一、B型超聲診斷儀器原理調試與維修

B型超聲診斷儀器原理調試與維修的井岡山大學生物醫(yī)學工程系37439866@緒論一、醫(yī)療儀器設備：1、診斷儀器——發(fā)展最快，最高精尖，對醫(yī)療技術影響最大；2、治療儀器；3、輔助儀器。二、醫(yī)療診斷儀器定義：理論基礎：物理學、化學、生理學、解剖學、細胞學等運用技術：聲、光、射線、電子、機械、化工、信息等信息形式：聲音、顏色、數(shù)字、波形、圖形、圖象等；反映內容：人體系統(tǒng)、器官、組織、體液、細胞的參量；應用目的：判斷疾病的性質、位置、程序，指導治療。三、各種成象技術特點比較。信息載體成象儀器獲取信息應用條件分辨力定量傷害超聲波B型超聲切面彈性象無骨,氣的軟組織2mm定性無D型超聲切面速度象無骨,氣的軟組織2mm定性無UCT切面聲衰象無骨,氣的軟組織2mm定性無X射線常規(guī)X機投影密度象骨、造影的臟器<1mm定性有X-CT切面密度象不限1mm定量有Y射線常規(guī)Y機投影功能象有血液循環(huán)組織5mm定量有ECT切面功能象有血液循環(huán)組織5mm定量有紅外線熱圖儀表面溫度象不限定性無電磁場NMR切面氫原象不限<1mm定量無緒論四、超聲成象與其它技術比較的結論?！じ鞣N成象技術的關系：

各有所長——特異敏感癥。

各有所短——不敏感癥，甚至盲區(qū)，臨床應用需要相互彌補，取長補短，不能完全互代?！こ暢上蠹夹g之短長：特點：彈性信息象（B型），速度信息象（D型）。優(yōu)點：安全、無損、方便、實時、價廉、應用面廣，軟組織鑒別力強。缺點：有盲區(qū)，分辨力不太高。最宜：用于大規(guī)模普查。緒論五、超聲技術發(fā)展史：19世紀末，20世紀初，相繼發(fā)現(xiàn)正、負壓電效應。1912年，英國TITANIC號客輪撞冰山沉沒，數(shù)千人喪生，釀驚世慘案。1914-1918年，第一次世界大戰(zhàn)，德國潛艇猖狂，盟國損失慘重。·1921年，聲吶（SoundNavigationandRanging,簡稱SONAR）用于探測水下潛艇。1928年，出現(xiàn)超聲金屬探傷技術，頻率達MHz級，波長僅mm級。使聲波方向性好，探測精確。40年代，探傷技術用于醫(yī)學，制成A型超聲診斷儀。50年代，相繼制成M型超聲心動圖儀，連續(xù)波超聲多普勒診斷儀。壓電陶瓷換能器開始應用。緒論60年代，超聲技術日益完善，1967年制成實時B型超聲成象儀。70年代，大規(guī)模集成電路、微型計算機技術的發(fā)展促進了超聲技術的發(fā)展。特別是B型超聲成象，DSC和DSP的出現(xiàn)，使之達到功能強、自動化程度高、圖象質量好的新水平。80年代，持續(xù)發(fā)展。1980年，美國臨床超聲成象儀數(shù)量超過X射線機，結束X射線機統(tǒng)治圖像診斷近百年歷史。宣稱進入“醫(yī)學超聲年”。雙功超聲診斷儀、彩色超聲血流圖儀、介入式超聲、全數(shù)字電腦超聲顯象、超聲三維成象等相斷推出。90年代，探頭技術、數(shù)字處理技術日益成熟，超聲成象向多樣化發(fā)展。高端機型功能強大、圖像清晰；低端機型結構小巧，操作方便，價格低廉。緒論六、中國超聲技術發(fā)展史。1958年，A型超聲診斷儀在上海誕生。1959～1961年，簡單的超聲多普勒儀、超聲顯像儀和超聲心動圖儀也在上海相斷研制成功。60年代中～70年代中，因“文革”停滯。70年代中后期，M型超聲診斷儀、連續(xù)波多普勒超聲診斷儀、電子線陣式、電子相控陣式、機械扇掃式B型超聲診斷儀相繼制成。80年代，開放引進使技術快速發(fā)展，雙功超聲診斷儀、彩色超聲血流圖儀等相斷制成。同時，中、低檔機型產銷增長迅速。90年代，中外合資、外商獨資企業(yè)大量涌現(xiàn)，產品緊跟世界先進水平。緒論超聲的醫(yī)學應用診斷影像類A型(Amplitude)B型(Brightness)C型(CrossSection)D型(Doppler)M型(Motion)F型(Flexible)T型(Tomography)診斷其它類胎兒監(jiān)護骨密度測量治療超聲霧化超聲清洗超聲碎石超聲手術超聲理療超聲刀超聲診斷儀數(shù)字黑白超聲數(shù)字彩色超聲超聲診斷儀翻蓋便攜式電子凸陣全數(shù)字便攜式超聲超聲診斷儀全數(shù)字便攜式超聲胃腸彩色超聲儀器超聲診斷儀彩色經(jīng)顱多普勒超聲診斷儀超聲治療儀超聲治療儀返回目錄超聲的成像特點(1)超聲波為非電離輻射，在診斷用功率范圍內對人體無傷害，可經(jīng)常性地反復使用。(2)超聲波對軟組織的鑒別力較高，在對軟組織疾患診斷時具有優(yōu)勢。(3)超聲成像儀器使用方便、價格便宜。超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像目前的發(fā)展趨勢1組織鑒別生物組織是由脂肪、蛋白質、水等多種成分組成的復雜介質，其超聲特性也很復雜，表現(xiàn)多樣。新型的聲參數(shù)成像主要有三類：彈性成像聲傳播參數(shù)成像聲的非線性參數(shù)成像。

