超聲成像原理課件

1超聲成像原理1定義：聲源與接收器在連續(xù)介質(zhì)中存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)聲波頻率將發(fā)生改變。多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)超聲的物理基礎(chǔ)二、超聲傳播特性2P1632超聲傳播特性超聲的物理基礎(chǔ)多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)

在聲源與觀察者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲波密集，頻率增高；在背向運(yùn)動(dòng)時(shí)聲波疏散，頻率減低，這種引起聲波頻率變化的現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。33超聲傳播特性超聲的物理基礎(chǔ)

換能器發(fā)出一定頻率超聲波，遇到活動(dòng)的大界面或小界面，反射或散射回聲的頻率發(fā)生改變，反射回聲與入射回聲之差稱為頻移。

在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)可用于檢測(cè)心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度等。44七、多普勒效應(yīng)（一）定義：當(dāng)振源（聲源）與接受器之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接到的振動(dòng)（聲波）頻率與振源（聲源）的發(fā)射頻率有一定差異，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。其變化的頻差稱頻移，如界面朝向探頭運(yùn)動(dòng)，頻率升高；若界面背離探頭運(yùn)動(dòng)，則頻率減低；界面運(yùn)動(dòng)越快，頻移數(shù)值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的運(yùn)動(dòng)和血液流動(dòng)均可引起多普勒效應(yīng)。5多普勒效應(yīng)：聲源與接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)接收到的頻率有改變（頻移）

探頭探頭探頭向探頭運(yùn)動(dòng)背離探頭聲源界面靜止6（二）、人體內(nèi)的多普勒效應(yīng)P189產(chǎn)生條件：超聲進(jìn)入人體后，只要遇到運(yùn)動(dòng)界面即產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。（一）層流（朝向探頭-紅，背離探頭-藍(lán)）（二）湍流：(正向-黃

紅+綠，負(fù)向-青藍(lán)+綠)（三）射流：層流湍流血管狹窄綠色：代表流速快且紊亂的血流射流探頭探頭7紅+綠=黃藍(lán)+綠=青紅+藍(lán)=品紅如湍流血流方向朝向探頭，紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間的血流圖象；如湍流血流方向背向探頭，監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間的血流圖象；8------如湍流血流方向朝向探頭（如分流束），紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間的血流圖象（舒張期：二狹、三狹，）；-----如湍流血流方向背向探頭（返流束），監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間的血流圖象（收縮期：主狹、肺狹）正常情況過二尖瓣或三尖瓣為紅色血流，過主動(dòng)脈瓣或肺動(dòng)脈瓣為藍(lán)色血流9超聲原理彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)的頻移。在顯示屏上以不同彩色顯示不同的血流方向和流速。P18910圖像特征10對(duì)某些非對(duì)稱結(jié)晶材料（如石英）進(jìn)行一定方向的加壓或拉伸時(shí)，表面的兩側(cè)將會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

具有此性質(zhì)的材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復(fù)合材料等。一、換能器的原理----壓電效應(yīng)P169超聲儀器探頭原理1111正壓電效應(yīng)結(jié)晶在其兩個(gè)受力界面上引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移，在兩個(gè)界面產(chǎn)生等量異號(hào)電荷。定義：由外力作用引起材料表面產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)，稱為正壓電效應(yīng)。探頭原理超聲儀器12壓力---變形---產(chǎn)生電場(chǎng)(變形—電場(chǎng))12逆壓電效應(yīng)定義：在材料兩端施加一個(gè)電壓時(shí)，，晶體將產(chǎn)生幾何變形，稱為逆壓電效應(yīng)。

在晶體表面施加電場(chǎng)，可引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生位移，這一極化位移導(dǎo)致了晶體的幾何形變。探頭原理超聲儀器13(電場(chǎng)—變形)13

