B超的基本原理與性能指標

會計學1B超的基本原理與性能指標2臨床超聲波診斷技術(shù)基于回波掃描的技術(shù)基于多普勒效應(yīng)的技術(shù)基于透射法的技術(shù)第1頁/共85頁3

超聲回波一個典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射波和小粒子的散射波兩種成分。反射回波：超聲成像的位置信息；

超聲反射成像機制散射回波：被測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。

散射波場

第2頁/共85頁4超聲診斷成像的基本原理

1.基于幾個假定為前提（人體中近似成立）聲束在介質(zhì)中沿直線傳播；在各種介質(zhì)中聲速均勻一致；各種介質(zhì)中介質(zhì)對超聲波的吸收系數(shù)均勻一致。第3頁/共85頁52.脈沖回波測距的理論基礎(chǔ)回波的強度則反映界面的性質(zhì)，回波信號的時間反映了界面的位置。根據(jù)不同界面的回波時間t可以計算出各個界面與換能器之間的距離l。第4頁/共85頁63.超聲診斷儀器的功能模塊

探頭發(fā)射時鐘記錄接收顯示第5頁/共85頁7超聲診斷儀的分類按圖像信息的獲取方法分類

反射法超聲診斷儀多普勒法超聲診斷儀透射法超聲診斷儀第6頁/共85頁8按圖像信息顯示的成像方法分類

A型（AmplitudeModulation

）

M型（Motion-time

）

廣義B型（BrightnessModulation

）

B型，P型，BP型，C型、F型、超聲全息第7頁/共85頁9按超聲波束的掃描方式分類

低速（手動）掃描高速機械線性掃描高速機械扇形掃描高速電子線性掃描高速電子扇形（相控陣）掃描

第8頁/共85頁10A型超聲診斷儀幅度調(diào)制（

Amplitudemodulation）第9頁/共85頁111.診斷基礎(chǔ)

人體臟器、組織其正常與異常的物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同，形成相應(yīng)的超聲界面。這些界面會對超聲產(chǎn)生規(guī)律的反射回波。2.工作原理

脈沖回波理論

第10頁/共85頁123.顯示方式

橫坐標為時間軸，代表被探測物體的深度；縱坐標代表回波脈沖的幅度。第11頁/共85頁134.臨床應(yīng)用

適用于醫(yī)學各科的檢查

，其中應(yīng)用最多的是對肝、膽、脾、眼、腎、子宮等的探測。

5.缺點

只能反映局部組織的回波信息；診斷的準確性與操作醫(yī)師的識圖經(jīng)驗關(guān)系很大。

第12頁/共85頁14M型超聲診斷儀輝度調(diào)制、時間動態(tài)顯示（

Motion-Time）第13頁/共85頁151.診斷基礎(chǔ)

探頭位置固定，臟器有規(guī)律的收縮和舒張，臟器各層組織和探頭的距離便產(chǎn)生節(jié)律性的改變，隨著水平方向的時間慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線。第14頁/共85頁162.顯示方式反射回波的幅度，通過輝度調(diào)制，用亮點的形式

；縱坐標代表發(fā)射界面的深度；橫坐標代表掃描時間信號。A-modedisplayTime–motiondisplay第15頁/共85頁173.工作原理

與A超比較，有三個方面的特點

：

深度掃描信號加在y軸偏轉(zhuǎn)板上，回波信號距頂部的距離表示被探查的組織界面的深度。輝度調(diào)制，亮點的強弱代表回波信號的幅度。增加一個時間掃描信號發(fā)生器，它產(chǎn)生的信號加在x偏轉(zhuǎn)板上。第16頁/共85頁184.臨床應(yīng)用

適用于人體中的運動臟器，如心臟、胎兒胎心、動脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢，并可進行多種心功能參數(shù)的測量，如心臟瓣膜的運動速度、加速度等。

5.缺點

不能獲得解剖圖像，不適用于靜態(tài)臟器。

第17頁/共85頁19為了獲得人體組織和臟器解剖影像，繼A型超聲診斷儀應(yīng)用于臨床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超聲成像儀又先后問世，由于它們的一個共同特點是實現(xiàn)了對人體組織和臟器的斷層顯示，通常將這類儀器稱為超聲斷層掃描診斷儀。第18頁/共85頁20B型超聲診斷儀輝度調(diào)制（

