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1、教学重点 超声波的物理特性 超声波的成像原理 B型与D型超声诊断仪工作原理第1页/共28页4.1 医学超声成像技术概述 超声波是机械波，由物体作机械振动产生，频率在20Hz20000Hz之间。用于医学上的超声频率为2.5MHz10MHz，常用的是2.5MHz5MHz。|超声在介质中传播的速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为1500ms1。第2页/共28页1.声波的分类（1）按质点振动方向和波传播方向的关系分类：纵、横（2）按波阵面的形状分类。（3）按发射超声的类型分类：连续、脉冲第3页/共28页2.声波的速度表4-1超声波在人体组织器官与有关的介质中的速
2、度介质介质传播速度传播速度(m/s)介质介质传播速度传播速度(m/s)空气空气(0)332角膜角膜 1550空气空气(15)341海水海水(30)1545石蜡油石蜡油(33.5)1420肾脏肾脏 1560脂肪脂肪 1476肌肉肌肉(平均值平均值)1568玻璃体玻璃体 1532血液血液 1570房水房水 1532肝脏肝脏 1570生理盐水生理盐水 1534巩膜巩膜 1604人体软组织人体软组织(平平均值均值)1540水晶体水晶体 1641脑组织脑组织 1540头颅骨头颅骨 3360第4页/共28页3.声压与声强（1）声压。对于一无吸收介质的平面波，有波动时压强的最大值与没有波动作用时各点压强的差
3、值称为压强振幅，由式4-2确定：（4-2）式4-2表明，声压振幅与介质密度、质点的振动速度（简称振速）的最大值及波速c成正比。第5页/共28页3.声压与声强（2）声强。声强（sound intensity）是表示声波的客观强弱的物理量，它用每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积的能量来度量，它的单位是焦耳(秒平方厘米)J/(scm2)。声强与声源的振幅有关（声强与振幅的平方成正比），振幅越大，声强也越大；振幅越小，声强也越小。第6页/共28页4声阻抗声阻抗（acoustic impedance）是描述弹性介质传播声波的一个重要物理量。将介质中某点的声压幅值与质点振动的速度幅值之比，称为声
4、阻抗。它用表示：声阻抗和电学中电阻抗相似，声压相当于电压，声速相当于电流强度。第7页/共28页4声阻抗表表4-24-2人体组织及相关物质的声阻抗人体组织及相关物质的声阻抗 介质 密度(gcm3)声阻抗(10 6 Nsm3)空气(0)0.00129 0.000428 水(37)0.9934 1.513 生理盐水(37)1.002 1.537 石蜡油(33.5)0.835 1.186 血液 1.055 1.656 脑脊水 1.000 1.522 羊水 1.013 1.493 肝脏 1.050 1.648 肌肉(平均值)1.074 1.684 软组织(平均值)1.016 1.524 脂肪 0.955
5、 1.410 颅骨 1.658 5.570 水晶体 1.136 1.874 第8页/共28页5超声波的产生高频脉冲发生器功率放大器压电晶体图4-2超声波的产生逆压电效应产生超声波第9页/共28页5超声波的产生信号放大器压电晶体示波器或显示器图4-3超声波的接收利用压电效应可以接收超声波第10页/共28页6超声波的特性（1）超声的指向性：直线传播（2）超声的多普勒效应：当声源与接收者相对于介质发生相对运动时，接收者收到的声波频率与声源发出的声波频率出现不相同的现象。（3）超声的生物效应。（机械能的损伤）第11页/共28页4.1.2声波的衰减声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声强逐渐减弱，
