超声诊断与治疗设备.ppt

1 第四章超声诊断与治疗设备 第一节超声诊断仪简介 第二节超声波成像原理第三节超声诊断仪的组成第四节B型超声诊断仪第五节超声彩色血流成像设备第六节三维超声成像系统第七节超声多普勒胎儿监护仪第八节超声雾化器第九节超声治疗仪第十节高强度聚焦超声热疗仪 2 第一节 超声诊断仪简介 一 简介 超声诊断仪利用超声波在人体中传播的物理特性 可以对人体内部脏器或病变作体层显示 据此对一些疾病进行诊断 临床上采用的超声诊断仪频率在2 10MHz之间 特点 操作简便 安全 迅速 无痛苦和无计量积累临床应用 十分广泛 人体的许多部位和脏器如眼 甲状腺 乳房 心血管 肝脏 胆囊 胸腔膜 脾脏 泌尿系统以及妇产科等 发展过程 A型 M型和B型超声诊断仪 现代B型超声诊断仪不仅包含了A型 M型功能 而且还包含有多普勒声谱图 二维彩色多普勒成像 二次谐波成像 三维成像等功能 电子计算机技术的发展 相控阵技术和数字图像处理技术的应用使得现代B超的图像分辨率 清晰度和稳定性都大大提高 3 二 分类 按用途分类 腹部超声 心脏超声 眼科超声和多普勒脑血流诊断仪 按是否显示彩色多普勒血流图分类 彩超和黑白超声诊断仪 按功能 图像质量分类 高档 中低档和便携式简易超声诊断仪 有很多超声诊断仪可以携带多种不同的超声探头 更换不同的探头就可以有不同的用途 可以做腹部 又可以做心脏 或做小器官 有的超声探头还可以是多频率的 超声治疗 一定剂量的超声波作用于人体组织 会产生一定的生物效应 热效应 机械效应 空化效应 等 利用这些效应达到某种医疗目的 形成了超声治疗 4 5 便携式 超 肝脏 6 肾脏血流 7 第二节超声波成像原理1 回波测距法 超声诊断仪利用超声脉冲回波测距法工作 即将高频超声脉冲发射到生物体内 人体不同组织和脏器有不同的声阻抗 在声阻抗突变的组织和脏器界面会反射部分超声波 另一部分超声波继续向前传播 遇到声阻抗突变界面形成二次反射 超声诊断仪接收来自生物体的反射波 发射超声波与接收到回波的时间间隔与探头到脏器界面的距离成正比 将获得的时间信号显示到屏幕上 就可获得生物体内组织界面的位置信息和结构信息 8 2 显示方法 A型 AmplitudeModulation 幅度调制 横轴表示深度 纵轴表示回波强度 以不同幅度的脉冲波形的形式表示 这是最基本的显示方法 B型 BrightnessModulation 亮度调制 纵轴表示深度 得到的超声回波信号加到显示器上进行亮度调制 以亮度表示回波的强弱 如再配以声束的扫描 使横轴表示声束扫描方向就可以得到超声波体层图像 M型 MotionModulation 运动调制 将回波幅度加到显示器作亮度调制 纵轴表示深度 如同B型 将这样的回波信号在时间上拉开 即横坐标是时间 用于检查心脏组织运动情况 9 显示方法 10 超声诊断仪组成法 11 第三节超声诊断仪的组成 p68 1 基本电路 主控电路 发射电路 高频信号放大电路 视频信号放大器 扫描发生器2 超声换能器 重要部件 核心是晶片将电能转换成机械能 也可将机械能转换成电能 逆压电效应 在晶片上加上交变信号 晶片将电能转化成机械振动 发出超声波 发射超声波晶片的正压电效应 在晶片上加上机械振动时 晶片将机械振动转化成电信号 接收超声波3 显示器 将人体反射回的超声信息用显示器显示出来 电子枪 偏转系统 荧光屏 12 超声换能器 13 14 15 