非線性聲參數(shù)成像也一直比較引人注意。在外力聲泵的作用下，組織的微結構將發(fā)生改變，據(jù)此獲得的非線性參數(shù)Ｂ/Ａ、相移參數(shù)Ｎ′等，均已證明與組織的硬度、組織的纖維化以及腫瘤的性質有直接的關系。利用它們進行成像，必然有獨特的性能。

目前的發(fā)展趨勢2.超聲圖像在高分辨率和高速成像利用信號處理技術使小腫瘤能早期發(fā)現(xiàn)；利用相干成像技術，通過聲束成形和相位矯正獲得優(yōu)質的圖像；多道、多束或多頻技術的應用，可分別提高圖像的分辨力，提高幀頻或抑制旁瓣；兩維陣列超聲探頭的應用，不僅可以實現(xiàn)超聲的兩維聚焦以提高圖像的質量，而且可以用于實時的三維成像；高頻高分辨力探頭使血管腔內超聲應用得到發(fā)展及超聲衍射偽像的校正等。

1)相干圖像技術回波信息中含有振幅和相位的信息，通常使用的超聲成像技術只利用了振幅的信息，而丟失了相位的信息。高技術的超聲儀器則應用了相位的信息。要利用接收波束的相位信息，必須保證波束的相干性，采用專門的方法校正波束間的相干性，使同一目標在不同波束中的相位是一致的。依靠波束的相干性，可以用不同的線性迭加得到不同的組合波束。它們都可達到提高空間分辨力的效果。同時每次激發(fā)可以產生兩條組合波束，因此時間分辨力也提高1倍。2）數(shù)字波束形成器數(shù)字波束形成器的關鍵在于:(1)將發(fā)射聚焦，接收聚焦的延遲線數(shù)字化，并將周圍硬件設計成專用集成電路。(2)時間型迭加聚焦比常規(guī)的模擬延遲迭加聚焦更為準確。這就要求發(fā)射電路使用特殊的函數(shù)激勵。其他的數(shù)字波束也有相應的優(yōu)越性，如PZT零階Bessell十環(huán)陣非衍射探頭就可以實現(xiàn)全程聚焦。它可以克服多焦區(qū)迭加成像所帶來的幀頻降低(即時間分辨力降低)的缺點。但波束的旁瓣比較大，為克服該缺陷，則采用非對稱波束激勵，并將接收回波波束用電子學方法旋轉90°，可以有效減弱旁瓣的效應。3)超聲探頭工藝的改進超聲探頭向著高密集、小曲率、高頻率和兩維等方面發(fā)展，微電子的工藝是其中的關鍵。高密集的探頭陣元數(shù)達256個。高頻率的探頭包括：50ＭＨｚ的多普勒探頭45ＭＨｚ的血管內成像探頭和100～200ＭＨｚ的皮膚成像探頭等。兩維的探頭，其目前的陣元數(shù)為128×8。4)腔內和血管內超聲成像體表超聲診斷已有將近50年的歷史，介入性的超聲技術雖僅為20年，在臨床卻已不斷推廣。如利用超聲內窺鏡檢查消化道的疾病，可以發(fā)現(xiàn)消化道壁后的病變(這是光學纖維內窺鏡所無法看到的)。又如心血管腔內的超聲成像，利用導管將超聲換能器插入血管，定性、定量分析管壁斑塊，鑒別管內血栓。由于深入器官，可以采用高頻率的超聲顯像，從而獲得高的圖像分辨率。它們和體表超聲成像系統(tǒng)相比，主要區(qū)別在于采用特殊的超聲探頭，即小型化，甚至微型化的探頭，其中微馬達技術是個關鍵。

