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1、超声成像原理与技术超声成像原理与技术现在学习的是第1页，共77页 课课 程程 安安 排排第一章第一章 绪绪 论论第二章第二章 医学超声物理基础医学超声物理基础第三章第三章 医学超声换能器与辐射场医学超声换能器与辐射场第四章第四章 医学超声脉冲回升技术总论医学超声脉冲回升技术总论第五章第五章 超声诊断仪基本结构超声诊断仪基本结构A超超第六章第六章 M型超声诊断仪原理及应用型超声诊断仪原理及应用第七章第七章 B型超声显像诊断仪型超声显像诊断仪第八章第八章 医学超声多普勒技术医学超声多普勒技术现在学习的是第2页，共77页 第一章第一章 绪绪 论论l医学超声医学超声：超声物理学、超声工程学，与医学超声
2、诊断与：超声物理学、超声工程学，与医学超声诊断与治疗。治疗。l超声物理超声物理：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组织：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组织中的传播特性和规律。中的传播特性和规律。l超声工程学超声工程学:电子技术、计算机技术为基础，依靠超声物理的结论。电子技术、计算机技术为基础，依靠超声物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。设计研制医学诊断设备和治疗设备。l超声诊断超声诊断：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、组：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、散织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、散射、绕射及干
3、涉等传播规律和波动现象也不同，从而使接射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变，收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差异、判别组通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差异、判别组织的病变特征。织的病变特征。l超声治疗超声治疗：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利用超声：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。波的生物效能和机理，达到治疗的目的。现在学习的是第3页，共77页超声成像设备分类（上）l一、按超声波型分类一、按超声波型分类l连续波超
4、声设备连续波超声设备l脉冲波超声设备脉冲波超声设备l二、按利用物理特性分类二、按利用物理特性分类l回波式超声诊断仪回波式超声诊断仪l透射式超声诊断仪透射式超声诊断仪l三、按设备的结构分三、按设备的结构分lA A超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的传播时超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的传播时间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度（间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度（Amplitutede),Amplitutede),故故称为称为A A型显示，简称型显示，简称A A超。临床运用测量人体器官位置，尺寸、组超。临床运用测量人体器官位置，尺寸、组织的声学特性、诊断疾病
5、织的声学特性、诊断疾病现在学习的是第4页，共77页超声设备分类（下超声设备分类（下）lM M型超声诊断设备型超声诊断设备-M M超超声心动图仪超超声心动图仪：在荧光屏上得到组织器官：在荧光屏上得到组织器官（心脏心脏)许许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超声波的强弱。是多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超声波的强弱。是亮度调制型设备。临床主要用于研究心血管疾病、可与心电图、心音图、亮度调制型设备。临床主要用于研究心血管疾病、可与心电图、心音图、脉搏结合考虑分析，测量心血管的部分大小、厚度，瓣膜的运动。脉搏结合考虑分析，测量心血管的部分大小、厚度，瓣膜的运动。lB B型超声诊