第四节B型超声诊断仪一 简介 B型超声波诊断仪是利用超声脉冲回波测距原理 在显示器上以辉度调制方法形成的回波光点分布图 该图代表多条声束扫描体内某一切面 横坐标代表声束扫描方向 纵坐标代表声波传入人体深度 二 扫描方式 机械扇形扫查 机械径向扫查 电子线阵 电子凸阵 电子相控阵 环阵相控扫查 三 B型超声诊断仪的组成 探头 换能器 超声发射电路 超声接收电路 数字扫描变换器 控制及定时电路 软件 显示器 电源等 16 四 B型超声诊断仪的分类 按照探头扫描方式 机械扇形扫描 借助于机械装置 使探头作扇形偏转运动扫描 用于心脏实时动态成像 径向扫描 探头做360 旋转 主要用于体腔内 电子线阵 凸阵扫描 电子相控阵扫描 使用的超声换能器晶片分成许多独立的小晶片 环阵相控扫描 探头由许多同心圆环组成 17 扇型探头 凸型探头 线阵探头 五 B型超声诊断仪的性能 p74 1 扫描方式 2 显示模式3 探头工作频率4 信号处理能力5 多普勒功能6 声束线数7 安全指标 18 六 B型超声诊断仪的图像质量指标 p74 1 盲区 可识别的最近目标距离 深度 取决于放大器的性能 2 探测深度 所能观测到的回波目标的最大距离 由换能器灵敏度 发射功率 接收放大增益 工作频率决定 3 轴向分辨率 沿超声声束方向 超声诊断仪图像能分辨的两个回波目标的最小距离 该值越小图像越清晰 与超声波频率和超声脉冲有效脉宽 持续时间 有关 4 侧向分辨率 在超声声束扫描平面内 垂直于声束方向超声诊断仪图像能分辨的两个回波目标的最小距离 5 几何位置示值误差 B型超声诊断仪图像显示的尺寸与实际尺寸的差值 19 七 B型超声诊断仪的临床应用非介入性诊断 将超声探头耦合在皮肤表面 对腹部 心脏 眼睛 脑部等进行探查诊断 最常用介入性诊断 将超声探头插入口腔 阴道 肛门 尿道 消化道 直肠 血管 手术切口进行探查诊断 或采用超声扫描显像作为监视或引导手段进行穿刺等操作过程 20 第五节超声彩色血流成像设备一 超声彩色血流成像设备简介 p76 1 超声彩色血流成像设备是高清晰度的黑白 超再加上彩色多普勒 此法应用多普勒效应原理 当声源与接收体 即探头和反射体 之间有相对运动时 回声的频率有所改变 这种频率的变化叫频移 彩超诊断仪不断向人体发射超声脉冲 然后接收反射回的超声脉冲 其中包含了人体组织器官信息 回波所用时间 和频率变化 血流方向和速度 的信息 把回波信号进行多普勒信号处理 形成彩色多普勒超声血流图像 彩色多普勒血流成像包括连续多普勒和脉冲多普勒图像 2 彩超血流方向和速度的表示方法血流方向 血流靠近探头 回波频率增加 用红色表示 血流远离探头 回波频率减少 用兰色表示 血流速度 用红兰相接的彩条表示 彩色越鲜艳 流速越快 反之彩色越暗 流速越慢 21 22 23 3 血流湍流的表示方法 用速度方差 速度离散度 表明湍流的存在 速度方差值用绿色表示 该值越大 绿色越鲜艳 反之 该值越小 绿色越暗 朝向探头流动的血流出现湍流 红色加绿色形成黄色远离探头流动的血流出现湍流 蓝色加绿色形成青色 24 4 彩超特点 彩超既具有二维超声结构图像的优点 又同时提供了血流动力学的丰富信息 在实际应用中受到了广泛的重视和欢迎 在临床上被誉为 非创伤性血管造影 其主要优点是 能快速直观显示血流的二维平面分布状态 可显示血流的运行方向 有利于辨别动脉和静脉 有利于识别血管病变和非血管病变 