第四章_醫(yī)用超聲診斷與治療儀器ppt課件

1、第四章醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.學(xué)習(xí)目的掌握超聲成像的根本原理；掌握超聲診斷儀的根本組成和構(gòu)造；掌握B超的任務(wù)原理的構(gòu)造組成；熟習(xí)超聲診斷儀的種類；了解超聲診斷儀的臨床運(yùn)用范圍；第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.第一節(jié) 超聲波的物理特性.主要內(nèi)容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3、超聲波在人體內(nèi)傳播的參數(shù)4、超聲波的生物效應(yīng)平安性.一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據(jù)其性質(zhì)根本上分為兩大類：電磁波機(jī)械波電磁能量場(chǎng)的變化在空間的傳播過程無線電波、可見光和X線等，都是電磁波機(jī)械波是機(jī)械振動(dòng)的機(jī)械力機(jī)械能量作用在延續(xù)彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播過程 聲波、水波和地震波等都是機(jī)械波 .1890

2、年， 一艘名叫“馬爾波羅號(hào)帆船在重新西蘭駛往英國(guó)的途中，忽然奧秘地失蹤了。 1948年初，一艘荷蘭貨船在經(jīng)過馬六甲海峽時(shí)，一場(chǎng)風(fēng)暴過后，全船海員莫明其妙地死光；上述慘案，引起了科學(xué)家們的普遍關(guān)注，其中不少人還對(duì)船員的遇難緣由進(jìn)展了長(zhǎng)期的研討。1、歷史事件第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.2、關(guān)于次聲infrasonic wave 經(jīng)過反復(fù)調(diào)查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手，是一種為人們所不很了解的次聲的聲波。 人體內(nèi)臟固有的振動(dòng)頻率和次聲頻率相近似0.000120赫，倘假設(shè)外來的次聲頻率與人體內(nèi)臟的振動(dòng)頻率類似或一樣，就會(huì)引起人體內(nèi)臟的共振，從而使人產(chǎn)生上面提到的頭暈、焦躁、耳鳴、惡心等等一系

3、列病癥。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.在延續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波，假設(shè)其頻率f在202104 Hz之間，那么能使人產(chǎn)生聲音的覺得，這種波稱為聲波(sound wave)； 假設(shè)其頻率在10420 Hz之間，那么這種波稱為次聲波(infrasonic wave)；假設(shè)其頻率在21045108 Hz之間，那么這種波稱為超聲波(supersonic wave)。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.人能聽到聲音的頻率為20Hz20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz12000Hz。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.實(shí)際上：頻率越高，波長(zhǎng)

4、越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫(yī)學(xué)超聲200kHz至40MHz之間常用在1MHz到10MHz，波長(zhǎng)在1.5mm至0.15mm頻率范圍第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.1頻率：聲源在一秒中內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，記作f。單位為Hz。3波長(zhǎng)：沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的間隔，或在波形上相位一樣的相鄰兩點(diǎn)間間隔，記為，單位為m二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.4超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質(zhì)中傳播的間隔稱為聲速，記作c，單位為m/s。它的大小由媒質(zhì)的性質(zhì)所決議；與媒質(zhì)的密度和彈性模量有關(guān)。在人體軟組織中傳播的平均聲速為1540s頻率f、波長(zhǎng)和聲速c三者之間的關(guān)系是: c = f

5、 二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.介質(zhì)名稱 聲速(m/s) 介質(zhì)名稱 聲速(m/s) 空氣(0) 322 腎臟 1560 空氣(15) 340 頭顱骨 3360 石蠟油 1420 羊水 1550 生理鹽水(37) 1532 晶狀體 1474 人體軟組織(平均值) 1540 玻璃體 1641 血液 1570 鞏膜 1532 腦組織 1540 鋼鐵 1604 肌肉 1568 鋁 5300 脂肪 1476 有機(jī)玻璃 6400 肝臟 1570 骨骼4620 超聲波在各種介質(zhì)中的傳播速度.P:介質(zhì)中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場(chǎng)某一點(diǎn)的單位時(shí)間內(nèi)，垂直于傳播方向上單位面積產(chǎn)生平均

6、超聲能量簡(jiǎn)稱聲強(qiáng)(用I表) 聲場(chǎng)中某一位置上的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比定義為聲阻抗Z) 二、超聲波的物理特性聲壓聲強(qiáng)聲阻抗 超聲波聲場(chǎng)的三個(gè)物理量第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.超聲波在兩種介質(zhì)組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質(zhì)的聲阻抗親密相關(guān) 聲阻抗是表征介質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)的重要物理量對(duì)于一定頻率的平面超聲聲波情況下，聲阻抗具有簡(jiǎn)單的表達(dá)式Z=c C為聲速。為介質(zhì)密度媒質(zhì)越硬，C值越高，聲特性阻抗越大。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.超聲診斷中常用的各種介質(zhì)的聲特性阻抗表 介質(zhì)名稱 密度(g/cm3) 超聲縱波聲速（m/s） 聲阻抗 （105瑞利） 空氣（22） 0.00118 344 水