原理：對(duì)壓電晶體施以一交變電場(chǎng)由于逆壓電效應(yīng)，晶片即可發(fā)生機(jī)械性的壓縮與擴(kuò)張，推動(dòng)周圍介質(zhì)，使之振動(dòng)，發(fā)出相應(yīng)頻率的聲波。當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率大于2萬(wàn)赫時(shí)，壓電晶片即可產(chǎn)生超聲波。超聲檢查時(shí)，探頭發(fā)出的超聲波在人體組織中傳播，遇到聲阻抗不同的組織構(gòu)成的界面時(shí)，產(chǎn)生反射，反射回聲到達(dá)探頭后，沿電壓軸方向?qū)┮砸欢ǖ膲毫?，由于正壓電效?yīng)，使晶片兩側(cè)產(chǎn)生相反電荷，這種高頻微弱電信號(hào)經(jīng)主機(jī)接收并予以放大處理，以不同方式顯示于示波屏上，即形成代表界面回聲的不同類型的超聲。探頭原理超聲儀器14超聲換能器(ultrasoundtransducer)利用逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成超聲能發(fā)射超聲，利用正壓電效應(yīng)將超聲能量轉(zhuǎn)換成電能接收超聲。定義：是將電能轉(zhuǎn)換成超聲能，同時(shí)將也可將超聲能轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。探頭原理超聲儀器2006年6月5日星期一1515超聲場(chǎng)特性P171

1、聲軸

2、聲束

3、束寬

4、近場(chǎng)及特性

5、遠(yuǎn)場(chǎng)及特性16

附：聲場(chǎng)與方向性

由于超聲的能量大，穿透力強(qiáng)，成束狀向前傳播，這就是超聲波的束射性（或方向性）。從聲源發(fā)出的超聲波最近的一段聲束幾乎平行，這段區(qū)域?yàn)榻鼒?chǎng)區(qū)。遠(yuǎn)離此區(qū)后，聲束向前稍有擴(kuò)散，為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。擴(kuò)散的聲束與平行聲束間形成的夾角叫做擴(kuò)散角（θ）。17近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)LL大，指向性好18圖1超聲場(chǎng)擴(kuò)散角示意圖

L19一、脈沖回波成像工作的相關(guān)參數(shù)P177

1、超聲頻率：*

P178

從分辯率角度和穿透深度合理選擇超聲頻率

-----從分辯率角度:超聲頻率增加，分辯率增加

-----從穿透深度：超聲頻率增加，穿透深度降低

-----通常:腹部、心臟選用3.5M，表淺器官5~7M超聲儀器探頭原理20

超聲波的分辨率、透射性均與超聲頻率有關(guān)，——頻率越高，波長(zhǎng)越短，分辨率越強(qiáng)，透射性越弱?！l率越低，則波長(zhǎng)越長(zhǎng)，分辨率越低，透射性越強(qiáng)。21

二、脈沖回波幅度成像的基本原理

----超聲脈沖回波法P179

----回波：P179

----原理：P180

----回波信號(hào)強(qiáng)度：Z差越大、界面越大、越規(guī)則及距離越近，回波信號(hào)的強(qiáng)度也越大脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號(hào)成像22A超(Amplitudemode)即幅度調(diào)制型。此法以波幅的高低代表界面反射信號(hào)的強(qiáng)弱，可探測(cè)臟器徑線及鑒別病變的物理特性。由于此法過分粗略，目前巳基本淘汰。23淺深強(qiáng)弱反射回聲脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號(hào)成像23四、圖像特征第二章超聲的物理基礎(chǔ)灰階(greyscale)

顯示屏上最黑到最亮的灰度等級(jí)差，取決于信號(hào)的強(qiáng)度。灰階級(jí)數(shù)越多，圖像的層次越豐富，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力越強(qiáng)。顯示屏上的灰標(biāo)

灰階是將聲信號(hào)的幅度調(diào)制光點(diǎn)亮度，以一定的灰階級(jí)來表示探測(cè)結(jié)果的顯示方式。24P18224B超(brightnessmode)