有利于了解血流的性质 能方便了解血流的时相和速度 能可靠地发现分流和返流 能对血流束的起源 宽度 长度 面积进行定量分析 25 二 组成 主机 前端接收发射功能后端黑白和彩色图像的形成系统软件 人机接口 系统的控制 计算和测量功能显示器 显示图像 黑白断层图像和彩色血流图像 计算测量结果 操作菜单探头 64个压电晶体组成 电信号转换成超声信号 回波信号转换成电信号 附件 录像机 彩色拷贝机 26 三 技术指标1 存储模式2 最大存储帧数3 存入方式4 回放方式5 心电触发方式6 工作方式 B型 M型 频谱多普勒 彩色多普勒四 临床应用 用三基色提供了血流信号的二维图像 并可以和二维B型超声图像一起进行空间定位 对于血流中异常血流做出直观 迅速准确的诊断 因此在临床上特别在心血管病的诊断方面得到广泛的应用 如 可以显示心腔和大血管的血流状态 直观诊断先天性心脏病血液分流 显示异常流动的范围与原因 估计瓣膜缺损大小 直观诊断瓣膜返流及显示瓣膜狭窄程度等 27 五 医用超声诊断仪档次划分 p74 中国计量科学研究院 中国科学院声学研究所制定了我国 医用超声诊断仪超声源 检定规程 为了实现机器性能评价的可比性 新规程将被检仪器划分为A B C D四档分别评价 A档 多探头 多种扫描方式 带M型功能和多普勒功能 B档 多探头 多种扫描方式 带M型和多普勒功能 C档为有数字扫描变换器 DSC 冻结和电子游标测距功能的B超 D档为无数字扫描变换器 DSC 功能的最简单B超 28 第六节三维超声成像系统一 简介 传统的B型超声成像系统仅能提供人体断面的二维图像 临床医生是凭自己的经验在脑子里重构出人体的三维结构 这就在一定程度上影响了临床诊断的准确性与治疗的有效性 特别是对一些畸形的或病变的脏器 二维图像的诊断更显得欠缺 三维超声成像是在二维超声成像基础上发展起来的人体结构立体成像系统 包括静态三维成像和动态三维成像 成像步骤 图像采集 图像的后处理 三维图像的重建 三维图像的显示和定量测量 29 二 图像采集 三维成像的第一步 非常关键的一步 大多数采用运动扫查二维平面而获得三维信号 主要扫查方式有以下几种 1 机械驱动扫查 由计算机控制步进电机 机械装置带动探头进行运动 平行扫查 扇形扫查 旋转扫查2 自由扫查 操作者手持带有空间位置感测器的二维扫查探头进行扫查 计算机可感知探头在空间运动轨迹 从而确定获得的二维图像的空间坐标 对扫查结果进行三维图像重建 3 一体化探头 二维超声探头与摆动结构封装在一起 操作者将探头指向所需探测位置 系统会自动完成数据采集 4 三维电子相控阵探头 由压电微元方阵列及相应的电子学系统构成 用相控原理实现三维超声扫查 采集图像信息类型 组织灰阶图像信息 组织结构三维图像血流彩色多普勒图像信息 血管结构三维图像 30 三维超声成像系统 三维图像 31 32 三 图像后处理 计算机对采集的一系列二维图像进行空间定位及数字化处理 并对相邻切面之间空隙进行图像插补平滑 形成一个三维立体数据库 四 三维重建 立体几何构成法 表面提取法 体元模型法 三维物体被划分成依次排列的小立方体 一个小立方体就是一个体元 一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像 体元数量多 需要相当精密的计算机 33 五 三维图像的显示从体元模型三维重建技术出现以后即开始采用总体显示法 显示组织结构的所有灰阶信息 