Brightnessmodulation）第19頁/共85頁211.診斷基礎(chǔ)

可以得到解剖圖

分析：

外形邊界回聲、內(nèi)部回聲、后方回聲比鄰關(guān)系活動度、活動規(guī)律硬度、排空功能

第20頁/共85頁222.顯示方式

二維圖像，輝度調(diào)制方式顯示反射回波的幅度，橫坐標代表探頭掃描的距離，縱坐標代表產(chǎn)生回波界面的深度。

第21頁/共85頁233.工作原理

應(yīng)用回聲原理，探頭發(fā)射的聲束必須進行掃查，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人體切面聲像圖。第22頁/共85頁244.掃描方式

線掃探頭發(fā)射的超聲束在水平方向上以快速電子掃描的方法，逐次獲得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由超聲聲束掃描方向決定的垂直平面二維斷層圖像。第23頁/共85頁25扇掃

改變探頭的角度使超聲束指向方位快速變化，獲得被探測方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探頭擺動方向決定的垂直扇面二維超聲斷層圖像。第24頁/共85頁265.臨床應(yīng)用

適用于觀察腹部臟器，如肝、膽、脾、腎、子宮的檢查。扇掃斷層B超尤為適用于對心臟的檢查，也可以對運動臟器實時動態(tài)顯示。第25頁/共85頁27P型超聲診斷儀輝度調(diào)制，平面目標顯示，PPI（planepositionindication）?？梢暈橐环N特殊的B型顯示。1.特點

探頭發(fā)射的超聲波束采用圓周掃描方式進行探查。

第26頁/共85頁282.工作原理

換能器作旋轉(zhuǎn)運動顯示器上的光點從屏中心向屏周圍作徑向掃描，徑向掃描線逐次改變方向，與換能器同步地作旋轉(zhuǎn)。第27頁/共85頁293.顯示方式

4.臨床應(yīng)用

適用于探頭插入體腔內(nèi)的檢查。如：對肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。第28頁/共85頁30第29頁/共85頁31C型超聲診斷儀輝度調(diào)制特定深度掃描（

Constantdepthscope）1.特點

顯示的是某一深度上的一個切面圖像第30頁/共85頁322.顯示方式

橫坐標、縱坐標代表平面的x，y軸方向的長度，深度信息在圖像中不表現(xiàn)。

第31頁/共85頁333.工作原理

掃描設(shè)計：水平x方向上采用同B超一樣的電子掃描，水平y(tǒng)方向上通過機械的方法移動探頭。

第32頁/共85頁34距離控制：通過調(diào)整距離選擇開關(guān)的開通時間，來控制同一深度的回波信號被接收顯示。3.F型

顯示方式原理同C型。距離選擇開關(guān)的開通時間不是一個常數(shù)，而是一個線性變量或者為一非線性函數(shù)，則獲得的深度切面圖在z方向為一斜面或為一曲面聲像圖。第33頁/共85頁35C和F型顯示，可觀察腫瘤的擴大范圍。特別是F型的顯示，可從三維角度去觀察體內(nèi)組織及病變情況。4.臨床應(yīng)用第34頁/共85頁36§2.2B型超聲診斷儀

理解B超的工作原理，關(guān)鍵是各種超聲掃描制式。掃描制式聲束掠過某剖面的過程稱為掃描。第35頁/共85頁37B超的分類波束控制波束掃描制式成象手動式低速任意靜態(tài)聲象機械式低速線性掃描弧形掃描徑向掃描復(fù)合掃描靜態(tài)聲象高速扇形掃描徑向掃描線性掃描實時聲象電子式高速線性掃描扇形掃描實時聲象第36頁/共85頁381.簡單掃描制式線掃

b.