7、（37） 0.9934 1523 0.000407 生理鹽水（37） 1.002 1534 1.513 石蠟油（33.5） 0.835 1420 1.186腦脊液 1.000 1522 1.522 羊水 1.013 1474 1.493 肝臟 1.050 1570 1.648 肌肉 1.074 1568 1.684 人體軟組織（平均值） 1.016 1500 1.524 脂肪 0.955 1476 1.410 晶狀體 1.13616501.874顱骨1.658 3360 5.570 .二、超聲波的物理特性由于這三類組織存在較大的阻抗差別，所以超聲成像診斷只能用于那些有液體和軟組織的區(qū)域第四章

8、醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.5、超聲波的束射定向性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向周圍分散周圍均能聽到聲音超聲波頻率很高，方向性強(qiáng)二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.第一介質(zhì)第二介質(zhì)入射波反射波透射波介質(zhì)分界面任何媒質(zhì)總有一個(gè)邊境，超聲波在非均勻性組織內(nèi)傳播或從一種組織傳播到另一種組織，由于兩種介質(zhì)聲阻抗不同介質(zhì)的密度和聲速不同構(gòu)成聲學(xué)界面聲學(xué)界面6、 超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.6、 超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器聲阻抗差越大，反射就越強(qiáng)，折射就越小。聲阻抗差越小，折射就越強(qiáng)

9、，反射就越小。 .7、超聲波的衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著間隔添加，超聲波能量逐漸減弱的景象。二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.超聲波的散射第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.二、超聲波的物理特性第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器超聲波在人體組織中的衰減程度大小.第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒效應(yīng)由于波源和察看者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使察看者感到頻率變化的景象叫做多普勒效應(yīng)。.第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應(yīng)(Doppler effect)1、景象(1842年發(fā)現(xiàn))：當(dāng)汽車向他駛來時(shí)，覺得音調(diào)變高；當(dāng)汽車離他遠(yuǎn)去時(shí)，覺得音調(diào)變低。

10、2、音調(diào)：由頻率決議，頻率越高音調(diào)越高，頻率越低音調(diào)越低。留意：頻率由聲源決議，實(shí)踐頻率并沒有變化。.第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒儀器上的換能器向人體內(nèi)發(fā)射頻率知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接納，測(cè)出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法可以檢查心臟、血管、血液、瓣膜和胎心等的活動(dòng)。 臨床上運(yùn)用多普勒效應(yīng):彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng).第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒?qǐng)D像.第二節(jié) 超聲成像根本原理.2.1 醫(yī)學(xué)超聲成像的根本原理 超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射回波位置信息

11、與小粒子的散射回波構(gòu)造信息。目前超聲診斷儀主要運(yùn)用的是脈沖回波法原理；脈沖回波技術(shù)利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，經(jīng)過檢測(cè)臟器界面的反射波，實(shí)現(xiàn)組織定位，并檢測(cè)其特性。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.2.1 醫(yī)學(xué)超聲成像的根本原理 (a)超聲脈沖發(fā)射的瞬間，顯示器上光點(diǎn)垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度經(jīng)過介質(zhì)1，光點(diǎn)在顯示器上構(gòu)成程度掃描線。(c)當(dāng)超聲到達(dá)1、2介質(zhì)的分界面上，一部分能量經(jīng)界面反射，大部 分能量經(jīng)過界面繼續(xù)向前傳播；反射回聲到達(dá)探頭，換能器將回 聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并成為顯示器垂直偏轉(zhuǎn)板的輸入信號(hào)，顯 示器上顯示回聲信號(hào)脈沖；(d)由2、3介質(zhì)分界面反射的回聲到達(dá)探

12、頭，在顯示器上顯示出相應(yīng) 的脈沖。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.2.1 醫(yī)學(xué)超聲成像的根本原理 超聲診斷儀器中，普通脈沖超聲的發(fā)射與接納是由同一換能器完成的，根據(jù)發(fā)射脈沖和回波脈沖的時(shí)間間隔T，計(jì)算出反射界面與換能器聲源之間的間隔： 式中，c為介質(zhì)中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計(jì)算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.第三節(jié) 醫(yī)用超聲診斷&治療儀器.四大影像診斷設(shè)備功能特點(diǎn)X線機(jī)XCT磁共振同位素超聲成像 透視 拍片 無創(chuàng)、無電離輻射 斷層成像 實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài) 形狀、功能與定征 設(shè)備價(jià)錢廉價(jià) 構(gòu)造形狀 血流丈量 組織定征斷層構(gòu)造成

