《医学超声成像原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学超声成像原理（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、医学超声成像原理3.4 超声波成像原理超声波成像技术超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声探 测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、 了解器官的组织形态学方面的状况和变化。基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功 能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态 、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。医学超声波诊断仪A型超声波诊断仪 M型超声波诊断仪 B型超声波断层显像仪 超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 超声三维成像系统（超声CT） 型（超声示波法）v机理：以波幅变化反映回声情况v特点：一维波形图，不直观v用途
2、：鉴别液、实性包块，测距目前临床不再使用 显示特点：探头不 动向人体反射并接 收声波，根据回波 出现的位置，回波 幅度的高低、形状 、多少和有无，确 定被检体病变或解 剖部位的信息，但 特异性不突出，还 缺乏解剖学特征。进 波中线波底波肿瘤波型（超声扫描法）v机理：以单声束取样，获得活动界面回声，再以慢扫描方式展开v特点：一维时间运动曲线图v用途：分析心脏和大血管的运动幅度M型曲线图型（超声显象法）v机理：不同的光点反映回声变化，用切面显示正常组织与异常组织 v特点：二维断面图像，灰阶/彩阶实时显示，直观v用途：及其广泛肝脏B超心脏B超D型（超声多普勒法）v机理：利用Doppler原理对心血管
3、内血流进行探测分析v频谱多普勒（PW+CW）以频谱曲线显示，检测血流动力学参数 v彩色多普勒血流显像（CDFI）彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质二尖瓣血流 CDFI二尖瓣血流PW声束的聚焦 要提高超声成像系统的灵敏度和分辨力，除了对线阵探头实施多振元组合发射外，还需要对超声进行聚焦，使声束变细，使强度聚焦收敛，提高声束的穿透力和回波强度，从而提高灵敏度和分辨力声束聚焦分为：1、声学聚焦 2、电子聚焦 超声波束处理技术在超声波发射和接收时.采用多种波束处理技术， 使主波束变窄，旁瓣变小.现在，先进B超设备中 已采用的具有实际效果的波束处理方法有:(l)使 晶体表面凹陷;(2)采用声学透镜
4、聚焦;(3)可变孔 径;(4)电子聚焦;(5)动态聚焦;(6)实时动态聚焦 ;(7)动态变迹等.一凹面晶体用这种聚焦方式，焦点的声束比较细，横向分辨性 能好.但是，一旦偏离聚焦范围，声束比未聚焦 的还粗，因此，采用这种聚焦型探头，要注意聚 焦范围的深度、一般可分成近距离、中距离和远 路离3个档次。与光学聚焦原理类似，在平面晶体表面附加声学 透镜，可使超声波束汇聚到一点，即焦点.焦点 深度，即焦距。由声学透镜曲率半径、超声波在 声学透镜中的传播速度和人体中声速所决定.声学聚焦 、电子聚焦 对线性换能器阵的各阵之上加上适当延时的激励脉冲，则可在预定的距离上获得聚焦波。二、电子聚焦所谓电子聚焦，就是
5、控制各振元的相位，使其发射的超声束在焦区得到同相相长加强，达到聚焦的目的，实际上 是通过控制延时达到控制相位的。延时量的计算：分别为L1，L2，L3，焦距F=35cm，阵元间距d=0.5mm，由图可得L1=3.5d=3.50.5=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=1.5d=0.75mm 设声速c=1540m/s 则第1号振元与第2号振元的相差延时量为： 1=S1/c=0.02141/1540103=13.9ns 同理2号振元与3号振元之间的延时量为： 2=S2/c=9.27ns 3号与4号振元延时差为： 3=S3/c=4.64ns 设第1号及第8号振元无延时，则2号振元延时时间为：