6、断设备：型超声诊断设备：B B超切面显像仪。静止目标超切面显像仪。静止目标B B型超声显像仪；实时型超声显像仪；实时B B型超声型超声显像仪，数字扫描显像仪，数字扫描B B型超声成像设备，代计算机的型超声成像设备，代计算机的B B型超声成像设备四种。型超声成像设备四种。lC C超与超与F F型超声成像设备：横断面成像，曲面成像型超声成像设备：横断面成像，曲面成像。lD D超：超：脉冲回波脉冲回波D D型超声诊断仪，连续波型超声诊断仪，连续波D D型超声诊断仪。型超声诊断仪。l彩超彩超=B+D+M,B+D+M,多功能超声成像设备。彩色显示。多功能超声成像设备。彩色显示。CDFI CDFI 彩色血
7、流（低速彩色血流（低速)显像显像仪仪 CDTI(CDTI(高速）高速）CDE(CDE(彩色、幅度，大小）低速血流的彩色多普勒彩色、幅度，大小）低速血流的彩色多普勒能谱图，能谱图，DPA(DPA(大小，方向）大小，方向）CHI,THICHI,THI超声全息诊断设备超声全息诊断设备l 超声显微镜超声显微镜l 超声超声CT CT 超声外科设备超声外科设备 超声治疗设备超声治疗设备现在学习的是第5页，共77页二、超声设备发展历程l18801880年，法国科学家年，法国科学家 皮尔和皮尔和Jacques.Jacques.居里居里 压电效应压电效应 。19171917年法国科学家年法国科学家保罗郎之万保罗
8、郎之万 发现逆压电效应。发现逆压电效应。l19211921年年 声纳声纳l19421942年年 奥地利科学家奥地利科学家 A A超，探测头颅超，探测头颅l19521952年年 美国科学家美国科学家 B B超超 1954 1954年年B B超临床超临床l19561956年年 日本科学家日本科学家 多普勒超声多普勒超声 探测心脏探测心脏l19671967年年 电子探头电子探头 1968 1968年年 TGCTGCl19681968年年 研究计算机用于研究计算机用于B B超设备，超设备，DSCDSC数字扫描数字扫描l19731973年年C C超，超，19781978年年F F超超l19831983年
9、彩色学流图（年彩色学流图（CFMCFM），），19901990年年3 3D D扫描研制扫描研制l19911991年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段lCDTI CDE DPA CHI THICDTI CDE DPA CHI THI现在学习的是第6页，共77页三、超声波基础知识简介l（一）（一）超声波超声波l1 1、是频率超过、是频率超过2 2万万HzHz的机械波，在空气中传播平的机械波，在空气中传播平均速度为均速度为340340m/sm/s，在人体软组织，液体中约在人体软组织，液体中约15401540m/sm/s，在颅骨中在颅骨中38603860m/sm
10、/s。l2 2、描述超声波的物理量描述超声波的物理量:l周期周期T,T,频率频率f f，波长波长 ，波速，波速C C，l相位相位=(=(t t)l介质特征声学参数声阻抗介质特征声学参数声阻抗 Z=Z=C (C (单位瑞利单位瑞利)l声压声压p p，声压级声压级L Lp p，声强声强I I，声强级声强级L LI Il声压反射系数，折射系数，声压反射系数，折射系数，l声强反射系数，声强折射系数声强反射系数，声强折射系数现在学习的是第7页，共77页3、次声波、声波、超声波l4 4、超声波的特点、超声波的特点l方向性好：定向发射。方向性好：定向发射。l能量高：能量高：l传输特性：传输特性：l穿透能力：
11、工作频率与发射功率穿透能力：工作频率与发射功率l5 5、超声波的类型、超声波的类型纵波与横波：固体、液体、气体纵波与横波：固体、液体、气体均可均可传播纵波。传播纵波。只能只能在固体传播横波，不能在液体、气体在固体传播横波，不能在液体、气体传播横波。传播横波。l表面波：延介质表面传播的波，是瑞丽表面波：延介质表面传播的波，是瑞丽18871887年提出又叫瑞丽波年提出又叫瑞丽波l板波：在板厚与波长相当的介质中传播板波：在板厚与波长相当的介质中传播l平面波：波阵面互相平行的平面的波平面波：波阵面互相平行的平面的波l柱面波：波阵面是同轴圆柱面的波柱面波：波阵面是同轴圆柱面的波l球面波：波阵面是同心球面
