超聲基礎(chǔ)知識

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,/,GE Presenter and Event,/,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,/,GE Presenter and Event,/,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,超聲原理,主要內(nèi)容,1.超聲診斷的物理基礎(chǔ),2.超聲成像原理,3.超聲應(yīng)用,第一部分超聲診斷的物理基礎(chǔ),聲源、介質(zhì),聲源：,能發(fā)聲的物體稱聲源。,聲源振動(dòng)后產(chǎn)生聲波。,在超聲成像中，探頭的晶片高頻振動(dòng)時(shí)即產(chǎn)生超聲,介質(zhì),

2、氣體，固定，液體是傳播聲音的介質(zhì),聲音必須在介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播,超聲成像中，人體臟器，器官都是介質(zhì),介質(zhì)的聲學(xué)特性，與成像的關(guān)系非常密切,超聲波與頻譜圖,可聽范圍：20-20000,HZ,超聲波：20 000,HZ,超聲成像范圍：2-20,MHZ,1000HZ=1KHZ,1MHZ=10,6,HZ,醫(yī)學(xué)超聲波的應(yīng)用范圍,3.5-5,MHZ,應(yīng)用于成人心臟及腹部成像,7-10,MHZ,應(yīng)用于小器官成像，例如甲狀腺，血管,10-40,MHZ,應(yīng)用于血管和皮膚成像,超聲波的傳播,超聲波的種類：,橫波：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向垂直于傳播方向。在固體中波以橫波形式傳播,縱波：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向平行于傳播方向。

3、在軟組織中波以縱波形式傳播。,在超聲診斷中，主要應(yīng)用超聲縱波,聲速與介質(zhì)有關(guān),固定液體氣體,空氣,液體,固體,聲波在軟組織中的速度,在軟組織的平均速度是1540米/秒,探測1,cm,深度目標(biāo)所需時(shí)間為13,us,超聲波的幾個(gè)重要物理量,波長,(一個(gè)超聲波周期所經(jīng)歷的長度),頻率,f,(每秒發(fā)射的超聲波的脈沖數(shù)量),C=*f f=1/T,振幅,A,(,超聲信號的強(qiáng)度),周期,T,(完成一個(gè)完整的波長所需的時(shí)間),Time,Wavelength,Amplitude,Frequency,超聲診斷的物理基礎(chǔ)（1）,超聲波的回聲是反射式超聲成像的基礎(chǔ),界面反射,超聲在均勻介質(zhì)中沿直線傳播,不同介質(zhì)界面，

4、會(huì)發(fā)生反射與折射,鏡面反射及反射系數(shù),超聲診斷的物理基礎(chǔ)（2）,聲學(xué)特性阻抗差異大的界面反射特性,Z,1,Z,2,（,固體-氣體）,將會(huì)發(fā)生近乎全部反射，,即強(qiáng)力反射，,例如甲狀腺（氣管黑色）；肺部很難成像；超聲耦合劑,超聲診斷的物理基礎(chǔ)（3）,聲學(xué)特性阻抗差異小的界面反射特性,如果,Z,1,和,Z,2,相近，則反射很小。,軟組織的特性阻抗非常相近,例如：肝-腎界面只有6%的入射波能量反射會(huì)肝中，其余94%的能量透入界面送入腎,小結(jié),界面反射是超聲成像的基礎(chǔ)，只要有1的聲阻抗差異，就會(huì)產(chǎn)生反射，所以超生對軟組織的分辨力非常高。,如果不發(fā)生反射？,反射太強(qiáng)？,超聲波的散射,散射：入射聲波遇到小界

5、面時(shí)產(chǎn)生散射,超聲波的折射,折射系數(shù),由于超聲波在界面兩邊的聲速不同，其聲速之比決定折射程度,如果速度相等，則不發(fā)生折射,偽像的產(chǎn)生折射,人體各種軟組織的聲速都是接近的,超聲波的聲場特性,聲場分布,由換能器發(fā)出超聲后，呈狹窄的圓柱形分布，其直徑與晶體大小接近，有明顯的方向性，稱為超聲束。,主瓣和旁瓣,旁瓣會(huì)產(chǎn)生偽像克服旁瓣，增強(qiáng)主瓣,a-,主瓣,b,c-,旁瓣,超聲波的衰減特性,超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。,高頻衰減大，低頻衰減小（穿透力強(qiáng)）,引起衰減的因素,吸收,散射，折射等減弱,超聲的多普勒效應(yīng),多普勒公示：,公式中，,C，f,0,不變，,v,是變化的,多普勒效應(yīng)

