超聲基礎(chǔ)知識

1、超聲基礎(chǔ)知識超聲基礎(chǔ)知識第1頁主要內(nèi)容1.超聲診療物理基礎(chǔ)2.超聲成像原理3.超聲應(yīng)用超聲基礎(chǔ)知識第2頁第一個別超聲診療物理基礎(chǔ)超聲基礎(chǔ)知識第3頁聲源、介質(zhì) 聲源：能發(fā)聲物體稱聲源。聲源振動后產(chǎn)生聲波。在超聲成像中，探頭晶片高頻振動時即產(chǎn)生超聲 介質(zhì)氣體，固定，液體是傳輸聲音介質(zhì)聲音必須在介質(zhì)中傳輸，不能在真空中傳輸超聲成像中，人體臟器，器官都是介質(zhì)介質(zhì)聲學(xué)特征，與成像關(guān)系非常親密超聲基礎(chǔ)知識第4頁超聲波與頻譜圖可聽范圍：20-0HZ超聲波：20 000HZ超聲成像范圍：2-20MHZ1000HZ=1KHZ1MHZ=106HZ超聲基礎(chǔ)知識第5頁醫(yī)學(xué)超聲波應(yīng)用范圍 3.5-5MHZ應(yīng)用于成人心臟

2、及腹部成像 7-10MHZ應(yīng)用于小器官成像，比如甲狀腺，血管 10-40MHZ應(yīng)用于血管和皮膚成像超聲基礎(chǔ)知識第6頁超聲波傳輸 超聲波種類：橫波：質(zhì)點運動方向垂直于傳輸方向。在固體中波以橫波形式傳輸縱波：質(zhì)點運動方向平行于傳輸方向。在軟組織中波以縱波形式傳輸。在超聲診療中，主要應(yīng)用超聲縱波聲速與介質(zhì)相關(guān)固定液體氣體空氣液體固體超聲基礎(chǔ)知識第7頁聲波在軟組織中速度在軟組織平均速度是1540米/秒探測1cm深度目標(biāo)所需時間為13us超聲基礎(chǔ)知識第8頁超聲波幾個主要物理量波長( 一個超聲波周期所經(jīng)歷長度)頻率f (每秒發(fā)射超聲波脈沖數(shù)量) C=*f f=1/T振幅A (超聲信號強度)周期T (完成一

3、個完整波長所需時間)TimeWavelengthAmplitudeFrequency超聲基礎(chǔ)知識第9頁超聲診療物理基礎(chǔ)（1）超聲波回聲是反射式超聲成像基礎(chǔ)界面反射超聲在均勻介質(zhì)中沿直線傳輸不一樣介質(zhì)界面，會發(fā)生反射與折射鏡面反射及反射系數(shù)超聲基礎(chǔ)知識第10頁超聲診療物理基礎(chǔ)（2）聲學(xué)特征阻抗差異大界面反射特征 Z1Z2 （固體-氣體）將會發(fā)生近乎全部反射，即強力反射，比如甲狀腺（氣管黑色）；肺部極難成像；超聲耦合劑超聲基礎(chǔ)知識第11頁超聲診療物理基礎(chǔ)（3）聲學(xué)特征阻抗差異小界面反射特征假如Z1和Z2相近，則反射很小。軟組織特征阻抗非常相近比如：肝-腎界面只有6%入射波能量反射會肝中，其余94%

4、能量透入界面送入腎超聲基礎(chǔ)知識第12頁小結(jié)界面反射是超聲成像基礎(chǔ)，只要有1聲阻抗差異，就會產(chǎn)生反射，所以超生對軟組織分辨力非常高。假如不發(fā)生反射？反射太強？超聲基礎(chǔ)知識第13頁超聲波散射散射：入射聲波碰到小界面時產(chǎn)生散射超聲基礎(chǔ)知識第14頁超聲波折射折射系數(shù)因為超聲波在界面兩邊聲速不一樣，其聲速之比決定折射程度假如速度相等，則不發(fā)生折射偽像產(chǎn)生折射人體各種軟組織聲速都是靠近超聲基礎(chǔ)知識第15頁超聲波聲場特征聲場分布由換能器發(fā)出超聲后，呈狹窄圓柱形分布，其直徑與晶體大小靠近，有顯著方向性，稱為超聲束。主瓣和旁瓣 旁瓣會產(chǎn)生偽像克服旁瓣，增強主瓣 a-主瓣 b,c-旁瓣超聲基礎(chǔ)知識第16頁超聲波衰