12、的波球面波：波阵面是同心球面的波l连续波：波源不断振动，连续不断辐射的波。脉冲波：波源振动时间较短，间歇辐射的波连续波：波源不断振动，连续不断辐射的波。脉冲波：波源振动时间较短，间歇辐射的波现在学习的是第8页，共77页一维超声波的数学表达式l声压声压p pl介质密度介质密度，超声波传播速度，超声波传播速度C C，振幅振幅A Al角频率角频率 2 2，超声波传播时间，超声波传播时间t t现在学习的是第9页，共77页现在学习的是第10页，共77页现在学习的是第11页，共77页现在学习的是第12页，共77页现在学习的是第13页，共77页现在学习的是第14页，共77页l3 3、超声波在介质中的传播规律
13、、超声波在介质中的传播规律l反射：反射系数反射：反射系数=（Z Z2 2-Z-Z1 1）/（Z Z2 2+Z+Z1 1）l全反射全反射 与与 反射强烈反射强烈l折射：折射：l衍射：衍射：l干涉干涉 与与 驻波驻波l散射：散射：l声学界面：声阻抗不同的两组织形成。声学界面：声阻抗不同的两组织形成。l条件：声学界面的几何尺寸与超声波波长比较。条件：声学界面的几何尺寸与超声波波长比较。l声阻抗声阻抗Z Z：与介质密度与介质密度 和超声波传播速度和超声波传播速度C C有关，有关，人体组织按声阻抗分类（低，中，高）。人体组织按声阻抗分类（低，中，高）。现在学习的是第15页，共77页（二）超声波在介质中的
14、衰减l1 1、衰减：超声波强度随传播距离增加，减少的、衰减：超声波强度随传播距离增加，减少的现象，称为超声波的衰减。现象，称为超声波的衰减。l2 2、衰减表现几种形式、衰减表现几种形式l扩散衰减：有距离造成与距离平方成反比。扩散衰减：有距离造成与距离平方成反比。l散射衰减：与微粒作用改变超声波传播方向。散射衰减：与微粒作用改变超声波传播方向。l吸收衰减：摩擦内耗，与频率的关系较大，吸收衰减：摩擦内耗，与频率的关系较大，高高频超声波衰减大，传播距离近，宜探测浅表组频超声波衰减大，传播距离近，宜探测浅表组织。织。现在学习的是第16页，共77页（三）成像原理l1 1、雷达测距原理、雷达测距原理l界面
15、位置判定界面位置判定:L=Ct/2L=Ct/2lt t超声波在人体超声波在人体来回距离来回距离回波时间回波时间，表示界面位置表示界面位置，lC C超声波在人体组织中的传播速度超声波在人体组织中的传播速度l2 2、回波大小与界面出组织声阻抗或密度有关，界面一定反射超声回波大小与界面出组织声阻抗或密度有关，界面一定反射超声波的大小一定，可以根据回波强弱判定界面处的参数；只要密度有波的大小一定，可以根据回波强弱判定界面处的参数；只要密度有变化的地方有反射，可以探测，设备质量高，低决定能否识别微小变化的地方有反射，可以探测，设备质量高，低决定能否识别微小变化变化回波大小表示介质声阻抗变化（密度变化）。
16、回波大小表示介质声阻抗变化（密度变化）。现在学习的是第17页，共77页现在学习的是第18页，共77页现在学习的是第19页，共77页第二节 超声探头（换能器）l一、作用：机械能与电能相互转换完成发射或接收超声波的任务一、作用：机械能与电能相互转换完成发射或接收超声波的任务l二、结构：换能器、壳体、电缆、其它部件（如电机、位置检测器）等。主体（二、结构：换能器、壳体、电缆、其它部件（如电机、位置检测器）等。主体（压电振子、压电振子、吸收层、保护层）吸收层、保护层）与壳体（与壳体（外壳、电缆、接插部件外壳、电缆、接插部件）两部分。）两部分。l三、原理：发射超声波和接收超声波三、原理：发射超声波和接收
17、超声波 压电效应：晶片施力在端面上出现电荷。压电效应：晶片施力在端面上出现电荷。逆压电效应：晶片上施加正弦交变电压引起逆压电效应：晶片上施加正弦交变电压引起 晶片振动，发射超声波。晶片振动，发射超声波。l四、压电材料与压电振子四、压电材料与压电振子 压电材料物理上都是弹性体，物理特性方向各异，有的方向有压电效应，有的方压电材料物理上都是弹性体，物理特性方向各异，有的方向有压电效应，有的方向无。向无。l压电材料：压电单晶体（天然石英、电石类，人工制造硫酸锂，铌酸锂），压电压电材料：压电单晶体（天然石英、电石类，人工制造硫酸锂，铌酸锂），压电陶瓷（许多不同单晶体构成，一定温度范围有压电效应，如钛酸
