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1、会计学1临床医学新超声成像原理临床医学新超声成像原理定义：定义：声源与接收器在连续介质中存在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改变。着相对运动时声波频率将发生改变。超声的物理基础二、超声传播特性2P163第1页/共42页超声传播特性超声传播特性超声传播特性超声传播特性超声的物理基础 在声源与观察者作在声源与观察者作相对运动时，声波相对运动时，声波密集，频率增高；密集，频率增高；在背向运动时声波在背向运动时声波疏散，频率减低，疏散，频率减低，这种引起声波频率这种引起声波频率变化的现象为多普变化的现象为多普勒效应。勒效应。3第2页/共42页超声传播特性超声传播特性超声传播特性超
2、声传播特性超声的物理基础 换能器发出一定频率超声波，遇到活动的大界面或小界面，反射或散射回声的频率发生改变，反射回声与入射回声之差称为频移。换能器发出一定频率超声波，遇到活动的大界面或小界面，反射或散射回声的频率发生改变，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。4第3页/共42页2023/3/295七、多普勒效应七、多普勒效应七、多普勒效应七、多普勒效应（一）定义：（一）定义：当当振振源源（声声源源）与与接接受受器器之之间间出出现现相相对对运运动动时时，接接到到的的振振动动（声声波波）频频率率与与振振源源（声声源源）的的发
3、发射射频频率率有有一一定定差差异异，这这种种现现象象称称为为多多普普勒勒效效应应。其其变变化化的的频频差差称称频频移移，如如界界面面朝朝向向探探头头运运动动，频频率率升升高高；若若界界面面背背离离探探头头运运动动，则则频频率率减减低低；界界面面运运动动越越快快，频频移移数数值值越越大大。心心壁壁、血血管管壁壁、瓣瓣膜膜等等的的运运动动和和血血液液流流动动均均可可引引起起多普勒效应。多普勒效应。第4页/共42页2023/3/296多普勒效应：多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动接声源与接收器之间有相对运动接 收到的频率有改变（频移）收到的频率有改变（频移）探头探头探头探头探头探头向探头运动背离
4、探头声源声源 界面静止界面静止第5页/共42页2023/3/297（二）、人体内的多普勒效应 P189P189 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：(正向正向-黄黄 红红+绿绿，负向，负向-青青 蓝蓝+绿绿)（三）射流：层流湍流血管狭窄血管狭窄绿色：绿色：代表流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第6页/共42页2023/3/298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+绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间的血流图象；绿
5、色将产生黄色，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+绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象；绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象；第7页/共42页2023/3/299-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
6、色监色为主为主五色相间的血流图象（五色相间的血流图象（收缩期：主狭、肺收缩期：主狭、肺狭狭）正常情况正常情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第8页/共42页超声原理 彩色编码技术是由红、彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，蓝、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表当频移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。示，而兰色则表示负的频移。在显示屏上以不同彩色显示在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。不同的血流方向和流速。P18910图像特征第9页/共42页 对某些非对称结晶材料（如石英）进
7、行一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11第10页/共42页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。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。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。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。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)第11页/共42
8、页定义：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。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。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。探头原理超声仪器13(电场电场变形变形)第12页/共42页2023/3/2914 原理：原理：对压电晶体施以一交变电场由于逆压电对压电晶体施以一交变电场由于逆压电效应，晶片即可发生机械性的压缩与扩张，推效应，晶片即可发生机械性的压缩与扩张，推动周围介质，使之振动，发出相应频率的声波。
9、动周围介质，使之振动，发出相应频率的声波。当交变电场的频率大于当交变电场的频率大于2万赫时，压电晶片即万赫时，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一定的压力，由后，沿电压轴方向对晶片施以一定的压力，由于正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，这于正压电效应，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，种高频微弱电信号经主机接收并予以放大处
10、理，以不同方式显示于示波屏上，即形成代表界面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。回声的不同类型的超声。探头原理超声仪器第13页/共42页 利用逆压电效应将电能转换成超声能发射超声，利用正压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日星期一15第14页/共42页2023/3/2916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第15页/共42页2023/3/2917 附：声场与方向性附：声场与方向性
11、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（）。第16页/共42页2023/3/2918近近场场与与远远场场LL大，指向性好大，指向性好第17页/共42页2023/3/2919图图1 1超声场扩散角示意图超声场扩散角示意图 L第18页/共42页2023/3/2920一、脉冲回波成像工作的相关参数一、脉冲回波成像工作的相关参数一、脉冲回波成像工作的相关参数一、脉冲回波成像工作的相关参数P177P1771 1、超声频率：超
12、声频率：超声频率：超声频率：*P178P178 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和穿透深度合理选择超声频率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和穿透深度合理选择超声频率-从分辩率角度从分辩率角度从分辩率角度从分辩率角度:超声频率增加，分辩率增超声频率增加，分辩率增超声频率增加，分辩率增超声频率增加，分辩率增加加加加-从穿透深度：从穿透深度：从穿透深度：从穿透深度：超声频率增加，穿透深度降超声频率增加，穿透深度降超声频率增加，穿透深度降超声频率增加，穿透深度降低低低低-通常通常通常通常:腹部、心脏选用腹部、心脏选用腹部、心脏选用腹部、心脏选用3.53.5MM，表浅
