超聲成像原理

醫(yī)學(xué)超聲成像原理目錄什么是超聲？醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)由哪些主要構(gòu)成？超聲波是如何產(chǎn)生的？有哪些常用的醫(yī)學(xué)超聲成像模式？小結(jié)超聲的基本特性超聲波是一種機(jī)械波在生物系統(tǒng)中的超聲波通常起作用的只有縱波（縱波和橫波的區(qū)別？）超聲波的頻率>20kHz醫(yī)學(xué)診斷超聲頻率通常在MHz和10MHz量級(jí)應(yīng)用范圍：消化系統(tǒng)，心血管系統(tǒng)，婦產(chǎn)科，外科學(xué)，眼科學(xué)，神經(jīng)學(xué)，泌尿科，皮膚病學(xué)……成像基本原理脈沖波壓電裝置產(chǎn)生的脈沖波發(fā)送到人體組織后，超聲波碰到不同深度的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反射和散射，部分回波被壓電裝置接收。利用不同深度產(chǎn)生的回波的不同時(shí)延，獲得不同組織界面的反射、聲衰減、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相位偏移等有用信息。連續(xù)波較早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)超聲診斷，但通常只利用連續(xù)波多普勒技術(shù)檢測(cè)任意大小的運(yùn)動(dòng)速度。聲速聲波在組織中的傳播速度取決于：介質(zhì)的硬度介質(zhì)微粒間具有大的吸引力(介質(zhì)表現(xiàn)的越硬)，微粒受周?chē)⒘Ｕ駝?dòng)的干擾引起運(yùn)動(dòng)的加速度也越大，從而聲波在該介質(zhì)中傳播速度也越大介質(zhì)硬度由可壓縮度表示介質(zhì)的密度單個(gè)微粒的質(zhì)量越大，受周?chē)⒘Ｕ駝?dòng)的干擾引起運(yùn)動(dòng)的加速度越小，從而聲波在該介質(zhì)中傳播速度也越小聲衰減聲強(qiáng)：垂直聲束方向上，單位面積內(nèi)每秒通過(guò)的聲能聲強(qiáng)衰減的影響因素：吸收、散射、聲束擴(kuò)散、反射、折射均勻介質(zhì)內(nèi)聲衰減為指數(shù)衰減衰減系數(shù)：?jiǎn)挝痪嚯x內(nèi)聲強(qiáng)衰減的百分比系數(shù)聲衰減的對(duì)數(shù)表示聲衰減(dB)=-10log10(Ix/I0)=4.34xu=4.34聲衰減系數(shù)近似與頻率成正比u=kfk:dB/(mMHz)與x-ray的區(qū)別:x-ray低頻衰減大于高頻衰減對(duì)脈沖波的影響？聲阻抗與反射介質(zhì)的聲阻抗與介質(zhì)的密度和聲速成正比組織的聲阻抗決定了超聲束在兩個(gè)介質(zhì)界面上的反射和入射能量比。聲阻抗與折射服從Snell定理大部分生物組織聲速都非常相近(~1500m/s)，因此折射現(xiàn)象不嚴(yán)重。超聲圖像通常接收反射信號(hào)成像，因此通常只有垂直入射的信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生有效回波。部分聲學(xué)參數(shù)值超聲頻率選擇依據(jù)穿透力(聲衰減)Vs分辨率(波長(zhǎng))高頻：高分辨率、低穿透力(淺表器官)低頻：低分辨率、高穿透力(腹部深部器官)典型應(yīng)用：胎兒：1MHz(1.5mm)眼睛：10MHz(0.15mm)皮膚：20MHz(0.075mm)醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)的構(gòu)成探頭-超聲換能器基本電路部分：通常由主控電路、發(fā)射電路、高頻信號(hào)放大電路、視頻信號(hào)放大和掃描發(fā)生器組成顯示部分用戶控制部分超聲波的產(chǎn)生原理：壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)換能器種類(lèi)：壓電陶瓷、高分子復