18、钡，锆钛酸铅陶瓷（许多不同单晶体构成，一定温度范围有压电效应，如钛酸钡，锆钛酸铅PZTPZT），），压电高分子聚合材料，聚偏氟乙烯压电高分子聚合材料，聚偏氟乙烯PVFPVF2 2。l压电振子：最小几何尺寸的压电材料，基本单元。压电振子：最小几何尺寸的压电材料，基本单元。现在学习的是第20页，共77页晶片的振动模式l伸缩振动（厚度、长度、径向伸缩振动（厚度、长度、径向)l切变振动切变振动(厚度切变、面切变）厚度切变、面切变）l弯曲振动（厚度弯曲，长度弯曲）弯曲振动（厚度弯曲，长度弯曲）l能陷振动能陷振动l在临床中，不同器官组织要用不同的探头。在临床中，不同器官组织要用不同的探头。l这是学习超声诊
19、断十分重要的技术。这是学习超声诊断十分重要的技术。现在学习的是第21页，共77页五、探头的分类l（一）、按工作原理分（一）、按工作原理分l脉冲回波探头脉冲回波探头l多普勒式探头多普勒式探头l（二）、按结构分（二）、按结构分l机械探头与电子探头机械探头与电子探头l（三（三)、按用途分、按用途分l眼科、腹部、妇产科等眼科、腹部、妇产科等l（四（四)按振子单元数分单元探头，多元探头（线阵、相控阵、按振子单元数分单元探头，多元探头（线阵、相控阵、方阵、凸阵）。方阵、凸阵）。l（五）按声束特性分、聚焦探头（五）按声束特性分、聚焦探头,非聚焦换能器非聚焦换能器l（六）收发方式分（发射、接收、收发兼用）（六
20、）收发方式分（发射、接收、收发兼用）l按晶片形状分（圆形，环形、方形、矩形、按晶片形状分（圆形，环形、方形、矩形、现在学习的是第22页，共77页六、质量指标探头的性能参数(书172页）l居里点：居里点：压电材料发生压电效应的临界温度。压电材料发生压电效应的临界温度。l频率常数频率常数f fc c：确定晶片几何尺寸的重要参数。确定晶片几何尺寸的重要参数。谐振状态谐振状态。l电容常数电容常数：表示晶片的介电性能参数。极间电容越小越好。表示晶片的介电性能参数。极间电容越小越好。l发射系数发射系数D D：电能转变成机械能，压力恒定时，单位电场强度变化引起电能转变成机械能，压力恒定时，单位电场强度变化引
21、起应变变化。应变变化。l接收系数接收系数G G：机械能转变成电能，电位移恒定，单位压力引起电场机械能转变成电能，电位移恒定，单位压力引起电场变化。变化。l机电耦合系数机电耦合系数K K：机械能与电能转换系数，与晶片的灵敏度有关，机械能与电能转换系数，与晶片的灵敏度有关，材料决定，无单位。材料决定，无单位。l力学品质因素力学品质因素Q Qm m：决定探头通频带的重要因素，谐振时晶片储存能量与决定探头通频带的重要因素，谐振时晶片储存能量与晶片损耗能量之比，晶片损耗能量之比，Q Qm m大损耗小。通频带窄。无单位。大损耗小。通频带窄。无单位。l介质损耗因子介质损耗因子tgtg：现在学习的是第23页，
22、共77页平面活塞探头性能探讨（174页）l 远场与近场远场与近场l 超声波波长超声波波长，晶片半径，晶片半径al 扩散半角扩散半角a现在学习的是第24页，共77页七、压电振子的特性讨论l晶片的等效电路晶片的等效电路l频率特性频率特性l换能器的许多参数与频率有关换能器的许多参数与频率有关l工作频率工作频率l频带宽度频带宽度l电阻抗匹配电阻抗匹配l声阻抗匹配声阻抗匹配l频率相应频率相应l同一振子接收不同频率的超声波同一振子接收不同频率的超声波l同一振子加不同的压力同一振子加不同的压力现在学习的是第25页，共77页l晶片的形状，几何尺寸，振动模式，晶片的材晶片的形状，几何尺寸，振动模式，晶片的材料，
23、对图象质量，分辩率、噪声料，对图象质量，分辩率、噪声现在学习的是第26页，共77页现在学习的是第27页，共77页现在学习的是第28页，共77页探头的基本组成探头的基本组成现在学习的是第29页，共77页探头的等效电路探头的等效电路现在学习的是第30页，共77页现在学习的是第31页，共77页现在学习的是第32页，共77页现在学习的是第33页，共77页现在学习的是第34页，共77页l一、临床运用，回波波形显一、临床运用，回波波形显示示lY Y轴轴:表示回波强弱表示回波强弱lX X轴轴:表示界面的位置或者说表示界面的位置或者说超声波在介质中的传播速度超声波在介质中的传播速度l二、工作原理二、工作原理现
24、在学习的是第35页，共77页 第三节 显 像 管（CRT)l一、黑白显像管一、黑白显像管 结构：电子枪、荧光屏、偏转线圈、高真空玻璃容器。结构：电子枪、荧光屏、偏转线圈、高真空玻璃容器。作用：作用：将视频图象信号还原成可见光图象。将视频图象信号还原成可见光图象。工作原理：工作原理：电子枪的作用：电子枪的作用：产生一束聚焦性能良好，能量较高的阴极射线。阴产生一束聚焦性能良好，能量较高的阴极射线。阴极（灯丝），控制级、第一加速级，第二加速级，第三加速级，聚焦极（灯丝），控制级、第一加速级，第二加速级，第三加速级，聚焦级。级。荧光屏荧光屏:(荧光粉颗粒荧光粉颗粒)高速电子打在荧光粉，发光，发光强度与
