超声设备-各型超声原理-2

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1、医用超声成像设备 2013年8月28日 A型超声诊断仪 A型超声诊断仪 A型超声诊断仪 原理 当声束在人体组织中传播遇到不同声阻抗的临近介质介面时 在该界面上就产生反射 回声 当遇到一个界面 产生一个回声 该回声在示波器的屏幕上以波的形式显示出来 A型超声诊断仪 原理 即幅度调制型 此法以波幅的高低代表界面反射信号的强弱 可探测脏器径线及鉴别病变的物理特性 强 弱 反射回声 浅 深 A型超声诊断仪 根据回波的波幅 波密度等特征 可测得回波所在位置人体脏器的厚度 病灶的深度和大小 还可对病灶进行定性分析 原理 A型超声诊断仪 诊断基础 由于人体脏器 组织其正常与异常的物理性质及结构不同 形成相应

2、的超声界面 认识这些界面回声规律 即A型诊断法的诊断基础 A型超声诊断仪 临床应用 脑中线探测眼球探测胸膜腔探测心包积液探测肝脓肿探测测量脏器大小 厚度及判定其内部结构的物理性质 A型超声诊断仪 缺陷回波图只能反映局部组织的回波信息 不能获得在临床诊断上需要的解剖图形 且诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大 目前 已几乎不再生产和使用 M型超声诊断仪 原理M型超声的基本结构与A型相同 所不同的是其图像信息的显示方式 对于运动脏器 由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的 如果仍用幅度调制的A型显示方式 所显示的波形随时间而改变 得不到稳定的波形图 M型超声诊断仪 原理 采用辉度调

3、制的方法 使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来 随着脏器的运动 各层组织和探头之间的距离也随之改变 垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动 定时地采样这些回波并使之按时间先后在时间轴上展开 M型超声诊断仪 心搏的M型超声影像 M型超声诊断仪 临床应用 M型超声诊断仪对人体中的运动脏器 如心脏 胎儿胎心 动脉血管等功能的检查具有优势 并可进行多种心功能参数的测量 如心脏瓣膜的运动速度 加速度等 但M型显示仍不能获得解剖图像 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪是第二代超声诊断仪 也是当今世界使用最广泛的超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 原理 同M型相似 都采用亮度调

4、制方式来显示深度方向所有界面的反射回波信息 它以明暗不同的光点反映回声变化 在影屏上显示不同等级的灰度图象 强回声光点明亮 弱回声光点黑暗 按扫描线逐行显示随深度变换的回波信号 即构成一幅二维切面图象 B型超声诊断仪 A型 Amplitudemode B型 Brightnessmode 线形扫描 linearscan B型超声诊断仪 线扫和扇扫 线扫适用于腹部脏器 扇形扫描适用于对心脏的检查 B型超声诊断仪 诊断基础 B型超声诊断是通过对一系列切面声像图的分析而作出的 分析内容 外形边界回声内部回声后方回声比邻关系活动度和活动规律硬度排空功能 B型超声诊断仪 心脏B超 临床应用 B型超声诊断仪

5、 临床应用 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 一 机械扇形扫描B超仪超声波束以扇形方式扫查 可以不受透声窗口窄小的限制而保持较大的探查范围 产生高速机械扇形扫描 通常采用的方法有两种 单振元摆动法简称机械摆动法 风车式多振元 三个或四个晶体换能器 旋转法简称机械旋转法 多用于对心脏的探测 B型超声诊断仪 机械摆动式扇型扫描B超仪摆动式扇扫B超仪探头利用直流电机或步进电机驱动 通过凸轮 曲柄 连杆机构将电机的旋转运动转换为往返摆动 从而带动单个晶体换能器在一定角度 30 90 之间 范围内产生扇形超声扫描 需要声媒质来

6、传递超声波 多采用蓖麻油 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 机械摆动式扇型扫描B超仪缺陷 探头噪声较大机械机构相对复杂使用寿命及扫描的均匀性不尽如人意 机械旋转式扇扫B超仪采用4个 或3个 性能相同的换能器 等角度安放在一个圆形转轮上 马达带动转轮旋转 每个换能器靠近收 发窗口时开始发射和接收超声波 各换能器交替工作 B型超声诊断仪 B型超声诊断仪 机械旋转式扇扫B超仪优点 转轮每转动一周 声束即可对人体作3 4次扇形扫描 在显示器上得到3 4帧图像 旋转式探头的驱动马达只需单方向旋转 转速均匀 故扫描均匀 噪声和振动都很小 其寿命远比摆动式探头长 二 高速电子线形扫描B超仪将多个声学上相互独立

