聲線方向，改變相位線性變化斜率，可改變掃查聲線方向， 從而形成扇形掃查。從而形成扇形掃查。 相位線性變化相位線性變化相鄰陣元信號，相位差相等相鄰陣元信號，相位差相等醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹相控原理圖解分析相控原理圖解分析 .圖解根據(jù)：圖解根據(jù)： 由疊加原理，由疊加原理，超聲波在傳播過程中相遇時：超聲波在傳播過程中相遇時：相遇前后，波的特性（頻率、初相、振動方向、傳相遇前后，波的特性（頻率、初相、振動方

27、向、傳 播方向等）不變播方向等）不變獨(dú)立性。獨(dú)立性。相遇之處，質(zhì)點(diǎn)振動各波矢量合成相遇之處，質(zhì)點(diǎn)振動各波矢量合成疊加性。疊加性。當(dāng)波同相位相遇時，疊加增強(qiáng)，當(dāng)波同相位相遇時，疊加增強(qiáng)， 當(dāng)波異相位相遇時，疊加減弱。當(dāng)波異相位相遇時，疊加減弱。 .圖解約定：圖解約定： 陣元發(fā)射的超聲波均為球面波陣元發(fā)射的超聲波均為球面波波面線為圓弧線。波面線為圓弧線。 所畫的波面線之間均為同相位所畫的波面線之間均為同相位交點(diǎn)處疊加增強(qiáng)。交點(diǎn)處疊加增強(qiáng)。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹.圖解例：圖解例： 無偏向無聚無偏向無聚焦發(fā)射：焦發(fā)射： 各陣元發(fā)各陣元發(fā)射信號無相射信號無相位差。疊加位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)聲波最強(qiáng)區(qū)域域

28、 同相位波面同相位波面密集區(qū)域，密集區(qū)域，不偏向，不不偏向，不收縮收縮。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹有偏向無聚有偏向無聚焦發(fā)射：焦發(fā)射：各陣元發(fā)各陣元發(fā)射信號相位射信號相位有線性變化，有線性變化，相鄰相差相鄰相差，疊加聲波最疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域強(qiáng)區(qū)域同相位波面同相位波面密集區(qū)域，密集區(qū)域，有有角偏向，角偏向， 不收縮。不收縮。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹有偏向無聚有偏向無聚焦接收焦接收： 各陣元接收各陣元接收信號相位經(jīng)線信號相位經(jīng)線性變化，送疊性變化，送疊加電路，電路加電路，電路對對角方向平面角方向平面回波有最強(qiáng)輸回波有最強(qiáng)輸出出同相位同相位疊加。疊加。接收靈敏區(qū)域接收靈敏區(qū)域有有角偏向，不角偏向，不收縮

29、。收縮。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹關(guān)系式：關(guān)系式：疊加聲波（接收回波）最強(qiáng)方向疊加聲波（接收回波）最強(qiáng)方向偏離軸線的夾角偏離軸線的夾角： uw=9c, uv=9d sin=uw/ /uv=c/ /d = sin-1(c/ /d) 或：或：=(d / /c) sin式中：式中：相鄰陣元激勵（接相鄰陣元激勵（接 收）信號相位差收）信號相位差 d 相鄰陣元的中心距相鄰陣元的中心距 c 聲速聲速可見：不斷改變可見：不斷改變 ，可改變，可改變， 實(shí)現(xiàn)扇形掃查。實(shí)現(xiàn)扇形掃查。1 2 3 4 5 6 7 8 9 duvw疊加聲波疊加聲波最強(qiáng)方向最強(qiáng)方向波陣面波陣面醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹四、實(shí)時成像與非實(shí)時成

30、像四、實(shí)時成像與非實(shí)時成像按成像的速度來分類：按成像的速度來分類： 1.1.實(shí)時（動態(tài)）成像：實(shí)時（動態(tài)）成像： F F10Hz10Hz（閃爍）（閃爍）對于掃查運(yùn)動器官有重要意義。對于掃查運(yùn)動器官有重要意義。例如：檢查心臟、胎兒。例如：檢查心臟、胎兒。 2.2.非實(shí)時（靜態(tài)）成像：非實(shí)時（靜態(tài)）成像： F F10Hz10Hz如：手動掃，機(jī)械掃（高線數(shù)、大視野象）。如：手動掃，機(jī)械掃（高線數(shù)、大視野象）。 可通過數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（可通過數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（DSCDSC），轉(zhuǎn)換為），轉(zhuǎn)換為TVTV制式，制式，以消除閃爍。以消除閃爍。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹五、反射型成像與透射型成像五、反射型成像與透射型