25、阴高速电子打在荧光粉，发光，发光强度与阴极射线的强度成正比极射线的强度成正比；改变控制级（；改变控制级（Z轴）的电压轴）的电压调制阴极射线强调制阴极射线强度达到调制荧光屏亮度等级度达到调制荧光屏亮度等级；把发光持续时间叫把发光持续时间叫余辉时间余辉时间，不同，不同材料的荧光粉余辉时间不同。材料的荧光粉余辉时间不同。高速电子打在不同荧光材料发出不高速电子打在不同荧光材料发出不同颜色的光。同颜色的光。现在学习的是第36页，共77页现在学习的是第37页，共77页偏转系统：l显像管的偏转有静电偏转与磁偏转两种，前者构显像管的偏转有静电偏转与磁偏转两种，前者构成示波管，后者叫显象管成示波管，后者叫显象管
26、l静电偏转系统静电偏转系统:水平偏转电极、垂直偏转电极。水平偏转电极、垂直偏转电极。l磁偏转系统：水平线圈（磁偏转系统：水平线圈（X轴）、垂直线圈（轴）、垂直线圈（Y轴）轴）。l作用：控制高速电子打亮荧光屏上亮点位置。可作用：控制高速电子打亮荧光屏上亮点位置。可已通过控制线圈的电流已通过控制线圈的电流(线性电流）实现扫描。线性电流）实现扫描。l扫描：高速电子是按顺序打亮荧光屏的，从左到扫描：高速电子是按顺序打亮荧光屏的，从左到右从上之下。右从上之下。现在学习的是第38页，共77页工作原理l景物亮度信号加在景物亮度信号加在CRTCRT的的Z Z轴上，调制飞往荧光屏的阴极射线轴上，调制飞往荧光屏的
27、阴极射线强度，调制荧光屏上的亮度等级使得荧光屏上的亮度等级与景强度，调制荧光屏上的亮度等级使得荧光屏上的亮度等级与景物的亮度等级一一物的亮度等级一一 对应。对应。l把提取到景物上的位置信号加在把提取到景物上的位置信号加在CRTCRT的偏转系统上，调制流过的偏转系统上，调制流过偏转线圈的电流，使得荧光屏上的亮点位置和景物的亮点位偏转线圈的电流，使得荧光屏上的亮点位置和景物的亮点位置一一对应。置一一对应。l合理选择荧光屏的余辉时间。合理选择荧光屏的余辉时间。l人体器官组织的解剖图像展示在荧光屏上。人体器官组织的解剖图像展示在荧光屏上。现在学习的是第39页，共77页显示器的参数书（178页）l象素，
28、灰阶，扫描线性是显示器象素，灰阶，扫描线性是显示器 质量参数。质量参数。l亮度亮度l对比度与灰阶对比度与灰阶l分辨率分辨率l几何尺寸：对角线几何尺寸：对角线现在学习的是第40页，共77页彩色显像原理与彩色显象管l彩色显像管：彩色显像管：l三基色原理：三基色原理：现在学习的是第41页，共77页液晶显示器（书177页）l液晶：固体与液体之间一种材料，不同电压液晶：固体与液体之间一种材料，不同电压下受光照射时折射率发生改变实现成像，重下受光照射时折射率发生改变实现成像，重量轻、省电，地址精度较高。量轻、省电，地址精度较高。现在学习的是第42页，共77页超声设备物理结构模型信号发生器信号发生器发射通道
29、发射通道探探头头接收通道接收通道显示显示人人体体电源电源现在学习的是第43页，共77页第四节A型超声诊断仪l一、一、A A超是回波幅度显示设备超是回波幅度显示设备l荧光屏上物理含义荧光屏上物理含义lY Y轴：表示回波强弱轴：表示回波强弱lX X轴：表示超声波在介质中传播的距离或时间轴：表示超声波在介质中传播的距离或时间l二、临床运用；测量器官组织的距离或线度二、临床运用；测量器官组织的距离或线度现在学习的是第44页，共77页三、A型超声仪器的基本结构l主控电路：多谐振荡器，产生同步触发脉冲，对各单元控制，主控电路：多谐振荡器，产生同步触发脉冲，对各单元控制，发射，接收等，发射，接收等，脉冲重复
30、频率（脉冲重复频率（PRF)l延时电路：延时电路：l发射电路：利用电子开关，对高压电容充放电，发射电路：利用电子开关，对高压电容充放电，l接收电路：射频放大、检波、视频放大，接收电路：射频放大、检波、视频放大，l标距电路：标距电路：13 s/cml时基电路：产生锯齿波、放大加在时基电路：产生锯齿波、放大加在CRT的的X轴上轴上l增辉电路：示波器的控制极增辉电路：示波器的控制极l电源：整机的能量供应者。电源：整机的能量供应者。l探头：探头：l显示器：显示器：现在学习的是第45页，共77页现在学习的是第46页，共77页现在学习的是第47页，共77页第五节 M型超声诊断仪lM M超又叫超声心动图仪，
