B超超聲設(shè)備成像原理培訓(xùn)講義

會(huì)計(jì)學(xué)1B超超聲設(shè)備成像原理培訓(xùn)講義典型超聲設(shè)備的成像原理A型超聲M型超聲B型超聲D型超聲C型超聲F型超聲第1頁/共53頁醫(yī)用超聲設(shè)備的主要參數(shù)分辨力超聲工作頻率和脈沖重復(fù)頻率幀頻灰階動(dòng)態(tài)范圍第2頁/共53頁第五節(jié)B型超聲成像第3頁/共53頁一、機(jī)械扇形掃描B超儀

超聲波束以扇形方式掃查，可以不受透聲窗口窄小的限制而保持較大的探查范圍。產(chǎn)生高速機(jī)械扇形掃描，通常采用的方法有兩種：?jiǎn)握裨獢[動(dòng)法；風(fēng)車式多振元（三個(gè)或四個(gè)晶體換能器）旋轉(zhuǎn)法。第4頁/共53頁擺動(dòng)式扇掃B超儀擺動(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)，通過凸輪、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(30°-90°之間)范圍內(nèi)產(chǎn)生扇形超聲掃描。第5頁/共53頁

用機(jī)械方法擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)換能器以實(shí)現(xiàn)超聲束在掃查平面內(nèi)作扇形掃查的方式。第6頁/共53頁第7頁/共53頁

旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀采用4個(gè)（或3個(gè)）性能相同的換能器，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)換能器靠近收/發(fā)窗口時(shí)開始發(fā)射和接收超聲波,各換能器交替工作。旋轉(zhuǎn)式探頭，掃描均勻，噪聲和振動(dòng)小，壽命遠(yuǎn)比擺動(dòng)式長。第8頁/共53頁二、高速電子線形掃描B超儀

將多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體成一線排列稱作線陣，用電子開關(guān)切換接入發(fā)射/接收電路的晶體，使之分時(shí)組合輪流工作，如果這種組合是從探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進(jìn)行的，每次僅有接入電路的那一組被激勵(lì)，產(chǎn)生合成超聲波束發(fā)射并接收，即可實(shí)現(xiàn)電子控制下的超聲波束線性掃描第9頁/共53頁第10頁/共53頁凸陣式扇形掃查沿圓弧排列并按一定的組合和順序工作的掃查的方式。第11頁/共53頁第12頁/共53頁1．多振元組合發(fā)射的意義單振元輻射面積小，波束發(fā)散角大，指向性差縮短了近場(chǎng)區(qū)。多振元組合發(fā)射：增大輻射面積，增加近場(chǎng)，提高分辨率、靈敏度第13頁/共53頁振元等效寬度b的加大，既使波束的近場(chǎng)區(qū)增加，也可以提高遠(yuǎn)場(chǎng)的分辨率、靈敏度。第14頁/共53頁2.超聲波束的掃描組合順序掃描第15頁/共53頁組合間隔掃描第16頁/共53頁三、電子相控陣扇形掃描B超儀

應(yīng)用相控技術(shù)，對(duì)施加于線陣探頭的所有晶體振元的激勵(lì)脈沖進(jìn)行相控制，亦可以實(shí)現(xiàn)合成波束的扇形掃描，用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)波束掃描的B型超聲波診斷儀稱為電子相控陣扇型掃描B超儀。第17頁/共53頁1n23合成波陣面波束方向發(fā)射脈沖相控陣扇形掃查通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，控制各單元激勵(lì)信號(hào)的時(shí)延，以實(shí)現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)的掃查的方式。第18頁/共53頁1.相控陣掃描原理對(duì)成線陣排列的多個(gè)聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電晶體振元同時(shí)給予電激勵(lì)，可以產(chǎn)生合成波束發(fā)射,且合成波束的方向與振元排列平面的法線方向一致。第19頁/共53頁對(duì)線陣排列的各振元不同時(shí)給予電激勵(lì)，而是使施加到各振元的激勵(lì)脈沖有一個(gè)等值的時(shí)間差τ，合成波束的波前平面與振元排列平面之間，將有一相位差θ，合成波束的方向與振元排列平面的法線方向就有一相位差θ。通過控制激勵(lì)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)波束方向變化的掃描方式，叫做相控陣掃描。

第20頁/共53頁2.儀器組成與工作原理偏向角參數(shù)發(fā)生器用于在半個(gè)幀頻周期內(nèi)，等時(shí)差地產(chǎn)生若干個(gè)不同周期的序列脈沖，相位控制器用來把偏向角參數(shù)轉(zhuǎn)換成相控陣的觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)控制各路脈沖激勵(lì)器，產(chǎn)生激勵(lì)脈沖分別加于探頭各壓電振元，各振元產(chǎn)生超聲波發(fā)射。

第21頁/共53頁第22頁/共53頁發(fā)射間歇時(shí)，各振元的回波信號(hào)，通過接收延時(shí)電路合成為一路送往接收放大電路處理后進(jìn)行調(diào)輝顯示。接收延時(shí)電路包含了聚焦延時(shí)和方向延時(shí)，因?yàn)榘l(fā)射時(shí)各路激勵(lì)脈沖接受了方向延時(shí)和聚焦延時(shí)，必須給予相應(yīng)的時(shí)間補(bǔ)償，才能保證在接收放大電路同相合成。第23頁/共53頁3.相控陣扇掃與機(jī)械扇掃2種方式的比較