為輝度調(diào)制型。此法以不同輝度光點(diǎn)表示界面反射信號(hào)的強(qiáng)弱，反射強(qiáng)則亮，反射弱則暗。因采用多聲束連續(xù)掃描，故可顯示臟器的二維圖像，本法是目前使用最為廣泛的超聲診斷法。25脈沖回波幅度信號(hào)成像B型超聲成像原理本質(zhì)為二維超聲25B型超聲診斷儀——輝度調(diào)制型

(Brightnessmode)超寬視野成像完整地顯示出胎兒全貌、胎兒肝、腎界面以及胎盤位置26M型(運(yùn)動(dòng)顯示型)P182它是檢查運(yùn)動(dòng)臟器的結(jié)構(gòu)及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間關(guān)系的方法脈沖回波幅度信號(hào)成像M型超聲成像原理27脈沖多普勒成像原理PW超(pulsewaveform)

利用聲波的多普勒效應(yīng)，以頻譜的方式顯示多普勒頻移，多與B型診斷法結(jié)合，在B型圖像上進(jìn)行多普勒采樣。當(dāng)頻移為正時(shí)，以正向波表示，而負(fù)向波則表示負(fù)頻移。臨床多用于檢測(cè)心臟及血管的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，尤其是先天性心臟病和瓣膜病的分流及返流情況，有較大的診斷價(jià)值。28（脈沖多普勒）脈沖回波頻移信號(hào)成像28CW(連續(xù)多普勒)P186脈沖回波幅度信號(hào)成像M型超聲成像原理圖29彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)的頻移。

系在多普勒二維顯像的基礎(chǔ)上，以實(shí)時(shí)彩色編碼顯示血流的方法，即在顯示屏上以不同彩色顯示不同的血流方向和流速。脈沖回波頻移信號(hào)成像彩色多普勒成像原理30儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

是用一系列二維彩色多普勒?qǐng)D所重建的彩色圖像。2006年6月5日星期一3131儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

將立體圖象以投影圖或透視圖表現(xiàn)在平面上的顯示方式，可從各個(gè)角度來觀察該立體目標(biāo)。2006年6月5日星期一3232儀器類型超聲儀器解剖超聲

一維：A超(幅度調(diào)制型)M超(運(yùn)動(dòng)顯示型)

二維：B超(輝度調(diào)制型)

三維：立體

血流超聲

一維：PW超(pulsewaveform脈沖多普勒)P186

二維：彩色多普勒(colordoppler)

三維：立體彩色多普勒超聲診斷儀的類型(typeofultrasonicdiagnosticequipment)3333小結(jié)超聲成像方式2006年6月5日星期一34超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運(yùn)動(dòng)顯示型脈沖回波頻移信號(hào)成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像34小結(jié)超聲成像方式2006年6月5日星期一35超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運(yùn)動(dòng)顯示型脈沖回波頻移信號(hào)成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像35圖像質(zhì)量超聲成像原理分辨力(resolution)P195縱向分辨力(longitudinalresolution)：

為區(qū)別聲束軸線上兩個(gè)物體的距離，與超聲的頻率有關(guān)。

橫向分辨力(transverseresolution)：

是區(qū)分處于與聲束軸線垂直平面兩個(gè)物體的能力，與聲束的寬度有關(guān)。超聲儀的分辨力是指能夠分辨有一定間距的界面的能力。3636縱向分辨力(longitudinalresolution)

探頭頻率越高，分辨力越高。

然而頻率與穿透性(penetrability)呈反比。2006年6月5日星期一37超聲成像原理圖像質(zhì)量374、分辨率（基本分辨率）：P195

超聲的分辨力是指超聲診斷儀能夠區(qū)分兩個(gè)相鄰界面之間最短距離的能力。即超聲波所能探測(cè)物體的最小直徑。（1）縱向分辨力（軸向分辨力）（2）側(cè)向分辨力（3）橫向分辨力（厚度分辨力）

圖像質(zhì)量38（1）縱向分辨力（軸向分辨率）：

指聲束軸線上的分辨力（指在深淺方向的精細(xì)度）。區(qū)別聲束軸線上兩個(gè)物體間最小距離的能力。目前縱向分辨力可達(dá)1mm左右（3-3.5MH