31、是亮度调制型设备超又叫超声心动图仪，是亮度调制型设备。l一、荧光屏的物理含义一、荧光屏的物理含义：lX X轴：表示时间（回波展开时间）轴：表示时间（回波展开时间）lY Y轴：轴：y y轴距离表示界面位置轴距离表示界面位置lZ Z轴：亮点的亮度等级表示回波强弱轴：亮点的亮度等级表示回波强弱l二、超声心动曲线：二、超声心动曲线：l一个声学界面（器官组织），在不同时间（每隔一个声学界面（器官组织），在不同时间（每隔0.50.5秒）不同的秒）不同的位置反射回波强弱用一条曲线表示，该曲线称为超声心动曲线。位置反射回波强弱用一条曲线表示，该曲线称为超声心动曲线。现在学习的是第48页，共77页三、M型超声诊
32、断仪的基本结构l主控电路：主控电路：l接收电路：接收电路：l发射电路：发射电路：lTGCTGC：l深度扫描电路深度扫描电路:l点阵时表电路点阵时表电路:l时间扫描电路时间扫描电路:l探头探头:l显示器显示器:l电源电源:现在学习的是第49页，共77页多参数M型超声心动图仪（书187页）l得到人体心脏的得到人体心脏的1 1、超声心动曲线、超声心动曲线2 2、心电图、心电图3 3、心音图、心音图4 4、心尖搏动图等、心尖搏动图等l联合同步显示联合同步显示l采用长余辉磁偏转显像管采用长余辉磁偏转显像管现在学习的是第50页，共77页现在学习的是第51页，共77页现在学习的是第52页，共77页第六节 B
33、型超声成像设备l一、一、成像成像:用荧光屏上可见光图象表示器官组织解剖形状用荧光屏上可见光图象表示器官组织解剖形状l1 1、成像平面：平行超声束的平面、成像平面：平行超声束的平面l2 2、成像原理：如何采集探测平面上一点的密度大小，以及相应点的位置坐标。回波、成像原理：如何采集探测平面上一点的密度大小，以及相应点的位置坐标。回波时间确定一个坐标，超声束的方向（晶片摆动角度）确定另一个坐标。时间确定一个坐标，超声束的方向（晶片摆动角度）确定另一个坐标。l3 3、基本组成、基本组成l二、实时成像：每秒二、实时成像：每秒2525幅图象幅图象l1 1、扫描：超声照射探测平面的方式或顺序，常见的形状有扇
34、行，矩形，、扫描：超声照射探测平面的方式或顺序，常见的形状有扇行，矩形，和圆形。和圆形。l2 2、位置检测器：提取探测面位置坐标的器件、位置检测器：提取探测面位置坐标的器件现在学习的是第53页，共77页三、B超的常见类型l静止目标的静止目标的B B型超声成像型超声成像l实时成像实时成像B B型超声成像仪型超声成像仪l带带DSCDSC的的B B型超声成像设备型超声成像设备l带计算机的带计算机的B B超设备超设备声驱动方式声驱动方式声束扫查方式声束扫查方式聚焦方式聚焦方式成像速度成像速度体表体表/经体经体腔腔机械机械矩形矩形几何聚焦几何聚焦非实时非实时体表体表机械机械扇型扇型几何聚焦几何聚焦实时实
35、时体表体表机械机械径向径向几何聚焦几何聚焦实时实时体腔体腔电子电子线阵线阵电子聚焦电子聚焦实时实时体表体表电子电子凸阵凸阵电子聚焦电子聚焦实时实时体表体表电子电子相控阵相控阵电子聚焦电子聚焦实时实时经体腔经体腔现在学习的是第54页，共77页四、旋转变压器(书189页）l作用：获得层面上的位置信息作用：获得层面上的位置信息l结构：正余弦变压器结构：正余弦变压器l工作原理：机械运动转变成电信号工作原理：机械运动转变成电信号l其他器件：光码盘其他器件：光码盘现在学习的是第55页，共77页五、B超的扫描与探头（书188页，191、194）l机械扫描：扇形扫描、矩形扫描、径向扫描机械扫描：扇形扫描、矩形
36、扫描、径向扫描 晶片的驱动晶片的驱动:聚焦方式聚焦方式:位置检测：位置检测：l电子扫描：凸阵电子扫描：凸阵扇扫、相控阵扇扫扇扫、相控阵扇扫l数字扫描：数字扫描：192页页194页页lB超探头的结构超探头的结构现在学习的是第56页，共77页六、聚焦（196页)l几何聚焦机械聚焦：l电子聚焦：二次函数延迟现在学习的是第57页，共77页l七、七、数字扫描数字扫描DSCDSC的的B B型超声成像设备型超声成像设备l1 1、数字化：将电信号转变成数字信号、数字化：将电信号转变成数字信号l2 2、图象存储器：是、图象存储器：是DSCDSC的核心器件的核心器件l3 3、读写操作：用软件、程序的方式实现对图象
