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1、1超超 声声 成成 像像 原原 理理（二（二）云南医学高等专科学校医学影像系云南医学高等专科学校医学影像系 孙孙 静静2022/10/291定义：声源与接收器在连续介质中存在着定义：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变更。相对运动时声波频率将发生变更。超声的物理基础二、超声传播特性2P1632022/10/292超声传播特性超声的物理基础 在声源与视察者作相对运动时，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更的现象为多普勒效应。32022/10/293超声传播特性超声的物理基础 换能器发出确定频率超声波，遇到活动的大界面或小界面，反射或散射回声
2、的频率发生变更，反射回声与入射回声之差称为频移。在超声医学诊断中，超声多普勒技术可用于检测心血管内的血流方向、流速和湍流程度等。42022/10/294七、多普勒效应七、多普勒效应（一）定义：（一）定义：当振源（声源）与接受器之间出现当振源（声源）与接受器之间出现相对运动时，接到的振动（声波）频率相对运动时，接到的振动（声波）频率与振源（声源）的放射频率有确定差异，与振源（声源）的放射频率有确定差异，这种现象称为多普勒效应。其变更的频这种现象称为多普勒效应。其变更的频差称频移，如界面朝向探头运动，频率差称频移，如界面朝向探头运动，频率上升；若界面背离探头运动，则频率减上升；若界面背离探头运动，
3、则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。心低；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淌壁、血管壁、瓣膜等的运动和血液流淌均可引起多普勒效应。均可引起多普勒效应。2022/10/295多普勒效应：声源与接收器之间有相对运多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动接动接 收到的频率有变更（频移）收到的频率有变更（频移）探头探头探头探头探头探头2022/10/296（二）、人体内的多普勒效应 P189 产生条件：超声进入人体后，只要遇到运动界面即产生多普勒效应。（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：绿色：绿色：代表流
4、速快且紊乱的血流代表流速快且紊乱的血流射射流流探探头头探探头头2022/10/297红红+绿绿=黄黄蓝蓝+绿绿=青青红红+蓝蓝=品红品红 如湍流血流方向朝向探头，红色如湍流血流方向朝向探头，红色+绿色将产生黄绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间的血流图象；色，出现以红色为主五色相间的血流图象；如湍流血流方向背向探头，监色如湍流血流方向背向探头，监色+绿色将产生青绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象；色，出现以监色为主五色相间的血流图象；2022/10/298-如湍流血流方向朝向探头如湍流血流方向朝向探头（如分流束），红色（如分流束），红色+绿色将产生绿色将产生黄色，出现以黄色，出
5、现以红色红色为主五色相间的血流图为主五色相间的血流图象（舒张期：二狭、三狭，）；象（舒张期：二狭、三狭，）；-如湍流血流方向背向探头（返流束），如湍流血流方向背向探头（返流束），监色监色+绿色将产生青色，出现以绿色将产生青色，出现以监色监色为主五为主五色相间的血流图象（色相间的血流图象（收缩期：主狭、肺狭收缩期：主狭、肺狭）正常状况正常状况过二尖瓣或三尖瓣为红色血流，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过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流2022/10/299超声原理 彩色编码技术是由红、蓝、彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频移绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以
6、红色来表示，而兰为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。色则表示负的频移。在显示屏上以不同彩色显示不在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。同的血流方向和流速。P18910图像特征2022/10/2910 对某些非对称结晶材料（如石英）进行确定方向的加压或拉伸时，表面的两侧将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料等。-压电效应P169 超声仪器探头原理112022/10/2911结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷
7、。移，在两个界面产生等量异号电荷。定义：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，定义：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应。称为正压电效应。探头原理超声仪器12压力压力-变形变形-产生电场产生电场(变形变形电场电场)2022/10/2912定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应何变形，称为逆压电效应。在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何形变。中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何形变。探头原理超声仪器13(电
8、场电场变形变形)2022/10/2913 原理：对压电晶体施以一交变电场由于逆压电效应，晶片即可发朝气械性的压缩与扩张，推动四周介质，使之振动，发出相应频率的声波。当交变电场的频率大于2万赫时，压电晶片即可产生超声波。超声检查时，探头发出的超声波在人体组织中传播，遇到声阻抗不同的组织构成的界面时，产生反射，反射回声到达探头后，沿电压轴方向对晶片施以确定的压力，由于正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，这种高频微弱电信号经主机接收并予以放大处理，以不同方式显示于示波屏上，即形成代表界面回声的不同类型的超声。探头原理超声仪器2022/10/2914 利用逆压电效应将电能转换成超声能放射超声，利用正压
9、电效应将超声能量转换成电能接收超声。定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。探头原理超声仪器2006年6月5日星期一152022/10/2915超声场特性超声场特性 P1711、声轴声轴2、声束、声束3、束宽、束宽4、近场及特性、近场及特性5、远场及特性远场及特性2022/10/2916 附：声场与方向性附：声场与方向性 由于超声的能量大，穿透力强，成束状向前传播，这就是超声波的束射性（或方向性）。从声源发出的超声波最近的一段声束几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。扩散的声束与平行声束间形成的夹角叫做扩散角（）。2022/10/29