扇掃第37頁/共85頁39c.弧形掃

d.徑向掃

第38頁/共85頁402.機械掃描和電子掃描機械掃描借助電機帶動換能器擺動或旋轉(zhuǎn)，同時位置感測器連續(xù)的檢測換能器的瞬時取向，并產(chǎn)生位置信號，使顯示器的掃描線有相應(yīng)的取向

。

第39頁/共85頁41電子掃描用電子方式控制多元換能器陣實現(xiàn)掃查

。

電子線掃（linearscan）相控陣扇形掃描（phasedscan）第40頁/共85頁42診斷用B型超聲波探頭第41頁/共85頁432.2.1手動式B型超聲診斷儀手持探頭運動位置檢測器位置電壓控制顯示第42頁/共85頁441.位置信號系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)：雙聯(lián)臂結(jié)構(gòu)；井字結(jié)構(gòu)。

位置調(diào)準電路：由電位器組完成，隨著換能器位置的改變，電位器組的阻值隨之變化，產(chǎn)生相應(yīng)電壓信號。第43頁/共85頁452.特點

優(yōu)點：掃描范圍大，線數(shù)高，圖像輪廓清晰等。

缺點：手動控制波束掃描，成像速度低，一般需數(shù)十秒。

3.臨床應(yīng)用

適用于掃描靜止臟器，常用于腹部、婦產(chǎn)科和眼科等方面的檢查。第44頁/共85頁462.2.2高速機械扇形掃描B超1.特點

超聲波束以扇形方式掃查，不受透聲窗口的限制而保持較大的掃查范圍。

2.方法擺動式扇掃B超儀旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀第45頁/共85頁47擺動式扇掃B超儀

結(jié)構(gòu)簡單，只需一個晶片與一個驅(qū)動機構(gòu)，但它的視場有限。結(jié)構(gòu)殼體擺動激勵電機支點換能器扇形齒輪第46頁/共85頁48

機械扇掃B超儀原理框圖第47頁/共85頁49

簡單計算脈沖重復(fù)頻率每幀掃描線幀頻擺動次數(shù)關(guān)系例：脈沖重復(fù)頻率4kHz，幀頻20幀/秒，則每幀掃描線為多少？擺動次數(shù)為多少？200根，20次/秒第48頁/共85頁50旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀結(jié)構(gòu)

根據(jù)要求簡單計算轉(zhuǎn)速。第49頁/共85頁51特點：

優(yōu)點：體積小，馬達單方向旋轉(zhuǎn)，掃描均勻，噪音和振動都很小，其壽命遠較擺動式長。

缺點：所用晶片的一致性要求高。第50頁/共85頁522.2.3高速電子線掃B超

線陣：將許多聲學上相互獨立的壓電振子成一線排列。

電子線掃：用電子開關(guān)切換接入發(fā)射/接收電路的振子，使之分時組合輪流工作

，組合是探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進行的且每次僅有接入電路的振元組被激勵，產(chǎn)生合成超聲波束發(fā)射并接收。第51頁/共85頁531.電子線掃

B超的原理第52頁/共85頁542.電子開關(guān)控制掃描方式控制探頭中振子投入工作的次序和方式。直接影響到掃描的線數(shù)。常規(guī)掃描

隔行掃描飛越掃描半間距掃描

變孔徑掃描微角掃描波束掃描制式第53頁/共85頁55常規(guī)掃描第54頁/共85頁56半間距掃描第55頁/共85頁57微角掃描掃描方向A1A2B1B2第56頁/共85頁582.2.4高速電子扇掃B超（相控陣）

采用多陣元換能器并對所有振元的激勵脈沖進行相位控制，實現(xiàn)合成波束的扇形掃描，聲束很容易通過小窗口透入人體內(nèi)

。第57頁/共85頁591.相控陣掃描原理

同相激勵第58頁/共85頁60

相控發(fā)射波束（正偏）第59頁/共85頁61

相控發(fā)射波束（反偏）第60頁/共85頁62τ：延時等時間差θ：波束偏轉(zhuǎn)角

d：振元間的距離

c：聲速，取1540米/秒

2.延時與偏向角的關(guān)系：第61頁/共85頁633.儀器組成與工作原理產(chǎn)生延遲參數(shù)N個等值時差觸發(fā)信號偏向角參數(shù)發(fā)生器相控信號發(fā)生器發(fā)送聚焦激勵單元產(chǎn)生聚焦延遲激勵脈沖第62頁/共85頁64

