超声原理复习课.ppt

医学超声原理与技术 CH2振动学基础 自由振动简谐运动 运动周期 频率 固有频率 能量的转化守恒 衰减振动既有振动又有衰减 衰减的规律 力学品质系数 能量是衰减的 强迫振动振动激励力 过渡过程时间 幅频相频曲线 振动区间选择 频率响应选择 超声的晶片可以看成是一个电信号振荡激励机械振动产生超声的过程 共振包括位移 速度和加速度的共振 是达到固有频率发生的振动常数特别大的情况 要避免 最好是振动具有比较均匀的响应曲线 其他如振动合成理论等 研究振动理论有什么意义 超声处理电路中 振动式广泛存在的理论也类似 机械振动 换能器产生接收超声时 性能的分析 声场形成依据振动理论超声的物体作用 超声波的基本理论 机械波 高频率 能量几种于声束中 波长 频率 周期 声速 波型 声压 声波波动方程 超声传递时 对界面的压力作用 依据力守恒 能量守恒和热能守恒推导出波动方程 超声的声波波动方程体现为质点的振动和声波的传输统一 声阻抗和声强 超声在物质中的传输特性不同 体现为声阻抗的不同 正是声阻抗不同 才成就了界面的意义 Z p vZ c声能是从能量的角度描述超声的传播和作用 超声波的传播特性 声学边界 反射和折射 体现为垂直时能量的分配角度入射的问题中间层理论散射绕射干涉 衰减原因宏观衰减系数 半价层 超声衰减 超声非线性特性 声波传递中发生非线性畸变 尤其是不均匀的物质中传播 体现为频率发生变化或波形畸变非线性也可用于成像 超声换能器 机械和电参数的耦合实际上是力弹性和介电性的共同作用 表现出振动还是电压主要是那种能力占主导 力学品质系数和电学品质系数体现的是其能量和衰减 机电耦合系数体现的是发出的电能和贮入的机械能之比 或发出的机械能和贮入的电能之比厚度振动 最好是在一个方向振动 减弱其他方向 换能器的特性 频率特性阻抗匹配吸收特性吸声层吸收后面发射的声波灵敏度与换能器的换能特性有关 有效机电耦合系数辐射特性空间上的声场分布 工作频率与频率匹配 最好是谐振以获得最大辐射功率 频带宽度 带宽宽些较好 但是太宽噪声较大 电阻抗匹配声阻抗匹配 换能器声场 圆形换能器的声场远场 近场 焦点声束的指向性遮幅式换能器聚焦的意义与实现声透镜声反射镜曲面换能器 多晶片聚焦超声换能器 结构和基本原理线束形成聚焦扫描 换能器的结构 各种结构形式晶片吸声层阻抗匹配层保护层等等 超声脉冲回声技术 脉冲回波检测的原理 探测深度和脉冲重复频率 工作频率和带宽 增益和深度补偿 超声图像的特性 图像的分辨力横向纵向分辨力 图像的均匀性伪影 多普勒超声成像 成像基本原理 两大类别多普勒频移的影响因素 成像的显示方式 图像和音频声谱图 频谱显示 的意义 多普勒超声成像 两种多普勒成像的不同之处 彩色超声多普勒成像 多普勒成像的一些制约因素 多普勒成像的显示 多普勒成像仪器的基本原理框图 超声成像仪器 以A超为例了解超声成像仪的一般组成 信号发生接收装置信号的调整和增益补偿处理显示信号提取及处理显示系统显示的实现 超声换能器的主要结构性能参数有哪些 列举并做简单分析 换能器的特性 频率特性阻抗匹配吸收特性吸声层吸收后面发射的声波灵敏度与换能器的换能特性有关 有效机电耦合系数辐射特性空间上的声场分布 工作频率与频率匹配 最好是谐振以获得最大辐射功率 频带宽度 带宽宽些较好 但是太宽噪声较大 电阻抗匹配声阻抗匹配 A型 B型和M型超声显示方式和原理差别 三种超声都是利用回波成像的方法 一般都是使用脉冲型超声来测量的 返回声波强度表示不同 A型超声是幅度调制型 B M型是辉度调制型 A超对于界面位置研究要准确些 B超可以实扫描面得断层显示 M超研究的是某路径界面随时间变化的趋势 可以对运动进行定量扫描 原理的主要差别是A超只有二维信息 B超是二维图像加亮度的三维显示 B超成像要空间上扫描 M超是距离加亮点加时间的三维显示 需较长时间的记录 超声图像质量影响因素 简答说明 对于广泛使用的B超而言 超声图像质量的取决于两个方面 空间分辨力和图像的均匀性 空间分辨力主要是横向和纵向分辨力 横向分辨力主要由声束宽度或波长决定 