31、成像 1. 1. 反射型成像：反射型成像：利用超聲反射波成象。發(fā)射和接收超聲用同一換能器。利用超聲反射波成象。發(fā)射和接收超聲用同一換能器。如：脈沖回波法。如：脈沖回波法。 2. 2. 透射型成像：透射型成像：利用超聲透射波成象。發(fā)射和接收超聲用不同的換能器。利用超聲透射波成象。發(fā)射和接收超聲用不同的換能器。類似于類似于X X射線成像。射線成像。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 陣元：組成線陣的電器切換的基本單元，幾十陣元：組成線陣的電器切換的基本單元，幾十至幾百個。至幾百個。 相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距mmmm 陣元越多陣元越多掃查線數(shù)越多掃查線數(shù)越多圖像越好。圖像越好。振元：獨(dú)立振動的小晶體。幾個

32、振元電氣連成一個陣元，振元：獨(dú)立振動的小晶體。幾個振元電氣連成一個陣元， 以減小旁瓣。以減小旁瓣。多陣元組合工作：發(fā)射和接收時，用相鄰的一組陣元同多陣元組合工作：發(fā)射和接收時，用相鄰的一組陣元同 時工作，工作孔徑相對較大。時工作，工作孔徑相對較大。 超聲波束的聚焦、發(fā)射與控制超聲波束的聚焦、發(fā)射與控制 第一節(jié)第一節(jié) 對線陣探頭實(shí)施多陣元組合工作的原因?qū)€陣探頭實(shí)施多陣元組合工作的原因 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹多陣元組合工作的意義多陣元組合工作的意義： 1. .減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。 對于圓形換能器，其半擴(kuò)散角對于圓形換能器，其半擴(kuò)散角 0 0sinsi

33、n-1-1(0.61/a)(0.61/a)sinsin-1-1(1.22/D)(1.22/D) D D0 0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。對于矩形振元，有相似的結(jié)論。 2. .延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分辨力好。辨力好。 對于圓形換能器，近場距離對于圓形換能器，近場距離 r r0 02 2/D D2 2/4/4 D rD r0 0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。對于矩形振元，有相似的結(jié)論。 當(dāng)然，當(dāng)然，DD使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹3提高發(fā)射功率和接收靈敏度。提高發(fā)射功率和接

34、收靈敏度。4便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦( (以致動態(tài)聚焦以致動態(tài)聚焦) )，改善分辨力。，改善分辨力。5可增加掃查線，改善象質(zhì)?？稍黾訏卟榫€，改善象質(zhì)。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查方式。方式。 一、組合順序掃描一、組合順序掃描 若若4 4個陣元組合工作，次序?yàn)椋簜€陣元組合工作，次序?yàn)椋?1 14 4，2 25 5，3 36 6，4 47 7，超聲波束的掃描超聲波束的掃描 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹性能指標(biāo)：性能指標(biāo)：掃查線總數(shù)：掃查線總數(shù)：Nn-m+1 N 掃查線總數(shù)掃查線總數(shù) n 陣元總數(shù)陣元總數(shù) m每組工作的陣元

35、數(shù)每組工作的陣元數(shù)掃線間距：掃線間距： dd d d掃線間距掃線間距 dd相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹二、組合間隔掃描二、組合間隔掃描 1. d/21. d/2間隔掃描間隔掃描可得：可得：N N2(n-m+12(n-m+1），）， ddd/2d/2掃線總數(shù)是組合順序掃描的掃線總數(shù)是組合順序掃描的2 2倍，象質(zhì)提高。倍，象質(zhì)提高。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2. d/42. d/4間隔掃描間隔掃描 可得：可得：N N4(n-m+14(n-m+1），）， ddd/4d/4掃線總數(shù)是組合順序掃描的掃線總數(shù)是組合順序掃描的4 4倍，象質(zhì)進(jìn)一步提高。倍，象質(zhì)進(jìn)