目前的發(fā)展趨勢3.流速測量技術的改進這部分包括血流兩維速度矢量場和血流向量的測量，血流流線在Ｂ型超聲中的混合顯示；利用窄帶自相關方法跟蹤斑紋噪聲測量血流流速，測量結果較為準確；用寬帶聲束，相關處理可以改善空間的定位；應用抗迭混方法提高脈沖多普勒技術測量血流速度的上限；通過對功率譜的自動識別，診斷血管疾病如血栓等；血流彩色編碼成像有速度型，加速度型，和功率型等，功率型與諧波多普勒的結合，可以提高血流的測量靈敏度，擺脫測量對角度的依賴，提高對低速血流的測量能力。4.一些新的領域1)高頻超聲成像技術高頻超聲成像技術的應用將大大提高圖像的分辨力。常規(guī)Ｂ型超聲成像技術其超聲工作頻率在2～10ＭＨｚ，目前研究并開始臨床應用的血管內超聲成像技術，其工作頻率高達20～40ＭＨｚ，而40ＭＨｚ～100ＭＨｚ的超聲成像才被稱為高頻超聲或超聲后散射顯微鏡(ＵＢＭ)，可以用在皮膚的成像，以及眼部、軟骨、管狀動脈內的成像等等。人體內臟器官的癥狀往往在淺表皮層得到表現(xiàn)，這就加大了超聲皮膚成像的應用價值。

2)超聲造影劑的研究和應用超聲造影劑從物理形態(tài)上可以分為:(1)含有自由氣泡的液體。(2)含有包膜氣泡的液體。(3)含有懸浮顆粒的膠狀體。(4)乳劑。(5)水溶液。由于造影劑的散射截面要比同樣大小的固體粒子大幾個數(shù)量級，可以使背向散射的信號大大增強。造影劑的這種作用，可以突出感興趣區(qū)域的圖像，改善圖像的信噪比，從而便于醫(yī)學診斷。血液中存在造影劑后，人體中小血管的血流可以得到顯示。由于正常組織和腫瘤對某種造影劑的反應存在差異，利用造影劑可以提高對腫瘤的檢出率。早期曾用的含自由氣泡的液體，例如含ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等現(xiàn)在已經(jīng)淘汰，這是由于氣泡的穩(wěn)定性不夠。目前研究者趨于采用有穩(wěn)定包膜氣泡的液體。研究氣泡更穩(wěn)定，大小可控制，對人體無害，易排出，且有良好造影作用的超聲造影劑，是這方面研究的一個重要方向。

3)超聲治療(1)超聲熱療是個有發(fā)展前途的領域，聚焦的超聲把能量集中在腫瘤區(qū)域，加上腫瘤區(qū)域散熱不良從而導致熱量的積累，可以達到殺死腫瘤細胞的目的。但關鍵是要解決好活體的無損溫度測量技術。(2)超聲外科手術是超聲治療的重要形式，它主要利用超聲空化和強烈的機械效應來切斷、破壞生物組織。用超聲手術刀進行外科手術，可以快速、準確而又省力地切割組織，具有止血、無感染等優(yōu)點，而且刀頭的溫度并不高。(3)超聲可以引導穿刺進行活檢、引流，也可以進行治療。例如超聲引導下對腫瘤的介入治療，直接注入藥物，以治療腫瘤。