5、減特征 超聲波衰減與傳輸距離成正比；與頻率2/3方成正比。 高頻衰減大，低頻衰減?。ù┩噶姡?引發(fā)衰減原因吸收散射，折射等減弱超聲基礎(chǔ)知識第17頁超聲多普勒效應(yīng)多普勒公告：公式中，C，f0不變，v是改變多普勒效應(yīng)是血流成像基礎(chǔ)！超聲基礎(chǔ)知識第18頁超聲分辨力分辨力定義指超聲檢驗時，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點最小距離能力。軸向分辨力聲束穿過介質(zhì)中能被分辨為前后兩點最小距離與超聲波頻率成正比最大分辨力為/2側(cè)向分辨力或者橫向分辨力與聲束相垂直線或面上，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點最小距離能力。與聲束寬窄相關(guān)超聲基礎(chǔ)知識第19頁超聲穿透力 穿透力增加，以分辨力損失為代價 頻率越高，分辨力越高

6、，穿透力越小 頻率越低，穿透力越強，分辨力越低超聲基礎(chǔ)知識第20頁超聲診療優(yōu)點 安全、無輻射。適合用于胎兒診療。 設(shè)備可移動，成本低。 實時成像 經(jīng)過掃描角度改變，取得更佳圖像。 多普勒檢測血流量信息。超聲基礎(chǔ)知識第21頁第二個別超聲成像原理超聲基礎(chǔ)知識第22頁超聲模式在監(jiān)視器上顯示超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成圖像相同。回波振幅Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 81. A模式：是一個振幅模式。它在顯示上形成垂直偏轉(zhuǎn)曲線圖。2. B模式：是一個亮度模式。其圖像由不一樣亮度點所組成直線組成。點亮度代表接收到回聲振幅。經(jīng)過連

7、續(xù)掃描，二維剖面圖像不停地被更新，這就是實時B模式。探頭換能器監(jiān)視器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 超聲基礎(chǔ)知識第23頁3. M模式： M模式中M表示運動，M模式經(jīng)過B模式圖象來顯示一個取樣線，然后在以時 間為軸線波形圖上表示其運動狀態(tài)。通常M模式用于檢測心臟及胎兒心率。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）（后面詳述）超聲基礎(chǔ)知識第24頁圖像形成全部超聲儀器使用一樣超聲信號基礎(chǔ)成份進行發(fā)射,并形成圖像.

8、探頭 脈沖發(fā)射器/接收器 中央處理器 數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器 顯示及存貯超聲基礎(chǔ)知識第25頁圖像形成(cont.)Sound beamTransducerPulser/receiverSystem CPUDigital ScanConverterMonitorRecordingDevicesVCR / PrinterLaser Camera超聲基礎(chǔ)知識第26頁探頭用于超聲探頭也稱為換能器，是用來產(chǎn)生和檢測超聲波部件，即換能器。既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設(shè)備最主要個別。 結(jié)構(gòu)： 詳見右圖所表示。 其中：壓電陶瓷發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡軸向 聚焦；背襯材料預(yù)防產(chǎn)生超聲波反向振動； 壓電效應(yīng)：是指含有

9、壓電特征材料(陶瓷、石英) 在受到外界壓力后，在其受壓端面產(chǎn)生電壓；在其 端面施加交變電信號時，其端面會產(chǎn)生機械振動， 發(fā)出聲波。 工作原理： 主機經(jīng)過電纜在基元上施加電信號，使基元振動，發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射作用在基元上，使基元兩端產(chǎn)生電信號，經(jīng)過電纜傳送至主機處理、顯示。 聲透鏡壓電陶瓷(基元)背襯材料襯套電纜物體發(fā)射反射超聲基礎(chǔ)知識第27頁探頭種類相控陣探頭：3S曲陣探頭：3.5C，4C線陣探頭：10L腔內(nèi)探頭：經(jīng)食道探頭面陣探頭：M7C超聲基礎(chǔ)知識第28頁超聲掃描方式超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有各種診療方式。當(dāng)前主要采取以下方式：電子掃描方式 探頭許多基元經(jīng)過電子控制產(chǎn)生掃描波束而且經(jīng)

10、過延時線對波束進行聚焦。 電子掃描方式機械掃描方式 特殊方式線陣機械扇掃斜向掃描凸陣（含微型凸陣）徑向掃描梯形掃描相控陣擴充掃描向量掃描線陣：用于小器官、血管及術(shù)中。特點： 孔徑大 近場視野寬 旁瓣影響小凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣區(qū)分在于 基元是彎曲。用于腹部和婦產(chǎn)科。特點： 近、遠場視野寬超聲基礎(chǔ)知識第29頁3. 機械掃描方式機械掃描是經(jīng)過單個或多個基元機械運動（擺動）來產(chǎn)生超聲波束。機械扇掃：是超聲波束經(jīng)過基元機械運動往返 擺動進行掃描。特點：制作成本低；掃描角度大。 噪音大；幀頻低；壽命短?；嗫仃嚕?相控陣方式是經(jīng)過連續(xù)變換延時線來得到產(chǎn)生超聲波束不一樣角度。主要用于心臟。延時線掃描

