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1、超声原理,主要内容,1.超声诊断的物理基础 2.超声成像原理 3.超声应用,第一部分 超声诊断的物理基础,声源、介质,声源： 能发声的物体称声源。 声源振动后产生声波。 在超声成像中，探头的晶片高频振动时即产生超声介质 气体，固定，液体是传播声音的介质 声音必须在介质中传播，不能在真空中传播 超声成像中，人体脏器，器官都是介质 介质的声学特性，与成像的关系非常密切,超声波与频谱图,可听范围：20-20000HZ 超声波：20 000HZ 超声成像范围：2-20MHZ 1000HZ=1KHZ 1MHZ=106HZ,医学超声波的应用范围,3.5-5MHZ应用于成人心脏及腹部成像7-10MHZ应用于
2、小器官成像，例如甲状腺，血管10-40MHZ应用于血管和皮肤成像,超声波的传播,超声波的种类： 横波：质点的运动方向垂直于传播方向。在固体中波以横波形式传播 纵波：质点的运动方向平行于传播方向。在软组织中波以纵波形式传播。 在超声诊断中，主要应用超声纵波 声速与介质有关 固定液体气体,空气,液体,固体,声波在软组织中的速度,在软组织的平均速度是1540米/秒 探测1cm深度目标所需时间为13us,超声波的几个重要物理量,波长( 一个超声波周期所经历的长度) 频率f (每秒发射的超声波的脉冲数量)C=*f f=1/T,振幅A (超声信号的强度) 周期T (完成一个完整的波长所需的时间),超声诊断
3、的物理基础（1）,超声波的回声是反射式超声成像的基础 界面反射 超声在均匀介质中沿直线传播 不同介质界面，会发生反射与折射 镜面反射及反射系数,超声诊断的物理基础（2）,声学特性阻抗差异大的界面反射特性Z1Z2 （固体-气体） 将会发生近乎全部反射， 即强力反射， 例如甲状腺（气管黑色）；肺部很难成像；超声耦合剂,超声诊断的物理基础（3）,声学特性阻抗差异小的界面反射特性 如果Z1和Z2相近，则反射很小。 软组织的特性阻抗非常相近 例如：肝-肾界面只有6%的入射波能量反射会肝中，其余94%的能量透入界面送入肾,小结,界面反射是超声成像的基础，只要有1的声阻抗差异，就会产生反射，所以超生对软组织
4、的分辨力非常高。 如果不发生反射？ 反射太强？,超声波的散射,散射：入射声波遇到小界面时产生散射,超声波的折射,折射系数 由于超声波在界面两边的声速不同，其声速之比决定折射程度如果速度相等，则不发生折射 伪像的产生折射 人体各种软组织的声速都是接近的,超声波的声场特性,声场分布 由换能器发出超声后，呈狭窄的圆柱形分布，其直径与晶体大小接近，有明显的方向性，称为超声束。 主瓣和旁瓣旁瓣会产生伪像克服旁瓣，增强主瓣,a-主瓣b,c-旁瓣,超声波的衰减特性,超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。高频衰减大，低频衰减小（穿透力强）引起衰减的因素 吸收 散射，折射等减弱,超声的多普勒效应
5、,多普勒公示：公式中，C，f0不变，v是变化的多普勒效应是血流成像的基础！,超声的分辨力,分辨力的定义 指超声检查时，能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小距离的能力。 轴向分辨力 声束穿过介质中能被分辨为前后两点的最小距离 与超声波的频率成正比 最大分辨力为/2 侧向分辨力或者横向分辨力 与声束相垂直的线或面上，能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小距离的能力。 与声束的宽窄有关,超声的穿透力,穿透力的增加，以分辨力的损失为代价频率越高，分辨力越高，穿透力越小频率越低，穿透力越强，分辨力越低,超声诊断的优点,安全、无辐射。适用于胎儿诊断。设备可移动，成本低。实时成像通过扫描角度变化，获得更佳的图