6、这种现象称为声波的衰减（attenuation of sound wave）。导致声波衰减的主要原因有以下几种：|扩散衰减是声波在空间传输中由能量分布的改变造成的衰减。由平方反比定律（inversesquarelaw）可以计算。|散射衰减可以看成是声波与众多的散射中心的多次相互作用的过程，作用的结果是部分声能转化为热能而散失掉。|吸收衰减第12页/共28页在某种介质中，超声强度的衰减规律，由式4-6表示：第13页/共28页表4-3人体主要组织成分对相应频率超声的衰减系数人体组织人体组织 衰减系数衰减系数(dBcm-1 MHz-1)频率范围频率范围(MHz)眼球玻璃体液眼球玻璃体液 0.10 6
7、30 血液血液 0.18 10 脂肪脂肪 0.63 0.87.0 延髓延髓(顺纤维顺纤维)0.80 1.73.4 脑组织脑组织 0.85 0.93.4 肝脏肝脏 0.94 0.33.4 肾脏肾脏 1.00 0.34.5 脊髓脊髓 1.00 1.0 肌肉肌肉(顺纤维顺纤维)1.30 0.84.5 颅骨颅骨 20.00 1.6 肺肺 41.00 1.0 第14页/共28页系统原理：利用超声波在传播路线上遇到介质的不均匀界面能发生反射的物理特性检测回波信号，并对其进行接收放大和信号处理，最后在显示器上显示。脉冲回波成像系统主要分为三部分：换能器、信号处理部分、显示和记录部分。4.2 医学超声成像技术
8、 第15页/共28页4.2 医学超声成像技术 超声成像的物理基础式中，t为从发出超声到接受界面反射回波的一段时间，即渡越时间。依据不同界面的回波时间，可以求出各个界面与换能器之间的距离，这就是广泛用于脉冲回波测距的理论基础。第16页/共28页4.2.2超声成像的信息处理根据回声强度可判断器官组织 （只有经验丰富的超声科医生才能掌握）（1）无回声。是超声经过的区域没有反射，成为无回声的暗区(黑影)。（2）低回声。实质器官如肝，内部回声为分布均匀的点状回声，在发生急性炎症，出现渗出时，其声阻抗比正常组织小，透过声强增大，而出现低回声区(灰影)。（3）强回声。可以是较强回声、强回声和极强回声。第17
9、页/共28页4.3 医学超声成像设备常用的医学成像设备有A型超声波诊断仪、M型超声波诊断仪、B型超声波诊断仪和彩色多普勒超声波诊断仪。第18页/共28页4.3.1 超声波诊断仪的类型表4-4临床上常用超声波诊断仪器的类型信号特点信息空间仪器类型仪器主要特点图像显示方式回波幅度一维A（amplitude）超声波束只按一个方向（深度方向）传播，用显示屏上波形的幅度来反映人体组织介面回波的幅度大小幅度调制M（motion）超声波束只按一个方向（深度方向）传播，用显示屏上随时间展开的深度变化曲线的亮度的明暗，来反映人体组织介面回波的幅度大小亮度调制二维B（brightness）超声波束按一个方向进行一
10、维扫查（直线或弧线），并与超声波的传播方向组成二维切面，用光亮的明暗反映人体组织介面回波的幅度大小亮度调制C（constant）超声波束进行二维（平面）扫查，组成与超声波的传播方向垂直的平面，平面的深度位置固定（常量）亮度调制F（floating）超声波束进行二维（平面）扫查，组成与超声波的传播方向垂直的曲面，深度位置不固定（变量）亮度调制CC（counterfeitcolor）通过对显示图加上不同颜色，即利用彩阶（伪彩）来表示回波幅度大小彩色编码三维3D(three-dimensional)显示组织器官的立体结构或功能图像亮度调制或彩色编码多普勒一维D（doppler）CW（continuo
