超聲基礎(chǔ)知識說課材料

超聲基礎(chǔ)知識第一部分

超聲診斷的物理基礎(chǔ)聲源、介質(zhì)聲源：能發(fā)聲的物體稱聲源。聲源振動后產(chǎn)生聲波。在超聲成像中，探頭的晶片高頻振動時即產(chǎn)生超聲介質(zhì)氣體，固定，液體是傳播聲音的介質(zhì)聲音必須在介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播超聲成像中，人體臟器，器官都是介質(zhì)介質(zhì)的聲學(xué)特性，與成像的關(guān)系非常密切超聲波與頻譜圖可聽范圍：20-20000HZ超聲波：>20000HZ超聲成像范圍：2-20MHZ1000HZ=1KHZ1MHZ=106HZ醫(yī)學(xué)超聲波的應(yīng)用范圍3.5-5MHZ應(yīng)用于成人心臟及腹部成像7-10MHZ應(yīng)用于小器官成像，例如甲狀腺，血管10-40MHZ應(yīng)用于血管和皮膚成像超聲波的傳播超聲波的種類：橫波：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向垂直于傳播方向。在固體中波以橫波形式傳播縱波：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方向平行于傳播方向。在軟組織中波以縱波形式傳播。在超聲診斷中，主要應(yīng)用超聲縱波聲速與介質(zhì)有關(guān)固定>液體>氣體空氣液體固體聲波在軟組織中的速度

在軟組織的平均速度是1540米/秒探測1cm深度目標(biāo)所需時間為13us超聲波的幾個重要物理量波長λ(一個超聲波周期所經(jīng)歷的長度)頻率f(每秒發(fā)射的超聲波的脈沖數(shù)量)C=λ*ff=1/T振幅A(超聲信號的強(qiáng)度)周期T(完成一個完整的波長所需的時間)TimeWavelengthAmplitudeFrequency超聲診斷的物理基礎(chǔ)（1）超聲波的回聲是反射式超聲成像的基礎(chǔ)界面反射超聲在均勻介質(zhì)中沿直線傳播不同介質(zhì)界面，會發(fā)生反射與折射鏡面反射及反射系數(shù)超聲診斷的物理基礎(chǔ)（2）聲學(xué)特性阻抗差異大的界面反射特性Z1<<Z2（氣體-固體）OrZ1>>Z2（固體-氣體）將會發(fā)生近乎全部反射，即強(qiáng)力反射，例如甲狀腺（氣管黑色）；肺部很難成像；超聲耦合劑超聲診斷的物理基礎(chǔ)（3）聲學(xué)特性阻抗差異小的界面反射特性如果Z1和Z2相近，則反射很小。軟組織的特性阻抗非常相近例如：肝-腎界面只有6%的入射波能量反射會肝中，其余94%的能量透入界面送入腎小結(jié)界面反射是超聲成像的基礎(chǔ)，只要有1‰的聲阻抗差異，就會產(chǎn)生反射，所以超生對軟組織的分辨力非常高。如果不發(fā)生反射？反射太強(qiáng)？超聲波的散射散射：入射聲波遇到小界面時產(chǎn)生散射超聲波的折射折射系數(shù)由于超聲波在界面兩邊的聲速不同，其聲速之比決定折射程度如果速度相等，則不發(fā)生折射偽像的產(chǎn)生—折射人體各種軟組織的聲速都是接近的超聲波的聲場特性聲場分布由換能器發(fā)出超聲后，呈狹窄的圓柱形分布，其直徑與晶體大小接近，有明顯的方向性，稱為超聲束。主瓣和旁瓣

旁瓣會產(chǎn)生偽像—克服旁瓣，增強(qiáng)主瓣a-主瓣b,c-旁瓣超聲波的衰減特性超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。高頻衰減大，低頻衰減?。ù┩噶?qiáng)）引起衰減的因素吸收散射，折射等減弱超聲的多普勒效應(yīng)多普勒公示：公式中，C，f0不變，v是變化的多普勒效應(yīng)是血流成像的基礎(chǔ)！超聲的分辨力分辨力的定義指超聲檢查時，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點(diǎn)的最小距離的能力。軸向分辨力聲束穿過介質(zhì)中能被分辨為前后兩點(diǎn)的最小距離與超聲波的頻率成正比最大分辨力為λ/2側(cè)向分辨力或者橫向分辨力與聲束相垂直的線或面上，能在熒光屏上被分別顯示為兩個點(diǎn)的最小距離的能力。與聲束的寬窄有關(guān)超聲的穿透力穿透力的增加，以分辨力的損失為代價頻率越高，分辨力越高，穿透力越小頻率越低，穿透力越強(qiáng)，分辨力越低超聲診斷的優(yōu)點(diǎn)安全、無輻射。適用于胎兒診斷。設(shè)備可移動，成本低。實時成像通過掃描角度變化，獲得更佳的圖像。多普勒－檢測血流量信息。第二部分

超聲成像原理超聲的模式在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。回波振幅Line1Line2Line3Line4Line5Line6Line7Line81.A模式：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉(zhuǎn)的曲線圖。2.B模式：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成的直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實時B模式。探頭換能器監(jiān)視器Line123456783.M模式：

M模式中的M表示運(yùn)動，M模式通過B模式圖象來顯示一個取樣線，然后在以時間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動狀態(tài)。通常M模式用于檢測心臟及胎兒的心率。TransducerTransducerTransducerTransducerLine45t1Line45t2Line45t3Line45t4t1234567...4.D模式（多普勒模式）－（后面詳述）圖像的形成所有的超聲儀器使用同樣的超聲信號的基本成分進(jìn)行發(fā)射,并形成圖像.