36、一步提高。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹三、微角掃描三、微角掃描如同電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖象分為奇、偶兩場。如同電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖象分為奇、偶兩場。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：掃線比普通掃描增加一倍。掃線比普通掃描增加一倍。圖象有微小位置誤差。圖象有微小位置誤差。超聲探查，掃查聲線不平行，超聲探查，掃查聲線不平行，圖象顯示，掃描光柵平行。圖象顯示，掃描光柵平行。 但因是但因是“微角微角”，這種誤差很小。，這種誤差很小。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹波束控制方法波束控制方法 切換并采用相控技術(shù)切換并采用相控技術(shù)工作時：工作時： 奇數(shù)場聲線偏向奇數(shù)場聲線偏向， 偶數(shù)場聲線偏向偶數(shù)場聲線偏向。同時：同時： 施加電

37、子聚焦延時。施加電子聚焦延時。波束：波束：線掃微偏聚焦線掃微偏聚焦醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 超聲聚焦：使超聲束在一定深度內(nèi)會聚，改善分辨力。超聲聚焦：使超聲束在一定深度內(nèi)會聚，改善分辨力。分類：分類： 聲學(xué)聚焦，聲學(xué)聚焦，電子聚焦。電子聚焦。 一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦）一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦）1. 1. 聲透鏡聚焦聲透鏡聚焦 利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。 若：若：C C1 1透鏡介質(zhì)聲速，透鏡介質(zhì)聲速， C C2 2被測介質(zhì)聲速，則：被測介質(zhì)聲速，則： 當(dāng)當(dāng)C C1 1CC2 2時，凹形聲透鏡有會聚作用；時，凹形聲透鏡有會聚作用； 當(dāng)當(dāng)C C1

38、 1CC2 2時，凸形聲透鏡有會聚作用。時，凸形聲透鏡有會聚作用。 焦距焦距F F與曲率半徑與曲率半徑R R成正比，與成正比，與C C1 1/C/C2 2成反比。成反比。聲束的聚焦聲束的聚焦2211sinsincc醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹示意圖如下：示意圖如下： 厚度：聲透鏡中心部位厚度取厚度：聲透鏡中心部位厚度取/2/2可有最大透射率；可有最大透射率；匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2. 2. 聲反射鏡聚焦聲反射鏡聚焦 用凹面的聲反射鏡，

39、當(dāng)鏡面曲率和用凹面的聲反射鏡，當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離聲源離鏡面距離適當(dāng)時，即具有聚焦作用。適當(dāng)時，即具有聚焦作用。 利用了聲傳播的反射定律。利用了聲傳播的反射定律。 3. 3. 凹面振子聚焦凹面振子聚焦 振子做成凹面，焦距振子做成凹面，焦距F F等于其曲率半徑等于其曲率半徑R R。 效果好，但工藝復(fù)雜。效果好，但工藝復(fù)雜。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹二、電子聚焦二、電子聚焦 原理：原理：用一組相鄰陣元組合工作：用一組相鄰陣元組合工作：發(fā)射時：發(fā)射時： 各陣元的各陣元的激勵信號激勵信號相位按相位按二次曲線二次曲線變化，使變化，使發(fā)射超聲發(fā)射超聲經(jīng)經(jīng)空間疊加空間疊加后，后，合成超聲波束合成超聲波束

40、產(chǎn)生會聚。產(chǎn)生會聚。接收時：接收時： 各陣元的各陣元的接收信號接收信號相位按同樣形式變化，使相位按同樣形式變化，使接收信號接收信號經(jīng)經(jīng)電路疊加電路疊加后，后，接收靈敏區(qū)域接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。產(chǎn)生會聚。 改變相位二次曲線變化曲率，可改變會聚焦距。改變相位二次曲線變化曲率，可改變會聚焦距。 二次曲線二次曲線常為圓弧線常為圓弧線醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹電子聚焦原理圖解：電子聚焦原理圖解： 無偏向無聚無偏向無聚焦發(fā)射：焦發(fā)射： 各陣元發(fā)各陣元發(fā)射信號無相射信號無相位差。疊加位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)聲波最強(qiáng)區(qū)域域同相同相位波面密集位波面密集區(qū)域，不偏區(qū)域，不偏向，不會聚。向，不會聚。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介