6、是血流成像的基礎(chǔ)！,超聲的分辨力,分辨力的定義,指超聲檢查時(shí)，能在熒光屏上被分別顯示為兩個(gè)點(diǎn)的最小距離的能力。,軸向分辨力,聲束穿過介質(zhì)中能被分辨為前后兩點(diǎn)的最小距離,與超聲波的頻率成正比,最大分辨力為,/2,側(cè)向分辨力或者橫向分辨力,與聲束相垂直的線或面上，能在熒光屏上被分別顯示為兩個(gè)點(diǎn)的最小距離的能力。,與聲束的寬窄有關(guān),超聲的穿透力,穿透力的增加，以分辨力的損失為代價(jià),頻率越高，分辨力越高，穿透力越小,頻率越低，穿透力越強(qiáng)，分辨力越低,超聲診斷的優(yōu)點(diǎn),安全、無輻射。適用于胎兒診斷。,設(shè)備可移動(dòng)，成本低。,實(shí)時(shí)成像,通過掃描角度變化，獲得更佳的圖像。,多普勒檢測血流量信息。,第二部分超聲成

7、像原理,超聲的模式,在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與,CT,和核磁共振所形成的圖像相同。,回波振幅,Line 1,Line 2,Line 3,Line 4,Line 5,Line 6,Line 7,Line 8,1.,A,模式,：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉(zhuǎn)的曲線圖。,2.,B,模式,：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成的,直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二,維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實(shí)時(shí),B,模式。,探頭,換能器,監(jiān)視器,Line 1 2 3 4 5 6 7 8,3.,M,模式：,M,模式中的,M,表示運(yùn)動(dòng)，,M,模式通過,B,模式圖

8、象來顯示一個(gè)取樣線，然后在以時(shí) 間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通常,M,模式用于檢測心臟及胎兒的心率。,Transducer,Transducer,Transducer,Transducer,Line 45 t1,Line 45 t2,Line 45 t3,Line 45 t4,t 1 2 3 4 5 6 7.,4.,D,模式（多普勒模式）（后面詳述）,圖像的形成,所有的超聲儀器使用同樣的超聲信號的基本成分進(jìn)行發(fā)射,并形成圖像.,探頭,脈沖發(fā)射器/接收器,中央處理器,數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器,顯示及存貯,圖像的形成(,con,t.),Sound beam,Transducer,Pulser/rece

9、iver,System CPU,Digital Scan,Converter,Monitor,Recording,Devices,VCR/Printer,Laser Camera,探頭,用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來產(chǎn)生和檢測超聲波的部件，即換能器。既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設(shè)備最重要的部分。,結(jié)構(gòu)：,詳見右圖所示。,其中：壓電陶瓷發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡軸向,聚焦；背襯材料防止產(chǎn)生超聲波反向振動(dòng)；,壓電效應(yīng)：,是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英),在受到外界壓力后，在其受壓端面產(chǎn)生電壓；在其,端面施加交變電信號時(shí)，其端面會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，,發(fā)出聲波。,工作原理：,主機(jī)通過電纜在基元上

10、施加電信號，使基元振動(dòng)，,發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射作用在基元上，使基元,兩端產(chǎn)生電信號，通過電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。,聲透鏡,壓電陶瓷(基元),背襯材料,襯套,電纜,物,體,發(fā)射,反射,探頭的種類,相控陣探頭：3,S,曲陣探頭：3.5,C，4C,線陣探頭：10,L,腔內(nèi)探頭：經(jīng)食道探頭,面陣探頭：,M7C,超聲掃描方式,超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式：,電子掃描方式,探頭的許多基元通過電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過延時(shí)線對波束進(jìn)行聚焦。,電子掃描方式機(jī)械掃描方式 特殊方式,線陣機(jī)械扇掃斜向掃描,凸陣（含微型凸陣）徑向掃描梯形掃描,相控陣擴(kuò)大掃描,向量掃描,線陣：

11、用于小器官、血管及術(shù)中。,特點(diǎn)：,孔徑大,近場視野寬,旁瓣影響小,凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于,基元是彎曲的。用于腹部和婦產(chǎn)科。,特點(diǎn)：,近、遠(yuǎn)場視野寬,3.機(jī)械掃描方式,機(jī)械掃描是通過單個(gè)或多個(gè)基元機(jī)械運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)）,來產(chǎn)生超聲波束的。,機(jī)械扇掃：是超聲波束通過基元機(jī)械運(yùn)動(dòng)來回,擺動(dòng)進(jìn)行掃描的。,特點(diǎn)：制作成本低；掃描角度大。,噪音大；幀頻低；壽命短。,基元,相控陣：,相控陣方式是通過連續(xù)變換延時(shí)線來得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。,延時(shí)線掃描,超聲波束,相控陣探頭 通過延時(shí)線聚焦,延時(shí)線路,脈沖發(fā)射/接收,處理,濾波器、對數(shù)放大,器、時(shí)間增益控制,D S C,數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器