探頭脈沖發(fā)射器/接收器中央處理器數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器顯示及存貯圖像的形成(con’t.)SoundbeamTransducerPulser/receiverSystemCPUDigitalScanConverterMonitorRecordingDevicesVCR/PrinterLaserCamera探頭用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來產(chǎn)生和檢測超聲波的部件，即換能器。既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設(shè)備最重要的部分。結(jié)構(gòu)：詳見右圖所示。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－防止產(chǎn)生超聲波反向振動；壓電效應(yīng)：是指具有壓電特性的材料(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(jī)械振動，發(fā)出聲波。工作原理：主機(jī)通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，通過電纜傳送至主機(jī)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)射反射探頭的種類相控陣探頭：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超聲掃描方式超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式：電子掃描方式探頭的許多基元通過電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過延時線對波束進(jìn)行聚焦。

電子掃描方式 機(jī)械掃描方式 特殊方式－線陣 －機(jī)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(kuò)大掃描 －向量掃描－線陣：用于小器官、血管及術(shù)中。特點(diǎn)：孔徑大近場視野寬旁瓣影響?。龟嚕阂卜Q彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于基元是彎曲的。用于腹部和婦產(chǎn)科。特點(diǎn)：近、遠(yuǎn)場視野寬3.機(jī)械掃描方式機(jī)械掃描是通過單個或多個基元機(jī)械運(yùn)動（擺動）來產(chǎn)生超聲波束的。－機(jī)械扇掃：是超聲波束通過基元機(jī)械運(yùn)動來回擺動進(jìn)行掃描的。特點(diǎn)：制作成本低；掃描角度大。噪音大；幀頻低；壽命短。基元－相控陣：相控陣方式是通過連續(xù)變換延時線來得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。延時線掃描超聲波束相控陣探頭 通過延時線聚焦延時線路脈沖發(fā)射/接收處理濾波器、對數(shù)放大器、時間增益控制

DSC數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器監(jiān)視器記錄設(shè)備錄像機(jī) 打印機(jī)彩色打印機(jī)圖象檔案管理存儲硬盤、磁光盤主機(jī)探頭超聲系統(tǒng)通過窄孔徑，在近場聚焦中場通過寬孔徑，在遠(yuǎn)場聚焦對每一深度聚焦動態(tài)接收聚焦透鏡焦點(diǎn)聚焦發(fā)散1.聚焦許多超聲設(shè)備都有調(diào)整聚焦的功能，對感興趣的區(qū)域進(jìn)行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清晰。超聲系統(tǒng)的幾種聚焦方式：－只在發(fā)射端聚焦（接收端：自動聚焦）：保持較高的幀頻－發(fā)射和接收端聚焦：可使圖象質(zhì)量更好，但是幀頻很低常用的聚焦方式：分段聚焦；動態(tài)聚焦；連續(xù)動態(tài)聚焦(CDF）名詞解釋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－－有效地解決探頭分辨率與穿透力的矛盾主機(jī)帶寬探頭帶寬遠(yuǎn)場近場5MHz10MHz3.幀頻幀頻是指單位時間內(nèi)獲得圖象的幀數(shù)。高幀頻可以捕捉細(xì)小的信息。移動的物體低幀頻高幀頻寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。寬頻帶探頭是實現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。變頻是一種新技術(shù)：改變同一個探頭的頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場，可以選用高頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場，可以切換到低頻率。4.數(shù)字化數(shù)字化的標(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－部分?jǐn)?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/DΣ?目標(biāo)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5.分辨率分辨率是指對兩個靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。軸向分辨率由超聲波束的波長所決定。一般來說，軸向分辨率為波長的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)分的兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。側(cè)向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況?；叶龋▽Ρ榷龋┓直媛剩菏侵笇蓚€相似密度的物體的 識別能力?；叶确直媛蕩缀畏直媛势胶鈳缀畏直媛矢撸叶确直媛什疃嗥绽占夹g(shù)在超聲診斷中非常有價值。主要用于檢測心臟、血管內(nèi)血液的流向，流速及流量。主要包括以下三種：-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如果接收體向著振動源運(yùn)動，則接收到的頻率將高于發(fā)射頻率。

如果接收體背著振動源運(yùn)動，則接收到的頻率將低于發(fā)射頻率。TXM1.多普勒效應(yīng)：振動源和接收體有相對運(yùn)動時,所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射 的聲頻率,其差別與相對運(yùn)動的速度有關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。多普勒2.多普勒效應(yīng)公式：2cos?f。

C?ΔfV(cm/s)=V血流V(cm/s):血流速度C(cm/s):聲速(1530m/s)(度):血流與超聲波束之間的夾角

Δf(Hz):多普勒頻移

f。(Hz):超聲頻率超聲波束血管角的調(diào)整：30°0.86633°0.8393.2%cos誤差變化70°0.34273°0.29217.1%夾角θ的最佳范圍：30－60°3.多普勒波的含義多普勒波包括以下含義(數(shù)據(jù))－速度－速度范圍（寬度）－血流量大小－血流方向一個心跳周期寬的速度范圍