41、紹無偏向有聚無偏向有聚焦發(fā)射焦發(fā)射： 各陣元的各陣元的激勵信號相激勵信號相位按二次曲位按二次曲線變化，疊線變化，疊加超聲最加超聲最強(qiáng)區(qū)域強(qiáng)區(qū)域同相位波同相位波面密集區(qū)域，面密集區(qū)域，在焦距內(nèi)逐在焦距內(nèi)逐漸會聚，在漸會聚，在焦距外逐漸焦距外逐漸擴(kuò)散。不偏擴(kuò)散。不偏向。向。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹無偏向有聚無偏向有聚焦接收焦接收： 各陣各陣元的接收信元的接收信號經(jīng)延遲線，號經(jīng)延遲線，相位按二次相位按二次曲線變化，曲線變化，使焦點(diǎn)處回使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相波達(dá)到同相位，疊加電位，疊加電路對之有最路對之有最大輸出。接大輸出。接收靈敏區(qū)域收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。產(chǎn)生會聚。不偏向。不偏向。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介

42、紹發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接：發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接： 相同：相同： 信號相位二次曲線信號相位二次曲線變化延遲變化延遲 不同：不同：發(fā)射聚焦：發(fā)射聚焦： 超聲空間疊加，超聲空間疊加， 合成超聲聚焦。合成超聲聚焦。接收聚焦：接收聚焦： 信號電路疊加，信號電路疊加， 靈敏范圍聚焦。靈敏范圍聚焦。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹聚焦聚焦延遲線計(jì)算公式：延遲線計(jì)算公式： ii號陣元距焦點(diǎn)的聲程號陣元距焦點(diǎn)的聲程( (距離距離)S)Si i： 其中：其中：i=1,2,i=1,2,陣元序號陣元序號 線陣工作組的陣元數(shù)線陣工作組的陣元數(shù) L Li iii號陣元距線陣組中心距號陣元距線陣組中心距 FF焦距

43、焦距 dd相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距ii號陣元所接延遲線的延時量號陣元所接延遲線的延時量i i： 其中：其中：c c1540m/s 1540m/s 聲速聲速,22iiLFSdimLi21cLFLFcSSiii2221211 2 3 4 5 6 7 8 9 FL1S1焦點(diǎn)焦點(diǎn)dLiSi醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹數(shù)值例：數(shù)值例： 設(shè)：設(shè)：F F35mm35mm，d d0.5mm0.5mm，m m8 8，則可求得：，則可求得：S S1 1S S8 835.043723mm 35.043723mm 1 18 80ns0nsS S2 2S S7 735.022314mm 35.022314mm 2 27

44、 713.9ns13.9nsS S3 3S S6 635.008034mm 35.008034mm 3 36 623.17ns23.17nsS S4 4S S5 535.000893mm 35.000893mm 4 45 527.81ns27.81ns醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹四、動態(tài)電子聚焦四、動態(tài)電子聚焦 在掃查過程中動態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個探測深度內(nèi)在掃查過程中動態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個探測深度內(nèi)波束都有良好的會聚。波束都有良好的會聚。 1.1.等聲速動態(tài)電子聚焦等聲速動態(tài)電子聚焦定義：定義：以超聲在人體中的平均探測速度，移動波束焦點(diǎn)。以超聲在人體中的平均探測速度，移動波束焦點(diǎn)。（實(shí)際上，只能在

45、接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。（實(shí)際上，只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。探測速度探測速度V VD D ：因接收時，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故：因接收時，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故： V VD Dc/2c/2770m/s770m/s0.77m/ms0.77m/ms0.77mm/us0.77mm/us 即應(yīng)以即應(yīng)以V VD D改變延遲線的延時分布曲率，即焦距。改變延遲線的延時分布曲率，即焦距。 需要用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。需要用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2.2.分段動態(tài)電子聚焦分段動態(tài)電子聚焦 基本原理：基

