超声技术原理.ppt

为什么要学习基超声原理,基础原理是否重要？,帮助你更好的了解超声，知己知彼；,超声设备技术复杂，发展迅速；,使你更专业、增加信任度；,国际超声发展史,1880年，法国人发现压电效应； 1917年，法国人应用压电原理进行超声探测，1921年发展成声纳。 1942年，奥地利人使用A型超声装置，用穿透法探测颅脑. 1952年，美国人开始研究超声显像法，并于1954年将B超应用于临床。 1954年，瑞典人用M型检查心脏。 1956年，日本人首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利用连续波多普勒法判断心脏瓣膜病。 1959年，研制出脉冲多普勒超声。 1983年，日本Aloka公司首先研制成功彩色血流图 1990年，奥地利Kretz公司制成3D扫描器，并使之商品化。,1. 概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。,2. 声音频谱,超声基本原理,超声基本原理,超声波是机械波，必须在介质中传播 在不同密度的介质分界面上，声波将发生反射、折射、干涉、衍射、散射等现象 随着超声的传播，超声信号强度不断衰减 超声在密度越高的介质中传播越快，在空气中迅速衰减,空气,液体,固体,超声基本原理,超声频率与波长： C / f 超声波波长 C 超声波声速 f 超声波频率 波长：一个波的长度 频率：单位时间内的周数（重复次数）,超声基本原理,人是不均匀介质 除骨骼和空气以外，声速相差不大,超声设备工作基本原理,探 头,显示,超声设备的构成,探头（换能器）： 发射和接收超声波 电/声转换 主机： 声束形成 信号处理 图像处理 存储和传输 显示器 外围设备 打印机、录相机等,超声设备关注点,探头（换能器） 种类、用途 参数：频率、振元数等 其他：材料、新技术等 主机 功能 外形、超作面板、探头接口等 显示器 种类、大小、调节等 外围设备,传统超声成像的步骤,单轴声束的声照射入人体 声束的扫查 人体组织对入射超声的反应回声 回声的放大与前处理 数字扫描转换器（DSC） 显示和记录,超声系统成像步骤,超声探头种类,线阵（血管、小器官） 凸阵（腹部、妇产科） 相控阵扇扫（心脏） 经食管探头(TEE) 腔内探头（妇产、泌尿） 容积探头（三维成像） 导管超声（心脏）,概述：超声设备在医学临床上有多种扫描方式。,电子扫描方式 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,超声探头扫描方式,相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生 超声波束的不同角度偏转 主要用于心脏扫查,相控阵扫描,不同扫查模式形成的声像图,频率与分辨率和穿透力,一般成像的频率范围： 心脏：成人 2 4 MHz 儿科：3 8 MHz 新生儿：4 10 MHz 腹部：成人 2 4 MHz 儿科：4 8 MHz 新生儿：4 10 MHz 外周血管：5 10 MHz 小器官：7 12 MHz 腔内：4 9 MHz 经食管：成人 3 7 MHz 儿科：4 8 MHz,超声波的衰减： 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）,超声成像模式,最早的工作方式：A型,A模式：是一种振幅的模式。 它在显示器上形成垂直偏转的波形图。,最早的工作方式：A型,工作方式：M型,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光标，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。,皮肤,探头,时间轴,深度,工作方式：M型,工作方式：B型,Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8,B模式：是一种辉度的模式。其图像由不同亮度的点所组成 的直线构成。点的亮度代表接收到回声的振幅。通过连续扫描，二维的剖面图像不断地被更新，这就是实时B模式。,换能器,监视器,Line 1 2 3 4 5 6 7 8,工作方式：B型,二维灰阶成像,正频移,负频移,多普勒效应（Doppler）,超声在探测移动的目标时，其回声的频率会发生变化 利用多普勒效应可检测物体有无运动，及运动的方向和速度 比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动,彩色多普勒成像,彩色多普勒速度图 （CDV） Color Doppler Velocity 通过信号的自相关运算获得速度、加速度、方差等信息 彩色编码血流的方向 朝向探头的为红色 背离探头的为蓝色 受角度影响、受其他运动影 响、易混迭、,彩色多普勒速度图,彩色多普勒能量图（CDE） Color Doppler Energy 利用反射回来的多普勒信号中的振幅（能量） 彩色多普勒能量图显示的不是速度参数，而是与血液散射量相关的能量信号。,彩色多普勒能量图,彩色多普勒能量图, 有速度 有方向 敏感度低 易混迭、伪像 角度依赖性, 无速度 无方向 敏感度高 无混迭 角度非依赖性,彩色多普勒速度图,0.41 cm/s,0.41 cm/s,0.41 MHz,彩色多普勒能量图,速度图与能量图的区别,多普勒血流测量,皮肤,血管,fd = 多普勒频移 F0 = 探头发射的多普勒频率 V = 血流的速度 C = 声波的速度（1540 米/秒） q = 声束和血流方向之间的夹角,彩色多普勒成像可定性的观测血流走行、速度快慢以及方向 等信息,但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数,2cos f。,C f,V(cm/s)=,V,血流,V (cm/s): 血流速度 C (cm/s): 声速(1530m/s), (度): 血流与超声波束之间的夹角, f(Hz): 多普勒频移,f 。(Hz): 超声频率,超声波束,血管,频谱多普勒的角度依赖,频谱多普勒,多普勒波包括以下数据: 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,多普勒频谱的含义,脉冲波多普勒和连续多普勒,连续波多普勒(CW) Continuous Wave 发射与接收是各自分开的两个晶片 沿着整个声束的长度监听返回的信号，无距离分辨 测高血流速度不会有混叠现象，最大量程约 15 20 m/s,皮肤,血管,皮肤,血管,单晶片,双晶片,脉冲波多普勒（PW） Pulse Wav 发射和接收是同一个晶片 卓越的距离分辨率 (Range Resolution) 流速测量上限值受奈奎斯特频率限制 脉冲重复频率（PRF）决定流速的测量范围，极限约 5 7m/s,脉冲波与连续波,PW,CW,名词解释分辨率,分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分,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（探头的晶片数量及种类有关）,名词解释分辨率,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，轴向分辨率为波长的2到4倍,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 识别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别 描述256灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨,名词解释分辨率,时间分辨率：捕获相邻两个时相运动变化的能力 在超声设备上表现为帧频的高低 帧频：帧频是指单位时间内获得图象的帧数 高帧频可以捕捉细微的运动变化信息 高帧频对高速运动的脏器扫查非常重要,物 体 移 动 轨 迹,低 帧 频 捕 捉,高 帧 频 捕 捉,名词解释分辨率,谐波成像组织谐波成像,非线性谐波： 谐波的形成是非线性的，它随传导的深度而逐渐积累加强，而 后因衰减而减弱。,信号强度,深度,基波,谐波,混响反射： 发生在超声波所经过的路径上遇到两个或多个回声介面时。如声束在组织间来回往返，从而在图像上显示为多条带状噪声。,优点： 消除近场伪像和噪声干扰 提高穿透力、提高对比分辨率 临床上对成像困难的病人，可明显改善二维图像质量，增强心内膜、肿块等边界显示,组织谐波成像,脉冲反相谐波技术,正相,负相,无信号,合成,谐波成像造影剂谐波成像,造影剂谐波： 利用超声在造影