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1、B型超声诊断仪器原理 调试与维修 的 井冈山大学生物医学工程系 37439866 绪论 一、医疗仪器设备： 1、诊断仪器发展最快，最高精尖，对医疗技术影响最大； 2、治疗仪器； 3、辅助仪器。 二、医疗诊断仪器定义： 理论基础：物理学、化学、生理学、解剖学、细胞学等 运用技术：声、光、射线、电子、机械、化工、信息等 信息形式：声音、颜色、数字、波形、图形、图象等； 反映内容：人体系统、器官、组织、体液、细胞的参量； 应用目的：判断疾病的性质、位置、程序，指导治疗。 三、各种成象技术特点比较。 信息载体 成象仪器获取信息应用条件分辨力定量伤害 超声波 B型超声切面弹性象无骨,气的软组织2mm定性
2、无 D型超声切面速度象无骨,气的软组织2mm定性无 UCT切面声衰象无骨,气的软组织2mm定性无 X射线 常规X机投影密度象骨、造影的脏器A0时，N很大。更简明地，可表示为： LA=1gN=1g(A/ A0) 单位：贝尔(B) 又因N10时，LA1，故常表示为： LA =101gN=101g(A/ A0) 单位：分贝(dB) 称LA为：A相对于A0的数量级， A0为A的参考值。可见，使用数 量级时，必须指出参考值的大小。 A/A012510100100010000100000 1g(A/A0)00.30.712345 101g(A/A0)0371020304050 第一章:超声诊断的声学基础
3、第一章:超声诊断的声学基础 (2)声强级（LI） LI =101g(I/I0) 分贝（dB） 称LI为：I相对于I0的声强级，I0为I的参考值。 （3）声压级（LP） 由I=P2/C， I0 =P02/C可得： LI=101g（I/I0）=101g(P2/P02)=201g(P/P0) 分贝（dB） 定义 ： LP =201g(P/P0) 分贝（dB） 称LP为：P相对于P0的声压级，P0为P的参考值。 （4）说明： 对同一声波量，相对于同一参考声波量，恒有LI = LP ； 超声诊断仪回波信号动态范围L0=101g(Iman/Imin)100dB,即： Iman/Imin=1010(100亿
4、)倍，或Pman/Pmin=105(10万)倍。 如未指明参考声强，默认值I0=10-16W/cm 2,这是当f=1kHz时，人耳 能听觉的最小声强，国际通用。 第一章:超声诊断的声学基础 6、声阻抗率 介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积称声阻抗率。声阻 抗率值一般为固体液气体。 ZS=P/v=C 超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声 阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射或 散射与绕射。 第一章:超声诊断的声学基础 六、超声的传输与衰减 1、波的叠加原理： 在两列波重叠的区域里，任何一个质点的总位移，等于两列波分别引 起的位移的矢量和。 2、反射、折射与透
5、射： 凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长（称大界面）时，产生反射 与折射。成角入射，反射角等于入射角，反射声束与入射声束方向相 反（图A）。垂直入射时，产生垂直反射与透射（图B）。反射声强取 决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时，反射声强最大 。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往 前传播，遇不同声阻抗的介质时，再产生反射，依次类推，被检测的 物体密度越不均匀，界面越多，则产生的反射也愈多。 A：成角入射时反射与折射。B：垂直入射时反射与透射 第一章:超声诊断的声学基础 反射系数=反射超声能量/入射超声能量 声压反射系数： 声压透射系数： 声强反射系数： 声强