46、本原理：將探測的深度劃分成將探測的深度劃分成n n段。段。( (通常：通常：n n2 24)4)。發(fā)射：發(fā)射：按近、中、遠(yuǎn)場順序，按近、中、遠(yuǎn)場順序，n n個焦個焦點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射n n次。次。接收：接收：每次發(fā)射后接收。但只將本次每次發(fā)射后接收。但只將本次發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫入存儲器。入存儲器。 經(jīng)經(jīng)n n次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，獲得一行所有信息。獲得一行所有信息。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹等效的波束等效的波束 整個探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。整個探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 焦點(diǎn)不多，延時變化少焦點(diǎn)不多

47、，延時變化少, ,速度慢速度慢, ,電路易實(shí)現(xiàn)。電路易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時間長，使幀頻低。一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時間長，使幀頻低。 需對存貯器以需對存貯器以“慢入快出慢入快出”方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 一、基本要求一、基本要求原因：陣元獲取信號原因：陣元獲取信號10-30V10-30Vp-pp-p，合成電路本身噪音合成電路本身噪音30V30Vp-pp-p，故需加前置放大器，以提高信噪比。故需加前置放大器，以提高信噪比。路數(shù)：線陣路數(shù)：線陣B B超，前置放大常為多路，各機(jī)型有所差異。超，前置放大常為多路，各機(jī)型有所差異

48、。EUB-240EUB-240型型B B超有超有1616路，路，EUB-40EUB-40型型B B超有超有2424路。路。基本要求：基本要求：與探頭饋線匹配良好。與探頭饋線匹配良好。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。否則：否則：信號被反射入饋線，信號減弱。信號被反射入饋線，信號減弱。 多重反射，造成圖象重影。多重反射，造成圖象重影。 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 一、回波合成法一、回波合成法1 1、直接合成法、直接合成法 方法：各陣元信號方法：各陣元信號孔徑控制孔徑控制聚焦延遲聚焦延遲相加合成。相加合成。 優(yōu)點(diǎn)：可不對稱延遲，進(jìn)行微角掃查。優(yōu)點(diǎn)：可不對稱延遲，進(jìn)行微角掃查。 缺點(diǎn)

49、：路數(shù)多，設(shè)備量大。缺點(diǎn)：路數(shù)多，設(shè)備量大。 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2、二步合成法方法：各陣元信號方法：各陣元信號對稱合成對稱合成孔徑控制孔徑控制聚焦延遲聚焦延遲 相加合成。相加合成。條件：具有對稱延遲特性（無偏向）。條件：具有對稱延遲特性（無偏向）。優(yōu)點(diǎn)：孔徑控制電路、聚焦電路減少一半。優(yōu)點(diǎn)：孔徑控制電路、聚焦電路減少一半。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹三、可變孔徑電路 可變孔徑的提出及其實(shí)現(xiàn)方法可變孔徑的提出及其實(shí)現(xiàn)方法接收靈敏范圍與孔徑的關(guān)系：接收靈敏范圍與孔徑的關(guān)系：根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結(jié)論。根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結(jié)論。非聚焦：非聚焦：近場：孔徑越小，靈敏

50、范圍越?。唤鼒觯嚎讖皆叫?，靈敏范圍越??；遠(yuǎn)場：孔徑越大，靈敏范圍擴(kuò)散角越小。遠(yuǎn)場：孔徑越大，靈敏范圍擴(kuò)散角越小。聚焦：聚焦： 焦點(diǎn)處直徑：焦點(diǎn)處直徑： d df f2.44F/D D2.44F/D D接收孔徑接收孔徑 即：為使即：為使d df f小，當(dāng)小，當(dāng)F F增大時，增大時，D D也應(yīng)增大。也應(yīng)增大。方法：方法：近場用小孔徑，遠(yuǎn)場用大孔徑近場用小孔徑，遠(yuǎn)場用大孔徑可變孔徑技術(shù)?？勺兛讖郊夹g(shù)。意義：意義：近場、遠(yuǎn)場靈敏范圍近場、遠(yuǎn)場靈敏范圍( (波束波束) )均較窄，橫向分辨力好。均較窄，橫向分辨力好。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹四、接收相位調(diào)整電路（接收聚焦電路）四、接收相位調(diào)整電路（接收聚焦