13、像 設(shè)備 簡(jiǎn)單 電離 輻射 影像 重疊 斷層 攝影 電離 輻射 非實(shí)時(shí) 斷層 攝影 設(shè)備 昂貴 非實(shí)時(shí) 斷層 攝影 分辨 力低 放射性藥物 斷層 構(gòu)造 代謝 功能 代謝功能. 超聲診斷儀器向人體內(nèi)發(fā)射超聲能量，并接納人體組織反射和散射的回波信號(hào)，根據(jù)其所攜帶的有關(guān)人體信息，加以檢測(cè)、放大等處置，并顯示出來，為醫(yī)生提供診斷根據(jù)。 超聲治療儀器向人體發(fā)射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產(chǎn)生的各種生物效應(yīng)，對(duì)有疾病的組織起到治療作用。 其它超聲霧化設(shè)備超聲清洗設(shè)備超聲細(xì)胞粉碎設(shè)備第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.1 醫(yī)用超聲儀器的種類.3.2 超聲診斷儀器的根本構(gòu)成 第四章 醫(yī)用超聲診斷

14、與治療儀器.振蕩器：即同步觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生控制系統(tǒng)任務(wù)的同步觸發(fā)脈沖，決議發(fā)射脈沖的反復(fù)頻率。發(fā)射器：受觸發(fā)后產(chǎn)生高壓電脈沖鼓勵(lì)超聲換能器。換能器：產(chǎn)生超聲脈沖，接納由目的構(gòu)成的回波脈沖信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入回波信息處置系統(tǒng)。回波信息處置系統(tǒng)：由射頻信號(hào)接納放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處置超聲回波信息。顯示器：顯示圖象信息。掃描發(fā)生器：在振蕩器產(chǎn)生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號(hào)給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩(wěn)定。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.2 超聲診斷儀器的根本構(gòu)成 .換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要任務(wù)原理是利用晶體的壓電效應(yīng)。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器3.2

15、 超聲診斷儀器的根本構(gòu)成 接納超聲波發(fā)射超聲波.常見超聲探頭.線陣換能器.凸陣式扇形換能器.相控陣扇形換能器.機(jī)械扇掃換能器.手術(shù)用超聲換能器.經(jīng)直腸超聲換能器.經(jīng)陰道超聲換能器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 超聲診斷儀器按超聲回波信號(hào)顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲Amplitude Mode A型顯示即幅度顯示，以回波信號(hào)的幅度表示界面反射的強(qiáng)弱，是一種幅度調(diào)制型儀器。反射強(qiáng)，振幅高反射弱，振幅低 特點(diǎn)：只能反映聲線方向上部分組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已根本淘汰。回聲以波形顯示 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器回波強(qiáng)度探頭深度

16、時(shí)間.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 二、B型超聲Brightness Mode 在A型超聲診斷儀的任務(wù)根底上，加上換能器的平面掃描，當(dāng)換能器的位置逐漸改動(dòng)時(shí)或采用多元換能器，使顯示器上每一條時(shí)基線方向也相應(yīng)地改動(dòng)，那么每條顯示線代表了產(chǎn)生回波的每一個(gè)界面的空間位置，從而構(gòu)成一幅二維圖象。是一種輝度調(diào)制儀器。回聲以輝度顯示 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 B型超聲診斷儀器是一種輝度調(diào)制儀器，顯示器上每個(gè)光點(diǎn)的亮度表示回波信號(hào)的幅度。按掃描方式分類，B超曾經(jīng)開展了四代，包括手動(dòng)直線掃描、機(jī)械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。 B超圖像由不同亮度的像素構(gòu)成，像素亮度由反

17、射回聲的強(qiáng)弱所決議。黑色：沒有反射體液、空氣灰色：中等反射組織白色：反射較強(qiáng)骨骼、軟組織第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 B超的臨床運(yùn)用范圍在婦產(chǎn)科中的探測(cè)人體內(nèi)部臟器的輪廓及其內(nèi)部構(gòu)造的探測(cè)表淺器官內(nèi)部組織探測(cè)線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于察看腹部臟器，如對(duì)肝、膽、脾、腎、子宮的檢查；扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對(duì)心臟的檢查。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 三、C型超聲Constant depth Mode C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調(diào)制的二維切面圖象 ，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C 型顯象平面與 B