11、超聲波束相控陣探頭 經(jīng)過延時線聚焦超聲基礎(chǔ)知識第30頁 延時線路脈沖發(fā)射/接收 處理濾波器、對數(shù)放大器、時間增益控制 D S C數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器監(jiān)視器統(tǒng)計設(shè)備錄像機 打印機 彩色打印機圖象檔案管理 存放硬盤、磁光盤主機探頭超聲系統(tǒng)超聲基礎(chǔ)知識第31頁經(jīng)過窄孔徑，在近場聚焦中場經(jīng)過寬孔徑，在遠場聚焦對每一深度聚焦動態(tài)接收聚焦透鏡焦點聚焦 發(fā)散1. 聚焦 許多超聲設(shè)備都有調(diào)整聚焦功效，對感興趣區(qū)域進行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清楚。超聲系統(tǒng)幾個聚焦方式：只在發(fā)射端聚焦（接收端：自動聚焦）：保持較高幀頻發(fā)射和接收端聚焦：可使圖象質(zhì)量更加好，不過幀頻很低常見聚焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)

12、聚焦(CDF）名詞解釋超聲基礎(chǔ)知識第32頁2. 寬頻及變頻5MHz5MHz傳統(tǒng)探頭寬頻帶探頭頻帶寬度寬頻變頻有效地處理探頭分辨率與穿透力矛盾主機帶寬探頭帶寬遠場近場5MHz10MHz3. 幀頻幀頻是指單位時間內(nèi)取得圖象幀數(shù)。高幀頻能夠捕捉細小信息。移動物體低幀頻高幀頻寬頻是指探頭工作頻率范圍比較寬。寬頻帶探頭是實現(xiàn)變頻基礎(chǔ)。變頻是一個新技術(shù)：改變同一個探頭頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場，能夠選取高頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠場，能夠切換到低頻率。超聲基礎(chǔ)知識第33頁4. 數(shù)字化數(shù)字化標(biāo)志是數(shù)字化處理裝置。前端數(shù)字化全數(shù)字化后端數(shù)字化個別數(shù)字化 數(shù)字化處理 A/D放大、處理顯示放大、濾波 數(shù)字化處理 A/D目標(biāo)

13、數(shù)字化延時數(shù)字化疊加數(shù)字波束形成器探頭處理顯示超聲基礎(chǔ)知識第34頁5. 分辨率 分辨率是指對兩個靠近物體識別能力，即對圖象區(qū)分。軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分 兩個點目標(biāo)最小距離。軸向分辨率由超聲波束波長所決定。普通來說，軸向分辨率為波長2到4倍?分辨率幾何分辨率灰度分辨率軸向分辨率側(cè)向分辨率 軸向分辨率高低 側(cè)向分辨率高低側(cè)向（橫向）分辨率：是指對垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分兩個點目標(biāo)最小距離。側(cè)向分辨率取決于超聲波束寬度和波束聚焦情況。灰度（對比度）分辨率：是指對兩個相同密度物體 識別能力?；叶确直媛蕩缀畏直媛势胶鈳缀畏直媛矢呋叶确直媛什畛暬A(chǔ)知識第35頁 多普勒技術(shù)

14、在超聲診療中非常有價值。主要用于檢測心臟、血管內(nèi)血液流向，流速及流量。主要包含以下三種：- 脈沖多普勒(PW)- 高脈沖重復(fù)頻率多普勒(HPRF) - 連續(xù)波多普勒 (CW). - 單連續(xù)波多普勒 - 可控連續(xù)波多普勒TXMRCVRCV假如接收體向著振動源運動，則接收到頻率將高于發(fā)射頻率。 假如接收體背著振動源運動，則接收到頻率將低于發(fā)射頻率。TXM1. 多普勒效應(yīng)：振動源和接收體有相對運動時,所接收到回聲頻率不一樣于振源所發(fā)射 聲頻率,其差異與相對運動速度相關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。多普勒超聲基礎(chǔ)知識第36頁2. 多普勒效應(yīng)公式：2cos f。 C fV(cm/s)=V血流V (cm/s): 血流速度C (cm/s): 聲速(15