電子聚焦相控陣中的波束偏轉(zhuǎn)與波束聚焦結(jié)合使用，就可以獲得既偏轉(zhuǎn)又聚焦的波束。第63頁/共85頁654.電子扇掃與機械扇掃的比較機械扇掃電子扇掃波束較好柱狀波束波束副瓣較大性能靈敏度及分辨力較高分辨力低控制電路簡單復(fù)雜成本低高探頭體積重量較大，運行噪聲強，壽命短重量輕，工藝難度大，沒有機械噪音，壽命長。透聲窗口大小第64頁/共85頁66§2.3B超的性能指標

參數(shù)分類

技術(shù)參數(shù)

設(shè)計者、開發(fā)者必須了解的一類參數(shù)。

使用參數(shù)使用者、選購者必須了解的一類參數(shù)。第65頁/共85頁67

技術(shù)參數(shù)1.超聲工作頻率

（Frequency）

實際輻射超聲波的頻率。頻率的選擇橫向分辨力探測深度B超儀器的工作頻率在0.5~15MHz。第66頁/共85頁682.脈沖持續(xù)時間（Pulsewidth）探頭受電激勵后產(chǎn)生超聲振動的時間。

第67頁/共85頁69影響縱向分辨力

脈沖寬度大，縱向分辨力降低。第68頁/共85頁70影響近距離回波的分辨

為相鄰回波的最小可辨距離，它與發(fā)射脈沖持續(xù)時間及聲速有關(guān)。持續(xù)時間聲速最小可辨距離分辨力第69頁/共85頁71影響脈沖持續(xù)時間的因素超聲工作頻率探頭阻尼特性激勵脈沖寬度B超發(fā)射脈沖寬度小于0.2us。第70頁/共85頁723.脈沖重復(fù)頻率（Pulserepetitionfrequency,PRF）每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)。決定最大探測距離fc——為脈沖重復(fù)頻率第71頁/共85頁73

影響因素

最大探測距離

幀頻

線密度B超脈沖重復(fù)頻率通常在2k～4kHz之間。第72頁/共85頁744.分辨力

成像系統(tǒng)分辨空間尺度的能力，用兩回聲點之間的最小可辨距離表示。

縱向分辨力（軸線分辨力、距離分辨力）橫向分辨力第73頁/共85頁75縱向分辨力受哪些因素的影響？發(fā)射超聲頻率聲波的縱向分辨力極限為聲波的半波長；脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間越短，縱向分辨力越高；

系統(tǒng)整體性能增益被測介質(zhì)特性第74頁/共85頁76橫向分辨力受哪些因素的影響？聲束的寬度

橫向分辨力的計算：目前利用聚焦聲束，橫向分辨力可達2mm以下。聯(lián)系半擴散角表達式P13式1-30第75頁/共85頁77顯示器性能顯示器掃描線寬度是橫向分辨力的上限

。而掃描線受聲速和光點的大小的限制。

系統(tǒng)動態(tài)范圍第76頁/共85頁785.探測深度

儀器發(fā)射的超聲波束可穿透并能顯示回聲圖像的被測介質(zhì)的深度。

受哪些因素的影響？接收系統(tǒng)的靈敏度及動態(tài)范圍工作頻率

發(fā)射功率的影響

第77頁/共85頁796.灰階級

接收機顯示器輝度顯示能力

。灰階級越高，顯示回聲圖像的層次感強，圖像的清晰度越高。

灰階處理：壓縮無用灰度級信息，保留并擴展具有診斷意義的微小灰度差別，使圖像質(zhì)量得到改善。第78頁/共85頁807.聚焦方式

探頭發(fā)射和接收的波束采用何種方法聚焦。聲學聚焦電子聚焦多點動態(tài)聚焦混合聚焦方式第79頁/共85頁818.圖像幀頻成像系統(tǒng)每秒鐘內(nèi)可成像的幀數(shù)

。概念靜態(tài)或慢速成像系統(tǒng)

準實時成像系