6、 1=13.9ns 3、6号振元延时时间为： 1+2 2=13.9+9.27=23.17ns 4、5号振元延时时间为： 3=1+2+3=27.81ns 那么延时量是如何实现的，是通过延迟线来实现的。三 聚焦探度和焦点直径在聚焦点，声束宽度最小。在焦点附近一个有限 的范围内，聚焦声束宽度小于同一阵列换能器同 时被激励，即未聚焦时所产生的声束宽度。离焦 点越远，聚焦声束宽度越宽，直至大于同一阵列 换能器未聚焦声束宽度。动态电子聚焦 为了提高成像系统的分辨力，需要进行聚焦，焦区以内的声束变细了，确实提高了分辨力，但焦区以外，声束不仅没有变细，反而变得更粗了，焦区以外的分辨力不仅没有得到提高，反而变得
7、更差了，因此需要整个穿透深度上都要进行聚焦，使整个深度上的分辨力都得到提高。动态电子聚焦又分为： 1、等速动态电子聚焦 2、全深度分段动态电子聚焦 1、等速动态电子聚焦 等速动态电子聚焦是通过计算机控制，以一定的速度改变发射和接收的延迟时间，使焦点随发射波和接收同步移动，使整个深度的所有位置，都有良好的横向分辨力，显然这种聚焦最为理想，但由于焦点移动速度快，延时分级细，延时程度高，故电路更复杂，成本更高。2、全深度分段动态电子聚焦： 全深度分段动态电子聚焦就是将探测深度分成若干 ，只对每个段分别进行聚焦，接收时只取每个焦区的回波信号，最后将各段焦区的回波信号迭加合成一行回波信号。 优点是：分段
8、数少，延迟线分段段数少，操作简便，成本低。 缺点是：成像速度慢，精度低。 但可以TV方式显示，以慢入快出的方式对存贮器进行续写，并进行各种图像处理，从而就得稳定清晰图像。 四 可变孔径技术 变孔径技术，在近场采用小孔径，在远场采用大孔径。扫描方式 一、扫描：换能器在被探查区域获取人体信息的运动过程叫扫描。 机械扫描与电子扫描机械扫描与电子扫描（1）机械扫描： 借电机带动换能器旋转或摆动，同时位置传感器连续地检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描方向有相应的取向。（2）电子扫描： 用电子方法控制多阵元换能器实现扫描，分为线性扫描和相控阵扫描。（）线阵扫描 线阵探头长为1015cm，
9、宽为1cm左右用电子开关切换多元换能器振元，使之轮流工作，为了提高系统的分辨力和灵敏度，通常有相应的若干个相邻的小单元同时受到激励，发射一束超声并接收其回波，然后舍去前面一个，纳入后面的一个单元，发射一束超声波，依次类推，发射许多平行声束，扫查目标区。（）相控阵：阵元数较少，长度短，一般13cm左右，宽1cm左右。 工作时，同时激励所有的振元，并适当地控制加到各振元上的激励信号的相位（实际上是控制延时）来改变超声的发射方向，接收时对接收信号出作类似的相控，并形成扇形扫描。超声波束的扫描(线阵） 一、组合顺序扫描 设总振元数为n，振元组中振元数为m（设m=4），则激励顺序为：14，25，36，4
10、7 即顺序扫描是用电子开关顺序切换方式，将相邻m个振元构成一个组合，发射一束超声，使之分时轮流工作。 特点：扫描方法简单，但声束间的线距等于振元距，声束线数为n-m+1, 较少，不利于提高分辨力。 二、组合间隔扫描 组合顺序扫描的缺点是：线距较宽，线数较少，图像质量较差，要提高图像质量，必须减小声束的线距。 1、d/2间隔扫描 设总振元数为n，子振元组合分为二组：一组为m，一组为m+1，若m=5， 则分组激励顺序为15、16，26、27，37、38。 特点：其声束间距为d/2，线数增加了一倍。 三、微角扫描 设有n个振元，子振元组为m，分组情况类似组合顺序扫描，但对子振元组m个振元激励的相位略
11、有不同，使射出的声束线与中心线有微小偏角，然后将相位的变化规律颠倒过来，就得到偏向中心线另一侧的另一条声束线，这样总共得到（n-m+1）2各声束线，线密度提高了一倍，但由于声束线有一个微小偏角，而显示扫描线仍然平行，故图像存在一定畸变。 电子相控阵扇形扫查波束的时空控制： 该探头中既没有开关控制器也没有子阵 ，这是因为相控阵所有阵元对每个时刻 的波束都有贡献，而不像线阵探头那样 分组、分时轮流工作。分相控发射和相 控接收。电子相控阵扇形扫查 （1）相控发射： （2）相控接收：回波信号 时间相位补偿 叠加求和 合成波束 改变时间 改变偏转角度二、超声诊断仪基本结构框图 （二）基本结构 1、探头 2、主控电路 3、发射电路 4、时基电路 5、标距电路 6、延时电路 7、接收电路 8、电源