37、存储器、读写操作：用软件、程序的方式实现对图象存储器扫描即扫描即DSCDSC数字扫描数字扫描l4 4、强大的图象处理功能、强大的图象处理功能l测量、灰阶处理、空间处理，感兴趣区确定、图象反测量、灰阶处理、空间处理，感兴趣区确定、图象反转等转等现在学习的是第58页，共77页八、B超的性能参数（上）l工作频率工作频率:超声波的频率每秒钟晶片振动次数，外加交变电压的频率，超声波的频率每秒钟晶片振动次数，外加交变电压的频率，晶片的固有频率。晶片的固有频率。l脉冲重复频率（脉冲重复频率（PRF):每秒钟发射超声波的次数。每秒钟发射超声波的次数。采样频率采样频率l重复周期重复周期：T发射时间接收时间（间歇
38、时间）（发射时间接收时间（间歇时间）（178页页）PRF的下限的下限最低重复频率最低重复频率，不小于最高运动频率的二倍。，不小于最高运动频率的二倍。PRF的上限：取决于最大探测深度的上限：取决于最大探测深度Rm与介面多次反射时间与介面多次反射时间l最大穿透深度最大穿透深度Rm：估算公式估算公式200波长。波长。l实时扫描与实时扫描与帧频帧频。l帧频：每秒钟成像的帧数。帧频帧频：每秒钟成像的帧数。帧频F，扫描线数扫描线数N，最大穿透深度最大穿透深度Rm三者乘积为常数。三者乘积为常数。l分辨率：横向分辨率和纵向分辨率。从理论上分析能测到物体的分辨率：横向分辨率和纵向分辨率。从理论上分析能测到物体的
39、最小最小直径波长直径波长 的一半的一半。称为最大理论分辨率。实际分辨率要低于。称为最大理论分辨率。实际分辨率要低于理论分辨率的理论分辨率的58倍。倍。现在学习的是第59页，共77页人体组织对超声衰减一般规律l骨组织骨组织 肝组织肝组织 血液血液l骨骨 肌腱（软骨）肌腱（软骨）肝脏肝脏 脂肪脂肪 血液血液 尿液（或尿液（或胆汁）。含胶原蛋白和钙越多，声衰减越大。胆汁）。含胶原蛋白和钙越多，声衰减越大。现在学习的是第60页，共77页系统参数（下）l动态范围动态范围DRDR：描述信号幅度变化范围描述信号幅度变化范围,单位单位dbdbl接收信号的动态范围，系统动态范围接收信号的动态范围，系统动态范围(
40、输入动态范围、输出动输入动态范围、输出动态范围）态范围）l动态范围压缩比动态范围压缩比CRCR现在学习的是第61页，共77页探测不同组织的诊断仪使用的频率探测对象探测对象频率范围频率范围(MHZ)MHZ)对应波长对应波长(mm)(mm)腹部、神经腹部、神经1-31-31.54-0.511.54-0.51心血管心血管2-52-50.77-0.300.77-0.30眼、浅表眼、浅表5-205-200.30-0.770.30-0.77现在学习的是第62页，共77页第八节多谱勒超声成像系统l一一、多多谱谱勒勒效效应应：当当声声源源和和接接收收者者存存在在相相对对运运动动，接接收收者者接接收收的的频率与
41、发射频率不同（即频率与发射频率不同（即ffffo o、ffffo o）。）。l1 1、多多谱谱勒勒频频移移f fd d=f-f=f-fo o 脏脏器器运运动动速速度度不不同同，运运动动速速度度也也不不同同、利利用用选选频频放放大大器器可可提提取取多多普普勒勒频频移移信信号号。早早期期听听多多普普勒勒频频移移声声音音，现在在微机帮助下实时测量。可以判定红血球速度大小与方向。现在在微机帮助下实时测量。可以判定红血球速度大小与方向。l2 2、超声波与红血球的作用超声波与红血球的作用散射散射 波长是红血球直径约波长是红血球直径约6060倍。倍。3 3种情况：障碍物几何尺寸比超声波种情况：障碍物几何尺寸
42、比超声波波长波长大许多大许多，不散射。，不散射。小许多小许多（能量均匀分布在各方向，散射（能量均匀分布在各方向，散射强度与波长四次方成正比，瑞丽散射。强度与波长四次方成正比，瑞丽散射。接近时散射接近时散射强度十分复强度十分复杂。杂。散射强度与障碍物几何尺寸有关。随障碍物有的尺寸与波散射强度与障碍物几何尺寸有关。随障碍物有的尺寸与波长的比值的增大而增加。长的比值的增大而增加。现在学习的是第63页，共77页3、红血球速度的公式现在学习的是第64页，共77页l（1 1）、cos cos 是是血血流流与与超超声声束束的的夹夹角角的的余余弦弦，当当相相对对固固定定时，时，V V与与f fd d成正比。成
43、正比。l（2 2）、对对一一定定的的f fd d，f fo o越越小小，测测定定的的红红血血球球的的速速度度越越大大。即测量高速红血球的速度宜用较低的超声波的频率。即测量高速红血球的速度宜用较低的超声波的频率。l（3 3）、当当血血流流速速度度保保持持恒恒定定时时，f fd d与与coscos有有关关，与与超超声声波波的入射角有关。的入射角有关。l 009090度度：coscos为为正正值值，f fd d为为正正值值，表表示示红红血血球球向向着探头运动。着探头运动。l 9090180180：coscos为为负负值值，f fd d为为负负值值，表表示示红红血血球球离离开开探头运动探头运动现在学习