6、透射系数： 第一章:超声诊断的声学基础 讨论： Z2 = Z1则aIr =0， aIt 0，无反射，全透射。 Z2Z1则aIr0，aIt0，有反射，有透射。 Z2 Z1则aIr 1， aIt 0，几乎全反射，无透射。 Z2 Z1则aIr 1， aIt 0，几乎全反射，无透射。 超声垂直入射时： 在空气软组织交界面上，声强反射系数为0.9989。 在软组织颅骨交界面上，声强反射系数为0.32。 这就是说：在这两种界面上，有99.9%和32%的超声能量被反 射回来。这就是为什么超声诊断仪不能检查含气体的脏器及对 头颅检查困难的原因。超声诊断仪检查时超声波通路上必须避 开骨和空气。 3、超声衰减：超
7、声在介质中传播时，随着传播距离的增加，声强 逐渐减弱，这种现象称为超声的衰减。引起衰竭的主要原因是 介质对超声的吸收（粘滞吸收及热传导吸收）。超声频率愈高 ，介质的吸收愈多；其次为能量的分散如反射、折射、散射等 。使原传播方向上的能量逐渐减弱。 第一章:超声诊断的声学基础 超声场特性： 超声在介质内传播的过程中，明显受到超声振动影响的区域称超声 场。超声场具有以下特点：如果超声换能器的直径明显大于超声波波 长，则所发射的超声波能量集中成束状向前传播，这现象称为超声的 束射性（或称指向性）。换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近 似，平行而不扩散，近似平面波，该区域称近场区。近场区内声强分 布不
8、均匀。近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。该区声波近 似球面向外扩散，声强分布均匀，但逐渐减弱，换能器的频率愈高， 直径愈大，则超声束的指向性越好、其能量越集中。近场距离，远场 扩散角与换能直径及频率的关系如公式所示： L0=r2f/C sin=1.22/D 式中L0为近场距离，r为换能器半径，f为频率，C为声速、 为半扩散角 、D为换能器直径，为超声波波长。 L0近场区 半扩散角 D声源直径 第一章:超声诊断的声学基础 八、多普勒效应： 声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内收到的振 动次数（频率），除声源发出者外，还由于接收体向前运动而 多接收到（距离/波长个）振动，即收到的频率
9、增加了。相反 ，声源和接收体作背离运动时，接收体收到的频率就减少，这 种频率增加和减少的现象称为多普勒效应。 第一章:超声诊断的声学基础 超声多普勒： 利用多普勒效应原理检测运动物体。当发射超声传入人体某 一血液流动区，被红细胞散射返回探头，回声信号的频率可增 可减，朝向探头运动的血流，探头接收到的频率较发射频率增 高，背离探头的血流则频率减低。接收频率与发射频率之差称 多普勒频移或差频。多普勒频移（fd）与发射频率（fo）、血 流速度（V）、超声束与血流间夹角（）的余弦成正比，与声 速（C）成反比，公式为： fd= 2v/ =2 v/C fo fd= 2v cos /C fo V=fd C/
10、2fo cos 式中fd、cos仪器均可显示，fo及C为已知，可以计算出V。 声束与血流方向平行时可记录到最大血流速度，声束与血流方 向垂直时则测不到血流信号。 第一章:超声诊断的声学基础 目前常用的超声多普勒有连续波多普勒（CWD）、脉冲波多普勒（PWD ）及彩色多普勒（CDFI）。 （1）连续波多普勒以频谱显示，可单独使用，亦可与二维超声心动图结合。接 收取样线经过部位上所有频移信号，其优点为可以测定高速血流，常用于测 定心脏瓣口狭窄或返流的高速血流。缺点为不能区分信号来源深度。 （2）脉冲波多普勒亦以频谱显示，与二维超声相结合，可以选择心脏或血管内 任一部位的小容积血流显示血流实时频谱，
11、频谱可显示血流方向（朝向探头 的血流在基线上，背离探头的血流在基线下），血流性质（正常的层流呈空 窗型如图14-1-5，湍流则呈充填型如图15-1-6），血流速度（频谱上信号的振 幅）、血流持续时间（横座标显示时间）。可供定性、定量分析。其特点为 所测血流速度受探测深度及发射频率等因素限制。通常不能测高速血流。 （3）彩色多普勒：脉冲多普勒原理，在心脏或血管内多线、多点取样，回声经 处理后进行彩色编码，显示血流速度剖面图，以红色代表朝向探头的血流、 兰色代表背离探头的血流、与二维超声心动图套叠显示，可直观地显示心脏 或血管的形态结构及血流信息的实时动态图像，信息最大，敏感性高，并可 引导脉冲或连续多普勒取样部位，进行定量分析。 第一章:超声诊断的声学基础