11、uswave）发射连续波，不能检测深度、位置，但可测高速血流亮度调制PW(pulsedwave)发射脉冲波，能检测深度、位置，但可测的最高速血流受脉冲重复频率限制亮度调制二维CDFI（colordopplerflowimage，）滤去低速的人体组织活动信息，显示切面的血流二维信息彩色编码CDTI(color doppler tissue image)滤去高速的人体血流运动信息，显示组织的运动信息彩色编码CDE(color doppler energy)利用多普勒信号幅度，显示低速的人体血流，但无方向性彩色编码DPA(doppler potency aspect)显示低速的人体血流及其方向彩色编
12、码三维3D-D(three-dimensional doppler)立体透视图像或立体图像亮度调制或彩色编码谐波一维CHI（colorharmonicimage）显示二次谐波所传递的信息亮度调制THI（tissueharmonicimage）显示高频和二次谐波所传递的人体组织信息亮度调制第19页/共28页4.3.2 B型与D型超声诊断仪栅极Y2X1X2示波管探头移动人体高频发射电路同步信号发生器垂直深度扫描电路反射波接收电路锯齿波发生器水平声束扫描放大器Y1图4-14B型超声诊断仪结构框图B超能得到人体组织器官和病变的二维断层图像，并且能对运动器官进行实时动态观察。屏幕上显示时，强回声的光点明
13、亮，弱回声的光点黑暗。第20页/共28页4.3.2 B型与D型超声诊断仪2.D型超声诊断仪 即多普勒超声诊断仪，是利用多普勒效应原理，对运动的脏器和血流进行检测的仪器。接收晶片发射晶片解调器高频放大大振荡器低通滤波频谱分析显示记录图4-15连续波多普勒诊断仪结构框图第21页/共28页4.3.2 B型与D型超声诊断仪人体组织换 能器cossinVBVA脉冲重复频率发生器90o移相主振荡器功放发射脉宽调节采样距离调节采样体积调节高放乘法低通S/H带通乘法低通S/H带通图4-16脉冲波多普勒诊断仪结构框图第22页/共28页4.3.2 B型与D型超声诊断仪红、蓝、绿信号探头发射电路B/M检波接收电路B
14、/M图像正交检波模/数转换自相关MTI取样同步壁滤波器仪器电源CWPW频谱分析器DSC速度方向分散显示器DAC图4-17彩色多普勒血流显像仪结构框图利用实时二维彩色超声多普勒系统，使血流图像和B超图像同时显示，即B超图像显示血管的位置，多普勒测量血流。这种B超和多普勒系统的结合，能更精确地定位任一特定的血管。第23页/共28页三维医学超声成像技术 图4-5三维医学彩色超声诊断仪实物图图4-6三维医学彩色超声诊断仪显示图像第24页/共28页三维超声工作站特点与功能（1）三维超声工作站软件特点三维超声采集难度低。二维序列图像采集适用最新压缩格式，并且具备升级能力。三维超声重建运算速度快，3秒钟即可
15、生成三维影像。三维超声重建采用无损重建法不损失任何数据。三维超声影像显示速度快，三维影像显示时没有停顿感。预定义了多套伪彩编码，可以精确自定义伪彩编码并可保存。软件适用于所有的windows操作系统。软件适用于所有的普通超声诊断仪。软件适用多数符合微软标准的视频采集卡。第25页/共28页三维超声工作站特点与功能（2）三维超声工作站软件主要功能表面重建成像，图像清晰直观，立体感强。透明成像，能淡化周围组织结构的灰阶信息，使之呈透明状态，着重显示感兴趣区域的结构。多平面成像。该方法对三维B超容积数据进行不同方向的剪切，生成新的平面图。彩色多普勒血流三维成像，用于判断血管的走行、与周围组织的关系及感兴趣部位的血流灌注的评价。兼容性强。软件支持所有Windows操作系统，支持所有普通超声工作站的所有功能。第26页/共28页四维医学超声成像技术图4-7四维医学彩色超声诊断仪实物图4-8四维医学彩色超声诊断仪显示图像4D医学彩色超声成像技术同其它超声诊断过程相比，主要是可以实时的观察人体内部器官的动态运动。第27页/共28页谢谢您的观看！第28页/共28页