可以从任意角度和方向对重建组织结构进行观察 使组织结构的空间位置关系显得更清晰 六 三维定量测量七 临床应用三维超声成像在保留二维超声成像所有信息的同时 提供直观的三维图像 有助于疾病的定性 定量及定位诊断 在以下方面显示其应用价值 含液性结构和病变 显示其立体形态 内部结构和内壁特征 被液体环绕的结构和病变 清楚显示其表面特征 透明成像技术 显示实质性脏器内部结构的形态和空间位置关系 血流彩色多普勒 重建脏器内部血管的三维图像 34 八 三维成像的应用领域1 在产科的应用二维超声通常只对胎儿结构进行切面观察 因而有许多不足 三维超声不仅可以对胎儿体表结构进行表面重建 还可以用透明成像对胎儿体内结构进行三维成像 可从整体上对胎儿形体结构进行观察 提高胎儿畸形的产前诊断率 确定不同孕龄胎儿正常及病理形态 2 在妇科的应用1 子宫疾病2 卵巢疾病3 监测卵泡发育4 宫内节育器 IUD 3 在腹部 小器官血管成像的应用1 正常脏器三维图像的表现2 病变脏器三维图像的表现4 在颈动脉与脑的应用5 泌尿生殖系 35 九 发展方向1 缩短检查时间 2 脏器或肿瘤容积的定量分析 3 更精确地评价血管情况 4 检测对治疗的反应 5 三维实时显像 6 三维彩色血流成像 7 三维腔内超声检查 8 三维实时经皮导向穿刺 36 第七节 超声多普勒胎儿监护仪一 基本原理利用多普勒原理 从母体腹部拾取胎儿心脏运动的多普勒信号 经过处理后 即可显示胎儿心率曲线并进行监护 二 组成 p83 超声换能器 多晶片探头 发射晶片 中央 接收晶片 超声接收和发射电路前处理电路 信号放大 滤波 电压检测 转换计算机显示器 报警装置 描记器 37 三 参数 超声波频率 MHz超声强度 9mw cm2测量范围 50 210bpm报警心率的上下限 由医生设定四 除以上参数外 还可对母体心电 血压 血氧 呼吸 体温等生理参数进行检测 38 超声多普勒胎儿监护仪 39 超声雾化器 40 第八节超声雾化器一 简介 利用超声波在药物溶液中产生的空化作用 使药物变成颗粒细微的气溶液至患者病灶或被直接吸入治疗的仪器 二 原理 超声雾化器的压电晶体在高频交流电作用下产生超声波 超声波作用在液气分界面上 液气分界面受超声波的作用产生表面张力波 当表面张力波足够强时 就会在其波峰处飞出雾粒 超声波频率越高 雾粒越小 三 组成 功率源 雾化缸 电源四 微粒直径与治疗效果的关系 p84 五 作用 主要用于治疗各种上下呼吸系统疾病 如感冒 发热 咳嗽 哮喘 咽喉肿痛 咽炎 鼻炎 支气管炎 尘肺等气管 支气管 肺泡 胸腔内所发生的疾病 雾化吸入治疗是呼吸系统疾病治疗方法中一种重要和有效的治疗方法 采用雾化吸入器将药液雾化成微小颗粒 药物通过呼吸吸入的方式进入呼吸道和肺部沉积 从而达到无痛 迅速有效治疗的目的 41 第九节超声治疗仪一 应用 镇痛解痉 促进结缔组织分散 溶栓作用 减轻或消除血肿 促进组织再生 通过作用于神经 体液的反射途径或穴位经络影响全身或调节相关脏器功能 治疗肿瘤作用 二 组成 高频功率发生器 包括电源电路 高压电路 振荡电路 输出电路 定时电路 超声换能器 高频电能作用于压电晶体 产生超声波 42 超声治疗仪 43 三 主要技术指标电源 175 220v50Hz功率消耗 100w输出频率 800kHz输出强度 0 5 2 5w cm2定时范围 5min10min15min20min工