51、電路） 作用：作用：對各陣元接收的回波信號進(jìn)行延遲調(diào)整（二次曲線對各陣元接收的回波信號進(jìn)行延遲調(diào)整（二次曲線變化），使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位疊加。變化），使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位疊加。 其實(shí)質(zhì)是換能器空間靈敏范圍的聚焦。其實(shí)質(zhì)是換能器空間靈敏范圍的聚焦。 分段聚焦的類型：分段聚焦的類型：非實(shí)時分段動態(tài)聚焦：非實(shí)時分段動態(tài)聚焦： 多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。實(shí)時分段動態(tài)聚焦：實(shí)時分段動態(tài)聚焦：一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。 實(shí)時分段動態(tài)聚焦原理：實(shí)時分段動態(tài)聚焦原理：

52、簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點(diǎn)。簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點(diǎn)。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹 一、時間增益補(bǔ)償（一、時間增益補(bǔ)償（TGCTGC）電路）電路 實(shí)現(xiàn)時間增益補(bǔ)償?shù)囊饬x及方法實(shí)現(xiàn)時間增益補(bǔ)償?shù)囊饬x及方法補(bǔ)償?shù)囊饬x：補(bǔ)償?shù)囊饬x： 由于超聲波隨傳播距離（時間）的衰減，使相同反由于超聲波隨傳播距離（時間）的衰減，使相同反射系數(shù)的界面近距離反射強(qiáng)，遠(yuǎn)距離反射弱，若不給射系數(shù)的界面近距離反射強(qiáng)，遠(yuǎn)距離反射弱，若不給予補(bǔ)償，則圖象將隨深度（時間）而逐漸變暗。予補(bǔ)償，則圖象將隨深度（時間）而逐漸變暗。 時間增益補(bǔ)償：控制放大器增益隨探測深度（時間）時間增益補(bǔ)償：控制放大器增益隨探測

53、深度（時間）的增加而加大，以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰減。的增加而加大，以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰減。各種名稱：各種名稱：時間增益補(bǔ)償時間增益補(bǔ)償 (Time Gain CompensationTGC)(Time Gain CompensationTGC)深度增益補(bǔ)償深度增益補(bǔ)償 (Depth Gain CompensationDGC)(Depth Gain CompensationDGC)靈敏度時間控制靈敏度時間控制(Sensitivity Time ControlSTC)(Sensitivity Time ControlSTC)預(yù)處理電路 醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹補(bǔ)償原理 聲傳播強(qiáng)度與時間聲傳播

54、強(qiáng)度與時間( (距離距離) )的關(guān)系的關(guān)系 I II I0 0e e-2-2x xI I0 0e e-2-2ct ct 時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。 聲聲- -電轉(zhuǎn)換、前置放大等電轉(zhuǎn)換、前置放大等時間線性關(guān)系。時間線性關(guān)系。 經(jīng)聲經(jīng)聲- -電轉(zhuǎn)換、前置放大等處理，回波信號仍是：電轉(zhuǎn)換、前置放大等處理，回波信號仍是： 時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。 可用時間正指數(shù)放大補(bǔ)償?？捎脮r間正指數(shù)放大補(bǔ)償。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹實(shí)際情況及措施 上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補(bǔ)償關(guān)系。上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補(bǔ)償關(guān)系。.實(shí)際情況的復(fù)雜性：實(shí)際情況的復(fù)雜性：受超聲工作頻率的影響：受超聲工

55、作頻率的影響： ff，ff，頻率高，衰減快。，頻率高，衰減快。多重界面反射的影響：多重界面反射的影響： 實(shí)際常有多重界面，回波穿過界面越多，強(qiáng)度越弱。實(shí)際常有多重界面，回波穿過界面越多，強(qiáng)度越弱。 臨床診斷感興趣深度的不同：臨床診斷感興趣深度的不同： 臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者，臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者， 成像時關(guān)注深度往往有所不同。成像時關(guān)注深度往往有所不同。.對策：對策： TGCTGC控制波形指數(shù)波形控制波形指數(shù)波形( (可變速率可變速率) )修正波形修正波形操作者可調(diào)節(jié)：指數(shù)波形速率，修正波形形狀操作者可調(diào)節(jié)：指數(shù)波形速率，修正波形形狀根據(jù)實(shí)際情況，通過

