《超聲診斷物理知識》課件

超聲診斷物理知識課程目標(biāo)1理解超聲診斷的物理基礎(chǔ)掌握超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收等基本原理。2熟悉各種超聲成像模式A、B、M、多普勒超聲等模式的原理和應(yīng)用。3了解超聲診斷的應(yīng)用領(lǐng)域包括肝臟、心臟、產(chǎn)科等方面的超聲檢查。4掌握超聲診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢了解最新的超聲技術(shù)和應(yīng)用。聲波的基本概念機(jī)械波聲波是一種機(jī)械波，需要介質(zhì)才能傳播，不能在真空中傳播?？v波聲波是縱波，介質(zhì)的振動方向與波的傳播方向一致。周期性聲波具有周期性，可以用波長、頻率和振幅等參數(shù)來描述。聲波的傳播特性波動性聲波是機(jī)械波，需要介質(zhì)才能傳播，聲波在傳播過程中表現(xiàn)出波動性，例如衍射、干涉等現(xiàn)象。方向性聲波在傳播過程中會發(fā)生衰減，其強(qiáng)度會隨著距離的增加而減弱，聲波傳播的方向也可能發(fā)生改變，例如反射、折射等現(xiàn)象。能量傳遞聲波在傳播過程中會傳遞能量，能量的傳遞方式主要通過介質(zhì)的振動來實(shí)現(xiàn)，聲波的能量大小與聲波的振幅和頻率有關(guān)。聲速及其測量聲速定義聲音在介質(zhì)中傳播的速度影響因素介質(zhì)的性質(zhì)，溫度測量方法聲速計，計時法反射和折射反射當(dāng)聲波遇到兩種介質(zhì)的界面時，一部分聲波會返回到原來的介質(zhì)中，這就是反射現(xiàn)象。折射當(dāng)聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，聲波的傳播方向會發(fā)生改變，這就是折射現(xiàn)象。衍射和散射衍射聲波繞過障礙物或通過狹縫時發(fā)生的現(xiàn)象。散射聲波遇到微小粒子或不均勻介質(zhì)時發(fā)生的隨機(jī)散射。吸收和衰減聲能損失當(dāng)聲波穿過介質(zhì)時，部分聲能被介質(zhì)吸收，導(dǎo)致聲波能量減弱，稱為吸收。衰減程度衰減程度取決于介質(zhì)的特性，如密度、粘度、彈性等。影響成像吸收和衰減會影響超聲波的穿透深度，進(jìn)而影響超聲圖像的質(zhì)量。超聲波的產(chǎn)生1壓電效應(yīng)某些晶體在機(jī)械壓力下會產(chǎn)生電極化現(xiàn)象2逆壓電效應(yīng)晶體受到交變電壓作用時會發(fā)生機(jī)械振動3換能器利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波的裝置換能器的基本原理1壓電效應(yīng)換能器利用壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為聲能，反之亦然。2振動轉(zhuǎn)換換能器中的壓電晶體在電信號作用下振動，產(chǎn)生超聲波。3聲波接收當(dāng)超聲波遇到組織界面時，反射回的聲波會使換能器振動，產(chǎn)生電信號。壓電效應(yīng)石英晶體石英晶體是壓電效應(yīng)的典型代表，它在機(jī)械壓力下會產(chǎn)生電荷。換能器壓電效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于超聲換能器，用于將電能轉(zhuǎn)換為聲能，或?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)換為電能。換能器的結(jié)構(gòu)及分類結(jié)構(gòu)換能器主要由壓電晶體、阻抗匹配層、背襯層和外殼組成。壓電晶體是核心部件，它將電能轉(zhuǎn)換為聲能或?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)換為電能。阻抗匹配層用于提高聲能的傳輸效率。背襯層用于吸收未被晶體吸收的聲能，防止反射波影響信號。外殼保護(hù)換能器并提供連接。分類換能器可以根據(jù)其工作頻率、掃描方式和應(yīng)用范圍進(jìn)行分類。根據(jù)工作頻率可以分為低頻換能器、中頻換能器和高頻換能器。根據(jù)掃描方式可以分為線性掃描換能器、扇形掃描換能器和凸陣掃描換能器。根據(jù)應(yīng)用范圍可以分為診斷換能器、治療換能器和工業(yè)探傷換能器。超聲波的探傷方法脈沖反射法通過發(fā)射超聲脈沖，接收反射回波，分析回波信號特征，判斷材料內(nèi)部缺陷穿透法利用超聲波穿透材料，檢測材料厚度、均勻性等指標(biāo)，判斷材料是否合格表面波法利用超聲表面波，檢測材料表面的缺陷，如裂紋、剝落等A超聲模式A超聲模式，也稱為振幅模式，是一種最基本的超聲成像模式。它將超聲波的回波信號強(qiáng)度以圖形的形式顯示出來。A超聲模式通常用在探傷、測量和簡單的組織成像等應(yīng)用中。B超聲模式B超聲模式，也稱為灰度成像模式，是超聲診斷中最常用的模式之一。它是利用超聲波的反射強(qiáng)度來顯示組織結(jié)構(gòu)，并以不同的灰度等級來表示不同組織的密度。