44、的是第65页，共77页l0 0度度或或180180度度:coscos1 1表表示示，f fd d为为最大，红血球与声束在同一直线上运动。最大，红血球与声束在同一直线上运动。l9090度度，coscos0 0，即即血血流流方方向向与与声声束束垂垂直。直。f fd d为为0 0，检测不到。，检测不到。现在学习的是第66页，共77页现在学习的是第67页，共77页二、D型超声检测设备（一）、连续波一）、连续波D D型超声设备型超声设备l1 1、测量红血球速度大小方向、测量红血球速度大小方向l2 2、解调：提取多普勒频移信号的过程解调：提取多普勒频移信号的过程l3 3、多普勒频谱分析：、多普勒频谱分析：
45、l4 4、声谱图：三维信息（、声谱图：三维信息（X,Y,Z)X,Y,Z)l5 5、幅频图频率直方图的速度大小与方向、幅频图频率直方图的速度大小与方向l6 6、连续波、连续波D D型超声设备的基本组成型超声设备的基本组成现在学习的是第68页，共77页(二）、脉冲波D型超声设备l测量红血球速度大小，方向，位置信息测量红血球速度大小，方向，位置信息l主要考虑的技术指标载波频率主要考虑的技术指标载波频率f fo o，脉冲重复，脉冲重复频率频率PRFPRF、最大探测深度、最大探测深度R Rmaxmax、可测量的最、可测量的最高流速高流速V VmaxmaxlR Rmaxmax、C/21/PRFPRFlV
46、Vmax max max max C/2 f fmaxmax/f fo o coscos=C/4PRF/f fo o coscos lR Rmax max V VmaxmaxmaxmaxC2/8f fo o coscos 现在学习的是第69页，共77页l 连续波连续波D型超声与脉冲波型超声与脉冲波D型超声的区别型超声的区别 l 因为动脉和静脉常常重叠在一起，所以，有因为动脉和静脉常常重叠在一起，所以，有的显象仪没有监测血流方向的线路以抑制反的显象仪没有监测血流方向的线路以抑制反向的血流信息。连续波多普勒系统缺乏距离向的血流信息。连续波多普勒系统缺乏距离分辨率。对深度不同、血管血流方向相同的分辨
47、率。对深度不同、血管血流方向相同的两条血管就不能分辩，这也许是二维血管观两条血管就不能分辩，这也许是二维血管观察的缺点。察的缺点。MoserskyMosersky等等(197l(197l和和Fish(1972)Fish(1972)分别提出了脉冲多谱勒系统，它们具有距离分别提出了脉冲多谱勒系统，它们具有距离定位的能力，从而可以把上述两血管区分开，定位的能力，从而可以把上述两血管区分开，工作频率都是工作频率都是5MH5MH入入现在学习的是第70页，共77页（三）、超声信号信号分析l1、时间波形时间波形S S（t t）：）：表示信号在不同时间的取值。回波强弱是时间表示信号在不同时间的取值。回波强弱是
48、时间的函数。的函数。l2 2、频谱、频谱S(S()等于等于S S（t t）的傅立叶变换。的傅立叶变换。l3 3、功率谱等于频谱、功率谱等于频谱S(S()振幅的平方。振幅的平方。l4 4、任何形式、任何形式S S（t)t)可以看成是基本三角函数的线性叠加。可以看成是基本三角函数的线性叠加。5 5、接收信号规则信号非规则信号、接收信号规则信号非规则信号 有用信号（调频、调相、调幅）噪声有用信号（调频、调相、调幅）噪声6 6、相关函数与自相关函数：相关函数又叫互相关函数衡量在不同时、相关函数与自相关函数：相关函数又叫互相关函数衡量在不同时刻两个信号的之间的相关性或相似性。同一信号在不同时刻的关刻两个
49、信号的之间的相关性或相似性。同一信号在不同时刻的关系。信号的自相关函数系。信号的自相关函数R R（t t）和功率谱密度函数是一对傅立叶变换对和功率谱密度函数是一对傅立叶变换对现在学习的是第71页，共77页现在学习的是第72页，共77页现在学习的是第73页，共77页现在学习的是第74页，共77页现在学习的是第75页，共77页l三、彩超与彩色显示三、彩超与彩色显示l1 1、伪彩色显示：用不同颜色表示红血球的、伪彩色显示：用不同颜色表示红血球的运动信息（速度大小，方向，分散）运动信息（速度大小，方向，分散）l2 2、是多功能成像系统、是多功能成像系统l3 3、B+D+M+B+D+M+计算机计算机现在学习的是第76页，共77页四、关于超声图象质量问题现在学习的是第77页，共77页