7、的换能器成一线排列称作线阵 用电子开关切换接入发射 接收电路的换能器 使之分时组合轮流工作 如果这种组合是从探头的一侧向另一侧顺序进行的 每次仅有接入电路的那一组被激励 产生合成超声波束发射并接收 即可实现电子控制下的超声波束线性扫描 B型超声诊断仪 多振元组合发射的意义 多振元组合发射 增加近场 增大面积 提高分辨率 灵敏度 单振元发射 辐射面积小 波束发散角大 指向性差 B型超声诊断仪 二 高速电子线形扫描B超仪 1 相控阵扫描原理对成线阵排列的多个声学上相互独立的压电晶体振元同时给予电激励 可以产生合成波束发射 且合成波束的方向与振元排列平面的法线方向一致 B型超声诊断仪 三 电子相控阵

8、扇形扫描B超仪 对线阵排列的各振元不同时给予电激励 而是使施加到各振元的激励脉冲有一个等值的时间差 合成波束的波前平面与振元排列平面之间 将有一相位差 合成波束的方向与振元排列平面的法线方向就有一相位差 通过控制激励时间而实现波束方向变化的扫描方式 叫做相控阵扫描 三 电子相控阵扇形扫描B超仪应用相控阵列技术 对施加于线阵探头的所有晶体振元的激励脉冲进行相位控制 亦可以实现合成波束的扇形扫描 用此技术实现波束扫描的B型超声波诊断仪称为电子相控阵扇型扫描B超仪 B型超声诊断仪 2 仪器组成与工作原理偏向角参数发生器用于在半个帧频周期内 等时差地产生若干个不同周期的序列脉冲 相位控制器用来把偏向角

9、参数转换成相控阵的触发信号 触发信号控制各路脉冲激励器 产生激励脉冲分别加于探头各压电振元 各振元产生超声波发射 三 电子相控阵扇形扫描B超仪 发射间歇时 各振元的回波信号 通过接收延时电路合成为一路送往接收放大电路处理后进行调辉显示 三 电子相控阵扇形扫描B超仪 D型超声成像诊断仪即超声多普勒诊断仪 是利用声学多普勒原理 对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理 转换成声音 波形 色彩和辉度等信号 从而显示出人体内部器官的运动状态 有连续式超声多普勒 continuouswavedoppler 和脉冲式超声多普勒 pulsedwavedoppler 之分 D型超声诊断仪

10、采用多元线阵探头实现水平面上的综合扫描 可以获得某深度的平面C型声像图 即显示的声像图与声束的方向垂直 相当于 线断层像 也分线扫和扇扫 C型超声诊断仪 与 型诊断仪显示原理相似 区别在于 扫查面距探头的深度是变化的 根据成像需要 扫查面距探头的深度可作相应变动 从而获得斜面 曲面的图像 F型超声诊断仪 超声多普勒成像仪 定义 声源与接收器在连续介质中存在着相对运动时声波频率将发生改变 多普勒效应 Dopplereffect 在声源与观察者作相对运动时 声波密集 频率增高 在背向运动时声波疏散 频率减低 这种引起声波频率变化的现象为多普勒效应 多普勒效应 Dopplereffect 超声多普勒

11、成像仪 超声多普勒成像仪 多普勒效应定义 由奥地利物理学家克里斯丁 约翰 多普勒于1842年首先提出 当振源 声源 与接受器之间出现相对运动时 接到的振动 声波 频率与振源 声源 的发射频率有一定差异 这种现象称为多普勒效应 其变化的频差称频移 如界面朝向探头运动 频率升高 若界面背离探头运动 则频率减低 界面运动越快 频移数值越大 心壁 血管壁 瓣膜等的运动和血液流动均可引起多普勒效应 背离探头 超声多普勒成像仪 多普勒效应 Dopplereffect 多普勒方程血流速度 fd频移 f0发射频率 C声速 V血流速度 声束与血流夹角 900 血流迎向探头 fd为正值称为正性频移 900 血流远