12、,監(jiān)視器,記錄設(shè)備,錄像機(jī) 打印機(jī),彩色打印機(jī),圖象檔案管理,存儲(chǔ),硬盤、磁光盤,主機(jī),探頭,超聲系統(tǒng),通過窄孔徑，,在近場聚焦,中場,通過寬孔徑，,在遠(yuǎn)場聚焦,對每一深度聚焦,動(dòng)態(tài)接收聚焦,透鏡,焦點(diǎn),聚焦 發(fā)散,1.聚焦,許多超聲設(shè)備都有調(diào)整聚焦的功能，對感興趣的,區(qū)域進(jìn)行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清晰。,超聲系統(tǒng)的幾種聚焦方式：,只在發(fā)射端聚焦（接收端：自動(dòng)聚焦）：保持較高的幀頻,發(fā)射和接收端聚焦：可使圖象質(zhì)量更好，但是幀頻很低,常用的聚焦方式：分段聚焦；動(dòng)態(tài)聚焦；連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦(,CDF）,名詞解釋,2.寬頻及變頻,5,MHz,5,MHz,傳統(tǒng)探頭,寬頻帶探頭,頻帶寬度,寬頻變頻

13、有效地解決探頭分,辨率與穿透力的矛盾,主機(jī)帶寬,探頭帶寬,遠(yuǎn)場,近場,5,MHz,10,MHz,3.幀頻,幀頻是指單位時(shí)間內(nèi),獲得圖象的幀數(shù)。,高幀頻可以捕捉細(xì)小,的信息。,移,動(dòng),的,物,體,低,幀,頻,高,幀,頻,寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。,寬頻帶探頭是實(shí)現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。,變頻是一種新技術(shù)：改變同一個(gè)探頭的,頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場，可以選用高,頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場，可以切換到,低頻率。,4.數(shù)字化,數(shù)字化的標(biāo)志是數(shù)字化處理裝置。,前端數(shù)字化全數(shù)字化,后端數(shù)字化部分?jǐn)?shù)字化,數(shù)字化,處理,A/D,放大、,處理,顯示,放大、,濾波,數(shù)字化,處理,A/D,目標(biāo),數(shù)字化延時(shí),數(shù)字化疊加,數(shù)字

14、波束形成器,探頭,處理,顯示,5.分辨率,分辨率是指對兩個(gè)靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分。,軸向（縱向）分辨率,：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。,軸向分辨率由超聲波束的波長所決定。,一般來說，軸向分辨率為波長的2到4倍?,分辨率,幾何分辨率,灰度分辨率,軸向分辨率,側(cè)向分辨率,軸向分辨率,高低,側(cè)向分辨率,高低,側(cè)向（橫向）分辨率：,是指對垂直于超聲波束軸方向上可,區(qū)分的兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。,側(cè)向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。,灰度（對比度）分辨率：,是指對兩個(gè)相似密度的物體的,識別能力。,灰度分辨率,幾何分辨率,平衡,幾何分辨率高灰度分辨率差,多普勒

15、技術(shù)在超聲診斷中非常有價(jià)值。主要用于檢測心臟、血管內(nèi)血液的流向，,流速及流量。,主要包括以下三種：,-,脈沖多普勒,(,PW),-,高脈沖重復(fù)頻率多普勒(,HPRF),-,連續(xù)波多普勒,(,CW).,-,單連續(xù)波多普勒,-可控連續(xù)波多普勒,TXM,RCV,RCV,如果接收體向著振動(dòng)源運(yùn)動(dòng)，則接收,到的頻率將高于發(fā)射頻率。,如果接收體背著振動(dòng)源運(yùn)動(dòng)，則接收,到的頻率將低于發(fā)射頻率。,TXM,1.,多普勒效應(yīng)：,振動(dòng)源和接收體有相對運(yùn)動(dòng)時(shí),所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射,的聲頻率,其差別與相對運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。,多普勒,2.多普勒效應(yīng)公式：,2,cos,f。,C,f,V(cm/

16、s)=,V,血流,V(cm/s):,血流速度,C(cm/s):,聲速(1530,m/s),(,度):血流與超聲波束之間的夾角,f(Hz):,多普勒頻移,f,。(,Hz):,超聲頻率,超聲波束,血管,角,的調(diào)整：,30 0.866,33 0.839,3.2%,cos,誤差變化,70 0.342,73 0.292,17.1%,夾角,的最佳范圍：3060,3.多普勒波的含義,多普勒波包括以下含義(數(shù)據(jù)),速度,速度范圍（寬度）,血流量大小,血流方向,一個(gè)心跳周期,寬的速度范圍,逆流,時(shí)間,基準(zhǔn)線,慢,快,快,迎向,背向,最高峰,收縮,舒張,舒張結(jié)束,4.彩色血流成像（彩色多普勒）,彩色血流成像（,CFM）,是在,二維聲像圖上疊加彩色實(shí)時(shí)血流,顯像。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū),域內(nèi)血液流量的平均值。不同的,顏色代表血液流量的速度及檢測,方式的不同。通常，紅色表示迎,向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離,向探頭血流方向。,一個(gè)心跳周期,寬的速度范圍,逆流,時(shí)間,基準(zhǔn)線,慢,快,快,平均值,CFM,迎向,背向,色標(biāo),人有了知識，就會(huì)具備各種分析能力，,明辨是非的能力。,所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，,古人說“