10、17近近场场与与远远场场LL大，指向性好大，指向性好2022/10/2918图1超声场扩散角示意图 L2022/10/2919一、脉冲回波成像工作的相关参数P1771、超声频率：*P178 从分辩率角度和穿透深度合理选择超声频率-从分辩率角度:超声频率增加，分辩率增加-从穿透深度：超声频率增加，穿透深度降低-通常:腹部、心脏选用3.5M，表浅器官57M超声仪器探头原理2022/10/2920 超声波的辨别率、透射性超声波的辨别率、透射性均与超声频率有关，均与超声频率有关，频率越高，波长越短，辨别频率越高，波长越短，辨别率越率越 强，透射性越弱。强，透射性越弱。频率越低，则波长越长，辨频率越低，
11、则波长越长，辨别率别率 越低，透射性越强。越低，透射性越强。2022/10/2921二、脉冲回波幅度成像的基本原理-超声脉冲回波法 P179-回波：P179-原理：P180-回波信号强度：Z差越大、界面越大、越规则及距离越近，回波信号的强度也越大脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像2022/10/2922 即幅度调制型。此法以波幅的凹凸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。由于此法过分粗略，目前巳基本淘汰。23浅浅深深强弱反反射射回回声声脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像2022/10/2923四、图像特征其次章超声的物理
12、基础 显示屏上最黑到最亮的灰度等级差，取决于信号的强度。灰阶级数越多，图像的层次越丰富，图像微小环节的表现实力越强。显示屏上的灰标灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以确定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。24P1822022/10/2924 为辉度调制型。此法以不同辉度光点表示界面反射信号的强弱，反射强则亮，反射弱则暗。因接受多声束连续扫描，故可显示脏器的二维图像，本法是目前运用最为广泛的超声诊断法。25脉冲回波幅度信号成像B型超声成像原理型超声成像原理本本质质为为二二维维超超声声2022/10/2925B型超声诊断仪型超声诊断仪辉度调制型辉度调制型 (Brightness mode)2022
13、/10/2926P182它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系的方法它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系的方法脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原理2022/10/2927脉冲多普勒成像原理脉冲多普勒成像原理 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淌力学状态，尤其是先天性心脏病和瓣膜病的分流及返流状况，有较大的诊断价值。28（脉冲多普勒）（脉冲多普勒）脉冲回波频移信号成像2022/10/2928P186脉冲回波幅度信号成像M型超声
14、成像原理型超声成像原理图2022/10/2929 彩色编码技术是由红、蓝、彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频移绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而兰为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。色则表示负的频移。系在多普勒二维显像的基系在多普勒二维显像的基础上，以实时彩色编码显示血础上，以实时彩色编码显示血流的方法，即在显示屏上以不流的方法，即在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和同彩色显示不同的血流方向和流速。流速。脉冲回波频移信号成像彩色多普勒成像原理彩色多普勒成像原理2022/10/29301仪器类型 超声仪器 是用一系列二维彩色多普勒图所重建的彩色图像。20
15、06年6月5日星期一312022/10/2931仪器类型超声仪器 将立体图象以投影图或透视图表现在平面上的显示方式，可从各个角度来视察该立体目标。2006年6月5日星期一322022/10/2932仪器类型 超声仪器解剖超声解剖超声 一维：A超(幅度调制型)M超(运动显示型)二维：B超(辉度调制型)三维：立体 血流超声血流超声 一维：PW超(pulse waveform脉冲多普勒)P186 二维：彩色多普勒(color doppler)三维：立体彩色多普勒332022/10/2933小结 超声成像方式2006年6月5日星期一34超声成像超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M
16、超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像2022/10/2934小结 超声成像方式2006年6月5日星期一35超声成像超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像2022/10/2935图像质量超声成像原理纵向辨别力(longitudinal resolution)：为区分声束轴线上两个物体的距离，与超声的频率有关。横向辨别力(transverse resolution)：是区分处于与声束轴线垂直平面两个物体的实力，与声束的宽度有关。超声仪的辨别
17、力是指能够辨别有确定间距的界面的实力。362022/10/2936 探头频率越高，辨别力越高。然而频率与穿透性(penetrability)呈反比。2006年6月5日星期一37超声成像原理图像质量2022/10/29374、辨别率（基本辨别率）：、辨别率（基本辨别率）：P195超声的辨别力是指超声诊断超声的辨别力是指超声诊断仪能够区分两个相邻界面之间最仪能够区分两个相邻界面之间最短距离的实力。即超声波所能探短距离的实力。即超声波所能探测物体的最小直径。测物体的最小直径。（1）纵向辨别力（轴向辨别力）纵向辨别力（轴向辨别力）（2）侧向辨别力）侧向辨别力（3）横向辨别力（厚度辨别力）横向辨别力（厚
18、度辨别力）图像质量2022/10/2938（1）纵向辨别力（轴向辨别率）：）纵向辨别力（轴向辨别率）：指声束轴线上的辨别力（指在深浅方向的精细指声束轴线上的辨别力（指在深浅方向的精细度）。区分声束轴线上两个物体间最小距离的实力。度）。区分声束轴线上两个物体间最小距离的实力。目前纵向辨别力可达目前纵向辨别力可达1mm左右（左右（3-3.5MHZ）这与脉冲宽度有关（脉冲宽度这与脉冲宽度有关（脉冲宽度=脉冲时间脉冲时间超超声声速声声速=波长），宽，则辨别率下降。只有当两个波长），宽，则辨别率下降。只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的1/2时，超时，超声才能分
19、别产生两个回声。声才能分别产生两个回声。图像质量2022/10/29392、侧向辨别力、侧向辨别力指在与声束轴线垂指在与声束轴线垂直的平面上，在探头长轴直的平面上，在探头长轴方向上的辨别力。能辨别方向上的辨别力。能辨别相邻两点（两个病灶）间相邻两点（两个病灶）间的最小距离。的最小距离。2022/10/2940（3 3）横向辨别率（厚度辨别力）：）横向辨别率（厚度辨别力）：指在与声束轴线垂直的平指在与声束轴线垂直的平面上，在探头短轴方向的辨别力。面上，在探头短轴方向的辨别力。为与侧向辨别力在一平面上，是为与侧向辨别力在一平面上，是相互垂方向轴线上的辨别力。相互垂方向轴线上的辨别力。2022/10/2941感谢各位2022/10/2942