(fù)合材料、陶瓷復(fù)合材料探頭衍射（繞射）現(xiàn)象超聲發(fā)射波束可以看成探頭表面無(wú)數(shù)點(diǎn)源產(chǎn)生的無(wú)方向性球面聲波的相干疊加近場(chǎng)聲束維持發(fā)射孔徑的形狀，而在遠(yuǎn)場(chǎng)聲束發(fā)生擴(kuò)散近場(chǎng)長(zhǎng)度與孔徑平方和頻率成正比聚焦未聚焦的換能器發(fā)射的聲波空間分辨率最好情況下與孔徑的尺寸相當(dāng)，而且遠(yuǎn)場(chǎng)分辨率急劇下降聚焦的目的：獲得好的橫向分辨率聚焦的種類(lèi)：聲透鏡曲面探頭電子聚焦常用的超聲成像模式A(Amplitude)型B(Brightness)型M(Movement)型D(Doppler)型CD(ColorDoppler)型A-mode根據(jù)回波包絡(luò)峰值確定不同界面的距離應(yīng)用較少（腦中線測(cè)量、眼科）B-mode通過(guò)聲束掃描獲得不同方位回波的幅度，對(duì)不同方位的回波幅度利用亮度調(diào)制獲得兩維的圖像顯示。B-mode圖像分辨率軸向(axial)分辨率：超聲束軸線上，能分辨兩點(diǎn)間的最小距離。與波長(zhǎng)有關(guān)。只有當(dāng)兩點(diǎn)距離大于波長(zhǎng)的1/2時(shí)，超聲才能分別產(chǎn)生兩個(gè)回聲。橫向(lateral)分辨率：垂直于軸線平面上，能分辨相鄰兩點(diǎn)間的最小距離。與超聲束直徑有關(guān)，只有當(dāng)超聲束直徑小于兩點(diǎn)距離時(shí)，才能把這兩點(diǎn)顯示出來(lái)。厚度(elevational)分辨率：又稱厚度分辨率與側(cè)向分辨率在一平面上，是相互垂方向軸線上的分辨力。時(shí)間(temporal)分辨率：幀頻，顯示圖象的實(shí)時(shí)程度。B-mode臨床應(yīng)用基礎(chǔ)利用超聲波在生物組織中的傳播特性，不同的組織與器官具有獨(dú)特的聲像圖特征液性結(jié)構(gòu)為無(wú)回聲暗區(qū)。實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)為強(qiáng)弱不等的各種回聲均質(zhì)性實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)為均勻的低回聲或等回聲非均質(zhì)性結(jié)構(gòu)為混合性回聲鈣化或含氣性結(jié)構(gòu)則呈極強(qiáng)回聲并伴后方聲影M-mode運(yùn)動(dòng)組織的檢查典型應(yīng)用：心臟檢查D-mode典型應(yīng)用：血流速度的定量檢測(cè)CWVsPWCWPW發(fā)射連續(xù)波發(fā)射脈沖波獨(dú)立的發(fā)射和接收陣元共用發(fā)射和接收陣元檢測(cè)回波的頻率偏移(多普勒效應(yīng))檢測(cè)不同時(shí)刻脈沖回波的相位偏移無(wú)頻率混跌有頻率混跌無(wú)空間分辨力有空間分辨力CWV發(fā)射接收PWCD-mode典型應(yīng)用：血流速度的定性檢測(cè)（與D-mode相比）以及血流灌注的判斷（與B-mode相比）超聲診斷從形態(tài)學(xué)過(guò)渡到血液動(dòng)力學(xué)，同時(shí)獲得人體解剖信息和功能信息CD-mode原理基礎(chǔ)為脈沖多普勒技術(shù)檢測(cè)某采樣容積內(nèi)多普勒信號(hào)的平均頻率、頻譜寬度和平均功率。流速估計(jì)方法自相關(guān)法（窄帶彩色血流成像系統(tǒng)）正交解調(diào)后的音頻信號(hào)處理互相關(guān)法（寬帶彩色血流成像系統(tǒng)）射頻信號(hào)處理小結(jié)對(duì)人體無(wú)明顯的危害（與X-ray,放射性核成像相比）快速、相對(duì)廉價(jià)、輕便（與X-ray,CT,MRI,r照相機(jī)相比）實(shí)時(shí)成像（與其他許多成像方式相比）較好的分辨率（優(yōu)于放射性核成像，劣于CT,MRI）；根據(jù)超聲聲波波長(zhǎng)