18、型顯象平面是相互垂直的，改動(dòng) C 型掃查深度，便可獲得假設(shè)干不同深度的 C 型切面圖象。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 C 型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。假設(shè)使掃查面距探頭的深度發(fā)生變化，且掃查平面根據(jù)成像需求可設(shè)置為斜面、曲面，那么構(gòu)成了F型超聲。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 由于探頭位置固定，心臟有規(guī)律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的間隔便發(fā)生節(jié)律性的改動(dòng)。隨著程度方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動(dòng)圖。四、M型超聲Motion Mode 回聲以時(shí)間曲線顯示 M型超聲診斷儀采用

19、輝度調(diào)制的方法，使深度方向一切界面反射回波用亮點(diǎn)方式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運(yùn)動(dòng)，垂直掃描線上的各點(diǎn)將發(fā)生位置上的變動(dòng)，定時(shí)地采樣這些回波并使之按時(shí)間先后逐行在屏上顯示出來。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 M型超聲診斷儀根本原理構(gòu)造圖 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 五、P型超聲Motion Mode 它可視為一種持殊的 B 型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對(duì)肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對(duì)尿道、膀胱的檢查。P型超聲表示圖 六、D型超聲

20、Doppler Mode 超聲的多普勒效應(yīng)，顯示人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)器官的運(yùn)動(dòng)形狀。 第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 七、彩色多普勒血流成像系統(tǒng)彩超彩色多普勒血流成像系統(tǒng)通常稱為彩超是一種能同時(shí)顯示B型圖像和多普勒血流數(shù)據(jù)血流方向、流速、流速分布的雙重超聲掃描系統(tǒng)，可以得到彩色多普勒血流圖.第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.3 超聲診斷儀的顯示型式 八、三維超聲成像系統(tǒng)三維超聲圖像的重建及實(shí)時(shí)顯示技術(shù)，三維超聲成像方法有散焦鏡法、計(jì)算機(jī)輔助成像和實(shí)時(shí)超聲束跟蹤技術(shù)。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器三維超聲胎兒成像25周 三維超聲胎兒成像28周 .3.4 超聲診斷儀的掃查方

21、式 為構(gòu)成一幅二維圖象，換能器要與人體之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或聲線的位置與方向要按一定規(guī)律改動(dòng)，以獲得不同位置不同方向上的回聲信號(hào)回聲線，這一過程稱為掃查。波束方向的改動(dòng)，可以機(jī)械方式改動(dòng)換能器位置或發(fā)射方向，也可以電子方式控制換能器陣列的任務(wù)形狀來實(shí)現(xiàn)。一、簡(jiǎn)單掃查 各聲線在探查區(qū)內(nèi)不相交 線掃線掃：換能器作橫向平移，線距均勻，但視場(chǎng)的橫向尺寸由換能器挪動(dòng)間隔所限制，縱向尺寸由超聲波穿透深度所限制。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.4 超聲診斷儀的掃查方式 扇掃 弧掃 徑掃 扇掃：換能器在被檢查目前的上方作擺動(dòng)，聲線不均勻，近間隔處密度大，遠(yuǎn)處稀疏。優(yōu)點(diǎn)是可經(jīng)過狹小的窗口檢查待查部位，如經(jīng)過肋骨

22、之間的間隙檢查心臟?；撸郝暰€與扇掃相反。徑掃：P型超聲第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.4 超聲診斷儀的掃查方式 二、機(jī)械掃查與電子掃查 1. 機(jī)械掃查：借助電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)換能器擺動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)利用位置傳感器延續(xù)地檢測(cè)換能器地瞬時(shí)取向，并產(chǎn)生位置信號(hào)，使顯示器的掃描線有相應(yīng)的取向。擺動(dòng)式扇掃B超儀探頭 利用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過凸輪、曲柄、連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往返擺動(dòng)，從而帶動(dòng)單個(gè)晶體換能器在一定角度(3090之間)范圍內(nèi)產(chǎn)生扇形超聲掃描。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.4 超聲診斷儀的掃查方式 旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀 采用4個(gè)或3個(gè)性能一樣的換能器，等角度安放在一個(gè)圓形轉(zhuǎn)輪上，馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，每個(gè)換能器接近收/發(fā)窗口時(shí)開場(chǎng)發(fā)射和接納超聲波,各換能器交替任務(wù)。第四章 醫(yī)用超聲診斷與治療儀器.3.4 超聲診斷儀的掃查方式 2. 電子掃查：用電子方式控制多元換能器的任務(wù)形狀，主要有兩種任務(wù)方式：線陣、相控陣。線陣：由開關(guān)控制器控制每個(gè)振元，使其輪番任務(wù)。相控陣：任務(wù)時(shí)一切的振元被同時(shí)鼓勵(lì)，經(jīng)過控制加到各個(gè)振元上鼓勵(lì)信號(hào)的相位控制延