13、器官表浅器官表浅器官表浅器官5757MM超声仪器探头原理第19页/共42页2023/3/2921 超声波的分辨率、透射性均与超声波的分辨率、透射性均与超声频率有关，超声频率有关，频率越高，波长越短，分辨率越频率越高，波长越短，分辨率越 强，透射性越弱。强，透射性越弱。频率越低，则波长越长，分辨率频率越低，则波长越长，分辨率 越低，透射性越强。越低，透射性越强。第20页/共42页2023/3/2922二、脉冲回波幅度成像的基本原理二、脉冲回波幅度成像的基本原理二、脉冲回波幅度成像的基本原理二、脉冲回波幅度成像的基本原理-超声脉冲回波法超声脉冲回波法超声脉冲回波法超声脉冲回波法 P179P179
14、-回波：回波：回波：回波：P179P179-原理原理原理原理：P180P180-回波信号强度回波信号强度回波信号强度回波信号强度：Z Z差越大、界面越大、差越大、界面越大、差越大、界面越大、差越大、界面越大、越规则及距离越近，回波信号的强度也越越规则及距离越近，回波信号的强度也越越规则及距离越近，回波信号的强度也越越规则及距离越近，回波信号的强度也越大大大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第21页/共42页 即幅度调制型。此法以波幅的高低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
15、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第22页/共42页四、图像特征四、图像特征四、图像特征四、图像特征第二章超声的物理基础 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，图像细节的表现能力越强。显示屏上的灰标灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。24P182第23页/共42页 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。因采用多声束连续扫描，故可显示脏器的二维图像，本法是目前使用最为广泛的超声诊
16、断法。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。因采用多声束连续扫描，故可显示脏器的二维图像，本法是目前使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第24页/共42页2023/3/2926B型超声诊断仪型超声诊断仪辉度调制型辉度调制型 (Brightness Brightness mode)mode)超宽视野成像完整地显示出胎儿全貌、胎儿肝、肾界面以及胎盘位置超宽视野成像完整地显示出胎儿全貌、胎儿肝、肾界面以及胎盘位置第25页/共42页2023/3/2927P182它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关
17、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第26页/共42页脉冲多普勒成像原理脉冲多普勒成像原理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动力学状态，尤其是先天性心脏病和瓣膜病的分流及返流情况，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第27页/共42页2023/3/2929P186脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原
18、理图第28页/共42页 彩色编码技术是由红、彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，蓝、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表当频移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。示，而兰色则表示负的频移。系在多普勒二维显像的系在多普勒二维显像的基础上，以实时彩色编码显基础上，以实时彩色编码显示血流的方法，即在显示屏示血流的方法，即在显示屏上以不同彩色显示不同的血上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。流方向和流速。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第29页/共42页仪器类型仪器类型仪器类型仪器类型 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。2006年6月
19、5日星期一31第30页/共42页仪器类型仪器类型仪器类型仪器类型超声仪器 将立体图象以投影图或透视图表现在平面上的显示方式，可从各个角度来观察该立体目标。2006年6月5日星期一32第31页/共42页仪器类型仪器类型仪器类型仪器类型 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33第32页/共42页小结小结小结小结 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
20、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第33页/共42页小结小结小结小结 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第34页/共42页图像质量图像质量图像质量图像质量超声成像原理纵向分辨力(longitudinal resolution)：为区别声束轴线上两个物体的距离，与超声的频率有关。横向分辨力(transverse resolution)：是区分处于与声束轴
21、线垂直平面两个物体的能力，与声束的宽度有关。超声仪的分辨力是指能够分辨有一定间距的界面的能力。36第35页/共42页 探头频率越高，分辨力越高。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第36页/共42页2023/3/29384、分辨率（基本分辨率）：、分辨率（基本分辨率）：P195超声的分辨力是指超声诊断仪超声的分辨力是指超声诊断仪能够区分两个相邻界面之间最短距能够区分两个相邻界面之间最短距离的能力。即超声波所能探测物体离的能力。即超声波所能探测物体的最小直径。的最小直径。（1）纵向分辨）纵向分辨力（力（轴向分辨轴向分辨力力）（2）
22、侧向分辨）侧向分辨力力（3 3）横向分辨力（厚度分）横向分辨力（厚度分辨辨力）力）图像质量第37页/共42页2023/3/2939（1 1）纵向分辨纵向分辨力（力（轴向分辨率）：轴向分辨率）：指声束轴线上的分辨力指声束轴线上的分辨力（指在（指在深浅方向的精细度）。区别声束深浅方向的精细度）。区别声束轴线上两个物体间最小距离的能轴线上两个物体间最小距离的能力。力。目前目前纵纵向分辨力可达向分辨力可达1mm左左右右（3-3.5MHZ）这与脉冲宽度有关（脉冲宽这与脉冲宽度有关（脉冲宽度度=脉冲时间脉冲时间超声声速超声声速=波长），波长），宽，则宽，则分辨率下降。分辨率下降。只有当两个只有当两个障碍物
23、（或病灶）相距大于脉冲障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的宽度的1/2时，超声才能分别产时，超声才能分别产生两个回声。生两个回声。图像质量第38页/共42页2023/3/29402、侧向分辨、侧向分辨力力指在与声束轴线垂直的指在与声束轴线垂直的平面上，平面上，在探头长轴方向在探头长轴方向上上的分辨力。的分辨力。能分辨相邻两点能分辨相邻两点（两个病灶）间的最小距离。（两个病灶）间的最小距离。第39页/共42页2023/3/2941（3 3）横向分辨率（厚度分辨力）横向分辨率（厚度分辨力）：指在与声束轴线垂直的平面上，在探头短轴方向的分辨力。为与侧向分辨力在一平面上，是相互垂方向轴线上的分辨力。第40页/共42页谢谢各位第41页/共42页