56、面板按鈕、電位器操作。根據(jù)實(shí)際情況，通過面板按鈕、電位器操作。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹二動態(tài)濾波（二動態(tài)濾波（Dynamic FilterDynamic Filter：DFDF）電路）電路 動態(tài)濾波的意義動態(tài)濾波的意義 原因：原因： 超聲傳播時：超聲傳播時： I=II=I0 0e e- -22x x, =f, =f 所以：高頻所以：高頻快，低頻快，低頻慢，慢， 造成：探測距離造成：探測距離信號信號f f0 0(f(f0 0 頻譜中心頻率頻譜中心頻率) ) 接收頻帶范圍固定的不利：接收頻帶范圍固定的不利： 接收電路接收電路f f0 0信號信號f f0 0高頻損失高頻損失分辨力分辨力 接收電路接收

57、電路f f0 0信號信號f f0 0噪聲增加噪聲增加信噪比信噪比 動態(tài)濾波的過程和意義：動態(tài)濾波的過程和意義： 隨探測距離隨探測距離接收電路的接收電路的f f0 0， 近區(qū)：選通高頻，抑制低頻近區(qū)：選通高頻，抑制低頻分辨力分辨力； 遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高頻遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高頻信噪比信噪比。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹三、對數(shù)放大器三、對數(shù)放大器 1 1、對數(shù)放大的意義、對數(shù)放大的意義原因：原因：回波信號動態(tài)范圍：回波信號動態(tài)范圍： L LD D100 dB100 dB 顯象亮度動態(tài)范圍：顯象亮度動態(tài)范圍： L LD D202030dB30dB 若直接顯示：若直接顯示： 強(qiáng)信號圖象一片模糊強(qiáng)信號

58、圖象一片模糊 弱信號圖象星星點(diǎn)點(diǎn)弱信號圖象星星點(diǎn)點(diǎn) 如同膠片曝光太過和曝光不足。如同膠片曝光太過和曝光不足。 需要壓縮信號動態(tài)范圍：需要壓縮信號動態(tài)范圍： 100dB20100dB2030dB30dB 同時，并不丟失亮度信息。同時，并不丟失亮度信息。 對數(shù)放大器能起到這樣的作用。對數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒、丟失信息淹沒、丟失醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹對數(shù)放大器的特性對數(shù)放大器的特性輸入、輸出關(guān)系：輸入、輸出關(guān)系： u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i) )K K1 1lgKlgK2 2+(K+(K1 1/20)(20lgu/20)(20lgui i) ) 其中：其

59、中：K K1 1斜率，斜率， K K2 2對數(shù)偏差。對數(shù)偏差。輸入、輸出關(guān)系曲線：輸入、輸出關(guān)系曲線： 均勻座標(biāo)系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。均勻座標(biāo)系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。 輸入對數(shù)座標(biāo)輸出均勻座標(biāo)系中：遞增直線。輸入對數(shù)座標(biāo)輸出均勻座標(biāo)系中：遞增直線。醫(yī)藥衛(wèi)生超聲機(jī)器原理介紹2 2、對數(shù)放大和、對數(shù)放大和TGCTGC放大的比較和關(guān)系放大的比較和關(guān)系(1)(1)動態(tài)壓縮比較動態(tài)壓縮比較 TGCTGC放大：放大： 淺部信號淺部信號( (含含U Umaxmax) )增益?。涸鲆嫘。篣 UOmaxOmaxA A1 1U Uimax imax ，A A1 1小小 深部信號深部信號( (含含U

60、Uminmin) )增益大：增益大：U UOminOminA A2 2U Uimin imin ，A A2 2大大 U UOmaxOmax/U/UOminOminA A1 1U Uimaximax/A/A2 2U UiminiminU Uimaximax/U/Uimin imin 也有壓縮信號動態(tài)范圍的作用。也有壓縮信號動態(tài)范圍的作用。 但中間信號并不按比例壓縮。但中間信號并不按比例壓縮。 總動態(tài)范圍壓縮?？倓討B(tài)范圍壓縮。 對數(shù)放大：對數(shù)放大： 增益只與增益只與U Ui i有關(guān)，與時間無關(guān)。有關(guān)，與時間無關(guān)。 信號全部按一定規(guī)律壓縮。信號全部按一定規(guī)律壓縮。 瞬時動態(tài)范圍和總動態(tài)范圍全面壓縮。