B超聲模式圖像易于理解，可以直觀地顯示器官的形狀、大小、位置及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此在臨床診斷中應(yīng)用廣泛。M超聲模式M超聲模式，也稱為運(yùn)動模式，是利用多普勒效應(yīng)，實(shí)時顯示組織和器官的運(yùn)動情況。M超聲模式主要用于觀察心臟、血管等器官的運(yùn)動情況，以及其他組織的微小運(yùn)動，例如腸蠕動。多普勒效應(yīng)原理當(dāng)聲源和接收器之間存在相對運(yùn)動時，接收器接收到的聲波頻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象被稱為多普勒效應(yīng)。聲源移動如果聲源向接收器移動，接收到的頻率會升高，聲音變得尖銳。反之，如果聲源遠(yuǎn)離接收器，接收到的頻率會降低，聲音變得低沉。接收器移動接收器移動時，也會產(chǎn)生類似的效果，接收器向聲源移動時，接收到的頻率會升高，反之則降低。多普勒頻移公式f頻率變化超聲波頻率的變化v速度目標(biāo)物體的運(yùn)動速度c聲速超聲波在介質(zhì)中的傳播速度f0發(fā)射頻率超聲波換能器發(fā)射的頻率多普勒超聲的應(yīng)用心臟超聲評估心臟瓣膜功能，診斷心臟病。血管超聲檢測血管狹窄，評估血流速度。胎兒超聲監(jiān)測胎兒心臟活動，評估胎兒發(fā)育。超聲成像原理聲波發(fā)射到人體組織后，會發(fā)生反射、折射、散射、衰減等現(xiàn)象。反射回來的聲波信號被換能器接收并轉(zhuǎn)化為電信號。電信號經(jīng)過處理后，在屏幕上顯示出人體組織的圖像。超聲成像的方式1A模式A模式是將信號強(qiáng)度顯示為圖像中的垂直線，通常用于測量組織的厚度或深度。2B模式B模式是將信號強(qiáng)度顯示為圖像中的灰度，通常用于顯示組織的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。3M模式M模式是將信號強(qiáng)度顯示為圖像中的時間變化，通常用于顯示心臟的運(yùn)動。4彩色多普勒彩色多普勒將血液流動顯示為不同的顏色，通常用于顯示血液流動的方向和速度。圖像的參數(shù)指標(biāo)分辨率指超聲圖像的清晰度，取決于超聲波束的寬度和頻率，以及換能器的靈敏度。對比度指超聲圖像中不同組織之間的亮度差異，反映了組織的聲學(xué)特性。灰度級指超聲圖像中可顯示的亮度等級，決定了圖像的細(xì)節(jié)層次。幀頻指每秒顯示的圖像幀數(shù)，反映了圖像的動態(tài)變化能力。噪聲與分辨率噪聲超聲圖像中的噪聲會降低圖像質(zhì)量，使診斷變得困難。噪聲主要來自電子元件的熱噪聲和超聲波在組織中的散射。分辨率超聲圖像的分辨率是指能分辨兩個相鄰結(jié)構(gòu)的能力。分辨率越高，圖像越清晰，診斷越準(zhǔn)確。分辨率受超聲波頻率、探頭尺寸和組織特性等因素的影響。增益與動態(tài)范圍增益增益是指超聲信號被放大倍數(shù)的程度，控制超聲圖像的亮度，增益越高，圖像越亮，細(xì)節(jié)更容易顯示，但同時也更容易出現(xiàn)噪聲。動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指超聲設(shè)備能夠顯示的信號強(qiáng)度的范圍，動態(tài)范圍越大，圖像的細(xì)節(jié)表現(xiàn)越好，但同時也更容易出現(xiàn)偽影。超聲成像的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)學(xué)領(lǐng)域超聲成像廣泛應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)診斷，包括產(chǎn)科檢查、心臟檢查、腹部檢查、血管檢查等等。工業(yè)領(lǐng)域超聲成像在工業(yè)中用于無損檢測，例如評估材料缺陷、測量厚度等等。肝臟超聲檢查診斷肝臟疾病超聲檢查可以幫助醫(yī)生診斷肝臟疾病，例如肝炎、肝硬化、肝癌等。評估肝臟功能超聲檢查可以評估肝臟的大小、形狀和結(jié)構(gòu)，幫助醫(yī)生了解肝臟功能是否正常。監(jiān)測治療效果超聲檢查可以幫助醫(yī)生監(jiān)測肝臟疾病的治療效果，例如肝移植手術(shù)后的恢復(fù)情況。心臟超聲檢查結(jié)構(gòu)評估心臟超聲檢查可評估心臟的結(jié)構(gòu)，包括心室、心房、瓣膜和心包。功能評估檢查心臟的收縮和舒張功能，以及血液流動的速度和方向。疾病診斷幫助診斷心臟病，例如冠心病、心肌病、瓣膜病和先心病。產(chǎn)科超聲檢查胎兒發(fā)育評估評估胎兒生長、發(fā)育、畸形等。胎盤位置了解胎盤位置、形態(tài)、血流等，判斷是否前置胎盤或胎盤功能異常。羊水量評估羊水量是否正常，判斷是否存在羊水過多或過少。其他應(yīng)用領(lǐng)域婦產(chǎn)科胎兒生長發(fā)育監(jiān)測心臟病學(xué)心臟結(jié)構(gòu)和功能評估泌尿科腎臟、膀胱和前列腺疾病診斷超聲檢查的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無創(chuàng)、安全、無輻射