6、像。多普勒检测血流量信息。,第二部分 超声成像原理,超声的模式,在监视器上显示的超声图像是二维图像，这与CT和核磁共振所形成的图像相同。,回波振幅,Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8,3. M模式：M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。,Transducer,Transducer,Transducer,Transducer,Line 45 t1,Line 45 t2,Line 45 t3,Line 45 t4,t 1
7、 2 3 4 5 6 7.,4. D模式（多普勒模式）（后面详述）,图像的形成,所有的超声仪器使用同样的超声信号的基本成分进行发射,并形成图像.探头脉冲发射器/接收器中央处理器数字扫描转换器显示及存贮,图像的形成(cont.),Sound beam,Transducer,Pulser/receiver,System CPU,Digital Scan Converter,Monitor,Recording Devices,VCR / Printer Laser Camera,探头,用于超声的探头也称为换能器，是用来产生和检测超声波的部件，即换能器。既是发射器，也是接收器。它是超声设备最重要的部分
8、。,结构：详见右图所示。其中：压电陶瓷发射/接收超声波；声透镜轴向聚焦；背衬材料防止产生超声波反向振动； 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动，发出声波。工作原理：主机通过电缆在基元上施加电信号，使基元振动， 发出超声波，超声波经物体反射作用在基元上，使基元 两端产生电信号，通过电缆传送至主机处理、显示。,探头的种类,相控阵探头：3S 曲阵探头：3.5C，4C 线阵探头：10L 腔内探头：经食道探头 面阵探头：M7C,超声扫描方式,超声设备在医学临床上有多种诊断方式。目前主要采用以下的方式：电子扫描
9、方式探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。,电子扫描方式 机械扫描方式 特殊方式 线阵 机械扇扫 斜向扫描 凸阵（含微型凸阵） 径向扫描 梯形扫描 相控阵 扩大扫描向量扫描,超声系统,名词解释,宽频是指探头的工作频率范围比较宽。宽频带探头是实现变频的基础。变频是一种新技术：改变同一个探头的 频率。若目标区域在近场，可以选用高 频率；若目标区域在远场，可以切换到 低频率。,5. 分辨率 分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分。轴向（纵向）分辨率：是指沿超声波束轴方向上可区分的 两个点目标的最小距离。轴向分辨率由超声波束的波长所决定。 一般来说，轴向分辨率
10、为波长的2到4倍?,分辨率,几何分辨率灰度分辨率,轴向分辨率侧向分辨率,轴向分辨率高 低,侧向分辨率高 低,侧向（横向）分辨率：是指对垂直于超声波束轴方向上可区分的两个点目标的最小距离。侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束聚焦情况。,灰度（对比度）分辨率：是指对两个相似密度的物体的识别能力。,灰度分辨率,几何分辨率,平衡,几何分辨率高灰度分辨率差,多普勒技术在超声诊断中非常有价值。主要用于检测心脏、血管内血液的流向， 流速及流量。 主要包括以下三种：- 脉冲多普勒(PW)- 高脉冲重复频率多普勒(HPRF) - 连续波多普勒 (CW).- 单连续波多普勒- 可控连续波多普勒,多普勒,3. 多普
11、勒波的含义多普勒波包括以下含义(数据) 速度 速度范围（宽度） 血流量大小 血流方向,一个心跳周期,宽的速度范围,逆流,时间,基准线,慢,快,快,迎向,背向,最高峰,收缩,舒张,舒张结束,4.彩色血流成像（彩色多普勒）彩色血流成像（CFM）是在 二维声像图上叠加彩色实时血流 显像。每一个彩色的点表示小区 域内血液流量的平均值。不同的 颜色代表血液流量的速度及检测 方式的不同。通常，红色表示迎 向探头的血流方向，蓝色表示离 向探头血流方向。,一个心跳周期,宽的速度范围,逆流,时间,基准线,慢,快,快,平均值,CFM,迎向,背向,色标,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。,