機(jī)械扇掃B型超聲波診斷儀，具有較好的柱狀聲束，容易獲得較高的靈敏度與影像分辨力，波束控制電路簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是機(jī)械式探頭制作要求嚴(yán)格、工作噪聲強(qiáng)、重量較大，探頭壽命短。振元不能直接與被檢者貼近，受肋骨的影響略大。

相控陣扇掃B超儀，沒有機(jī)械噪音，探頭壽命長，重量輕。缺點(diǎn)是波束副瓣大，干擾嚴(yán)重，分瓣力受影響;探頭晶陣切割精細(xì)，整機(jī)線路復(fù)雜，成本高。相控陣扇掃方式已占據(jù)主導(dǎo)地位。

第24頁/共53頁四、超聲波束的聚焦增強(qiáng)波束的穿透力和回波強(qiáng)度分為聲學(xué)聚焦和電子聚焦

聲學(xué)聚焦

第25頁/共53頁聲透鏡中心部位的厚度應(yīng)為透鏡中超聲波半波長的整數(shù)倍。第26頁/共53頁電子聚焦即對(duì)各振元采用延時(shí)激勵(lì)第27頁/共53頁

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦也是電子聚焦的一種，不同之處是，多點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦的焦點(diǎn)不是固定的，而是通過改變發(fā)射激勵(lì)脈沖的相位延時(shí)量，使在波束同一軸線（Z）方向上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)聚焦發(fā)射。動(dòng)態(tài)電子聚焦第28頁/共53頁第29頁/共53頁第30頁/共53頁五、B超儀的常用性能指標(biāo)1.技術(shù)參數(shù)分辨力超聲工作頻率和脈沖重復(fù)頻率幀頻灰階動(dòng)態(tài)范圍

第31頁/共53頁

2.使用參數(shù)掃描方式和探頭規(guī)格掃描方式指儀器所發(fā)射的超聲波束對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行探測(cè)的方法。探頭規(guī)格有標(biāo)稱工作頻率、尺寸、形狀等參數(shù)，還有是否可配合穿刺等特殊要求。

第32頁/共53頁顯示方式與顯示范圍顯示方式超聲診斷影像顯示有A型、M型、B型等一臺(tái)B型超聲診斷儀可以有B單幅顯示、B雙幅顯示、B/M顯示其中的一種或幾種功能。顯示范圍指的是屏上光柵的最大尺寸，它并不一定等于儀器的探測(cè)深度

第33頁/共53頁注釋和測(cè)量功能注釋功能某些是由儀器自行控制的，比如有關(guān)探頭頻率的顯示、影像處理值（γ校正值等）的自動(dòng)顯示，接收機(jī)總增益、近程增益和遠(yuǎn)程增益值的顯示等。測(cè)量功能指儀器對(duì)被探查臟器進(jìn)行定量分析所具有的各種測(cè)量功能。

記錄方式影像的記錄有多種方式，比如用波拉一步照相機(jī)拍照、視頻打印機(jī)打印或采用錄像機(jī)進(jìn)行磁帶錄像等。第34頁/共53頁六、數(shù)字掃描變換器

DSC（DigitalScanConverter）

數(shù)字掃描變換器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)帶有圖象存儲(chǔ)器的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電視的方法顯示清晰的動(dòng)態(tài)圖象，而且提供了強(qiáng)大的圖象處理功能，如圖象凍結(jié)、多幀存儲(chǔ)、測(cè)量計(jì)算、放大顯示等。第35頁/共53頁A/D轉(zhuǎn)換圖象前處理：回波幅度深度校正圖象存儲(chǔ)器:圖象后處理：灰度修正數(shù)據(jù)插補(bǔ)

偽彩色等D/A轉(zhuǎn)換第36頁/共53頁A/D轉(zhuǎn)換：即超聲圖象數(shù)字化。根據(jù)采樣定理，為使輸出信號(hào)不失真，采樣頻率至少為輸入信號(hào)最高有效頻率的2倍。逐次逼近式雙積分式并行式第37頁/共53頁增益控制TGC(TimeGainCompensation)

對(duì)來自不同深度(不同時(shí)間到達(dá))的回聲給予不同的增益補(bǔ)償，即使接收機(jī)的近場(chǎng)增益適當(dāng)小，遠(yuǎn)場(chǎng)增益適當(dāng)大，通常稱此種控制手段為時(shí)間增益。第38頁/共53頁灰度修正：一幅圖象所可能具有的等級(jí)差數(shù)叫灰階?；译A級(jí)數(shù)越多，圖象層次越豐富。將實(shí)際所記錄的灰度與理想灰度之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系預(yù)先存放在EPROM中。第39頁/共53頁第40頁/共53頁數(shù)據(jù)插補(bǔ)：未經(jīng)插補(bǔ)而直接顯示的圖象，掃描線之間有較大的間隙。

一維線性插補(bǔ)：相鄰掃描行中間插入一行或兩行。二維線性插補(bǔ)：原圖象相鄰四個(gè)像素點(diǎn)中間插入新像素點(diǎn)。第41頁/共53頁偽彩色處理亮度、色調(diào)和飽和度

原理：利用人眼對(duì)彩色分辨力高而對(duì)灰度分辨力低的特點(diǎn)。用不同的顏色來表示不同的灰度等級(jí)，到達(dá)圖象增強(qiáng)的效果。第42頁/共53頁第43頁/共53頁彩色顯示原理圖第44頁