4)虛擬現(xiàn)實技術在超聲中應用利用現(xiàn)有的Ｂ型超聲成像設備獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過三維數(shù)字成像技術實現(xiàn)超聲的虛擬探查(左轉、右轉、上下反轉等)，例如乳腺腫瘤的三維重建和虛擬顯示，可以作為手術方案的技術支持；骨關節(jié)的三維重建和虛擬顯示，可以作為康復方案的技術支持。這方面的研究也會進一步深入。

5)計算機化的超聲成像技術目前已成功應用的方面有:計算機的聲束控制技術，以PC機為平臺構成的超聲掃描儀(超聲診斷儀)，PACS和超聲的遠程技術，包括超聲數(shù)據(jù)(圖像)的遠程傳輸和遠程控制超聲掃描等?計算機技術與超聲圖像的最新結合是采用開放結構設計，在計算機平臺上產生高質量的圖像，讓用戶使用時感到十分方便；系統(tǒng)的核心是計算機，系統(tǒng)的控制功能由屏上的游標或手觸摸屏選擇，有多種語言可供選擇；系統(tǒng)與DICOM、PACS、和其他remotescanning系統(tǒng)相兼容?可以預見，計算機化超聲成像這個趨勢將越來越深入和廣泛?目前的發(fā)展趨勢5.一些基礎性研究這方面的研究包括:超聲散射元的信號仿真，利用血液動力學中的一些現(xiàn)象總結成一些近似方法，例如動量守恒法、近似等速表面積法計算血流流量，仿真和測量血管中的湍流、渦流及其頻譜特征等?？傊?，可以預見未來，醫(yī)學超聲將會繼續(xù)有較大的發(fā)展，并在醫(yī)學臨床診斷領域發(fā)揮越來越大的作用。

一、超聲波的定義及特征:超聲波的定義：超聲波是聲波的一種，是機械振動在彈性介質中的傳播；頻率在16-20000赫（Herz）的聲波人耳可以聽到稱為可聞聲波；頻率高于20000赫的聲波，人耳聽不到稱為超聲波。超聲波和聲波一樣，也是一種機械波。超聲波亦有縱波和橫波之分。超聲波與普通聲波特性相比：

1、頻率高、波長短

2、由超聲波所引起的媒質微粒的振動即使振幅小，但加速度大，可產生很大的力量。第一章:超聲診斷的聲學基礎超聲換能器壓電效應PiezoelectricEffect逆壓電效應ConversePiezoelectricEffect超聲波治療探頭工業(yè)用超聲波探頭

壓電陶瓷片診斷用B型超聲波探頭基本概念換能器——是把一種能量轉化為另一種能量的設備，我們主要討論聲換能器，即把電能轉換為機械能或聲能，或者相反。產生超聲波的裝置分為兩類：機械方式電氣方式1.壓電效應PiezoelectricEffect1880年法國物理學家居里兄弟(PaulJacquis和PierreCurie)首先發(fā)現(xiàn)結晶物質具有壓電現(xiàn)象(Piezoelectricity)。1881年李普曼(G.Lipmann)根據(jù)熱力學概念預言壓電現(xiàn)象是可逆的，同年居里兄弟證實了壓電效應的可逆性，即逆壓電現(xiàn)象壓電體未收外力時，兩側不帶電荷壓電體受到壓縮力兩側帶電荷壓電體受到拉力兩側帶電荷（與B相反）正壓電效應（directpiezoelectriceffect)在某些晶體的一定方向上，受到應力（拉力或壓力）而形變時，在晶體的兩個受力界面上，引起內部介質正負電荷中心相對位移，從而產生符號相反的束縛電荷，其電荷密度與所施加的外力成正比例，這種由于機械力的作用而激起電介質晶體表面電荷的效應，稱為正壓電效應（DirectPiezoelectricEffect)壓電體兩側加電場時，長度伸展壓電體兩側加與（d）相反電場時，長度壓縮逆壓電效應（conversepiezoelectriceffect)如果在晶體表面沿著電軸方向施加電壓，則由于電場作用，引起內部電介質正負電荷中心相對位移（受到電場拉曳而分離），而這一極化位移又導致晶體的幾何形變這種相反的壓電效應，稱為逆壓電效應（conversepiezoelectriceffect)。三、超聲的發(fā)生和接收的原理1、超聲的發(fā)生是利用逆壓電效應的原理，而超聲的接收是利用正壓效應的原