声场远近选取适当或采用适当聚焦可以提高横向分辨力 纵向分辨力主要取决于信号的脉冲重复频率 图像均匀性的影响主要是对比清晰度和图像的均匀性 其中对比清晰度主要是由组织之间的软组织本身分布特性决定 受增益放大的函数影响 图像的均匀性取决于超声图像重建算法的影响 并且扫描的声线数愈多图像越清晰 但是扫描声线数的多少会受到帧频和穿透深度的制约 简述圆盘型超声声场的特点 任意形状的单振子超声换能器 其超声的形成都是比较复杂的 体现为换能器上任一振动点声源的叠加 每个微小声源在空间上超声场的形状可用惠更斯定理来计算 声场分布对超声图像形成和分辨力影响巨大 圆盘形超声换能器产生声场有主瓣和旁瓣之分 主要能量几种在主瓣上 是超声传播的主方向 声场在轴线上的分布体现为可以分为近场 远场区域 近场声压振荡分布 远场时超声换能器直径相对较小越来越近似为质点 声压逐渐变小 单值变化 近场区域中 声束平行度好和界面垂直 能量集中 一般使用近场区域检查 可以通过反射 凹面换能器或声透镜法改善聚焦 扩大近场和焦点距离 也可以采用遮幅的方法改变换能器的声场利于成像 简述B超的相位控制型换能器的声束是如何形成的 如何实现扫描 聚焦 相位控制型超声换能器是分割成几百个晶片阵元群来合成超声束 形成声场的 这些晶片阵元具有可以控制独立的发射振动发生时间和时间延迟 选用相邻的若干晶片同时振动就可以形成宽度不一的线束 线束宽度取决于晶片数目 改变发射超声声束阵列组合就可以达到水平或扇形扫描的目的 同样在若干振动的晶片振动时 控制各个晶片振动时间延迟 使得两侧振动提前 中间晶片振动依次滞后 就可以得到聚焦型超声 焦点的距离取决于时间延迟量大小 由于全部控制采用电子控制 相位控制性换能器可以方便地实现声束扫描聚焦和宽度调整 但是必须注意扫描聚焦等要考虑到超声脉冲重复频率以及往复超声互相干扰的影响 超声通过界面时反射特性简单分析 超声在通过界面即两种不同声阻抗交界处时会发生反射现象 其中如果界面 相对于波长 比较小 散射的效应会比较强些 发射特性体现为部分超声会在界面上透射进界面里 而其余部分将从一定角度朝发射方向返回 入射反射超声与界面中垂线夹角称为入射角和反射角 入射角和反射角相同 反射量的大小取决于界面性质 声阻抗相差越大 反射越明显 若透射角大于入射角则有可能会出现全反射的现象 即超声不能进入界面 以下是A型超声诊断仪的原理图 试说明各部分结构和功能 射频放大 放大深部信号 使得具有足够的振幅显示 解调和抑制 即提取出视频脉冲包络信号 衰减器 比较反射回波之间相对幅度 控制显示幅度 不超过以及可以显示出来差异 发射器 产生振荡信号 时基发生器 即扫描电压发生器 控制电子束产生时间基线及水平扫描线 增辉电路 产生方波信号 保证扫描电压发生周期内发射电子束 标距电路 显示厘米刻度等 便于估计数值 以下是B型超声显像仪的原理简图 试说明各部分结构的功能 时钟 用于控制脉冲重复频率和周期 起整机振荡校准与同步作用发射器 产生适当的超声基频振荡 决定超声频率 接收器 返回超声脉冲接收 时基发生器 控制电子束产生水平扫描基线 扫描增益发生器 对接收信号进行放大 并进行深度补偿探头部分 相位控制实现超声束形成 扫描以及聚焦等 显示部分 将返回并已处理好的信号放大 将信号强弱输入辉度调制 纵坐标显示界面位置 横坐标是各条扫描线 比较连续多普勒超声成像和脉冲多普勒成像的异同 连续 CW 超声多普勒成像和脉冲 PW 多普勒成像依据的超声的doppler效应 成像原理不同 cw利用的是连续波 作用doppler效应区域较大 pw则往往是脉冲采样体积里发生的多普勒效应 是小区域里的现象 所用换能器不同 CW成像一般采用分开的接收和发射探头 而PW可以采用同一探头实现 成像区域不同 cw信号是返回脉冲和发射脉冲能被换能器接收发射的重叠部分共同作用 而pw则是选定方向 选定距离的采样体积中的多普勒现象的效应 脉冲多普勒技术可以较详细的表现出血流速度的分布情况 从而可用于彩超显示 但是要求更高 受到重复频率PRF 时间间隔等制约 以下是多普勒系统的一般框图 说明各部分的工作