12、离探头 fd为负值称为负性频移 夹角对fd值的影响 超声多普勒成像仪 临床应用 探测血流状态 区分层流和湍流鉴别液性暗区的性质检测血流速度估计压差估计血流量 超声多普勒成像仪 机理 利用Doppler原理对心血管内血流进行探测分析频谱多普勒 PW CW 以频谱曲线显示 检测血流动力学参数彩色多普勒血流显像 CDFI 彩色编码实时显示血流方向 速度及血流性质 一维图 二维图 超声多普勒成像仪 临床上所用的彩色多普勒超声诊断仪 简称彩超 实际上是一个综合性的超声诊断系统 它在B型超声图像上叠加彩色血流图 既能显示人体组织器官的形态结构 又能反映运动信息 这样一个系统多包含有B型 M型 D型 CDF

13、I和CDE 连续式超声多普勒 CWD超声诊断仪的探头中 超声的发射和接收采用不同的换能器 其原理如下 连续式超声多普勒 探头中的一个换能器发射某一频率的连续超声波信号 当声波遇到运动目标中的红细胞群 则反射回来的信号已是变化了频率的超声波混频 解调声音 波形或血流图 连续式超声多普勒 多数的心脏检查和一些通用的超声成像系统中 常常使用连续波多普勒以确保精确测量心脏内高速流动的血液CWD模式下 超声传感器单元以传感器孔径为中心分割成对等的两部分 一半单元用于发射 产生CWD聚焦波束 另一半单元用于接收 产生聚焦的接收波束 连续式超声多普勒 优点 灵敏度高 速度分辨力强 能测量很高的血流速度 不受

14、深度的影响 缺点 所有的运动目标都产生了多普勒信号并混叠在一起 因而不能确定器官组织的位置 难以确定距离 给临床诊断造成不便 脉冲式超声多普勒 工作原理 主振荡器发送某频率的连续脉冲信号至发射单元门控电路将连续脉冲信号截取成重复频率的脉冲段 送至发射驱动器及探头接收单元中一路将回波信号按B型显示断面图像 另一路处理其中多普勒频移信息 显示图形或声音 脉冲式超声多普勒 PW超 pulsewaveform 利用声波的多普勒效应 以频谱的方式显示多普勒频移 多与B型诊断法结合 在B型图像上进行多普勒采样 当频移为正时 以正向波表示 而负向波则表示负频移 临床多用于检测心脏及血管的血流动力学状态 尤其

15、是先天性心脏病和瓣膜病的分流及返流情况 有较大的诊断价值 64 脉冲多普勒 脉冲式超声多普勒 优点 能够对距离进行分辨可以判定血流的速度和方向 缺陷 测高速血流时 频谱容易发生混叠测定某一位置的血流 了解血流流动的详细分布较难 原理 在直观的二维断面实时影像上 通过多普勒技术用彩色图像实时显现血流方向和相对速度 提供心血管系统在时间和空间上的信息 进而通过计算机的数字化技术和影像处理技术 使其在影像诊断仪器的构架上兼具了生理监测的功能 提供诸如血流速度 容积 流量 加速度 血管径 动脉指数等极具价值的信息 彩色多普勒超声 1 67 彩色多普勒 colordoppler 彩色编码技术是由红 蓝

16、绿三种基本颜色组成 当频移为正时 以红色来表示 而兰色则表示负的频移 系在多普勒二维显像的基础上 以实时彩色编码显示血流的方法 即在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速 三基色原理 朝向探头运动的血流 红色远离探头运动的血流 蓝色湍动的血流 绿色正向湍流接近黄色 红 绿 反向湍流接近青色 蓝 绿 彩色多普勒 colordoppler 一 层流 朝向探头 红 背离探头 蓝 二 湍流 正向 黄红 绿 负向 青蓝 绿 三 射流 层流 血管狭窄 绿色 代表流速快且紊乱的血流 射流 探头 彩色多普勒 colordoppler 如湍流血流方向朝向探头 如分流束 红色 绿色将产生黄色 出现以红色为主五色相间的血流图象 舒张期 二狭 三狭 如湍流血流方向背向探头 返流束 蓝色 绿色将产生青色 出现以蓝色为主五色相间的血流图象 收缩期 主狭 肺狭 正常情况过二尖瓣或三尖瓣为红色血流 过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流 CDFI的特点取样框内的血流状态各点的血流方向和速度反映血流性质 层流 湍流高速血流或湍流时出现五彩镶嵌 彩超的主要优点 能快速直观显示血流的二维平面分布状态 可显示血流的运行方向 有利