超声原理复习提纲PPT课件.ppt

医学超声仪器原理 复习 题型 判断 10 填空 15 选择 40 简答 24 计算 11 1 第二章超声医学的物理基础 一 超声波的重要物理参数 声速波长 频率声压 声强 声阻抗 二 超声波的传播特性 声波的反射定律 声波的折射定律 式中 c1 c2分别为介质中的声速 2 第二章超声医学的物理基础 声强的反射系数 声压的反射系数 声压的透射系数 声强的透射系数 3 第二章超声医学的物理基础 超声波的聚焦超声波的反射与折射超声波的衍射与散射超声波在介质中的衰减规律 扩散衰减散射衰减吸收衰减 与频率有关 吸收系数 4 第二章超声医学的物理基础 三 超声波的多普勒效应 波源与接收体的相对运动发生在两者的连线上 式中 c为超声波在介质中的传播速度 u为波源相对于介质的运动速度 v为接收体行对于波源的速度 波源与接收体相对运动方向成一定角度 当接收体与波源相向运动时 分母取减号 分子取加号 当两者背向运动时 分母取加号 分子取减号 5 第二章超声医学的物理基础 采用矢量形式表示 6 第二章超声医学的物理基础 四 超声波的生物效应 机械效应热效应空化效应化学效应 7 第三章医用超声换能器 功能 电能量 超声能量相互转换 一 压电效应 正向压电效应 超声回波接收材料两端加压力 两电极产生电场压力 形变 晶格电偶极矩变化 电荷积累 电场 逆向压电效应 超声发射材料两端加电压 材料产生形变电压 电场 晶格电偶极受力 应力 形变 二 压电材料 压电单晶体 压电多晶体 压电陶瓷 压电高分子聚合物 复合压电材料 了解其典型代表及优缺点 8 第三章医用超声换能器 三 超声换能器 探头 的工作频率 四 单阵元超声探头的基本结构 压电晶体 吸声背块 匹配层 电极 导线 声隔离层 保护层 外壳 探头的发射频率是由晶体的厚度决定的 晶体越薄发射频率越高 单阵元超声换能器内部基本结构 9 第三章医用超声换能器 1 压电晶体 发射 接收超声 即 电 声 声 电转换其厚度决定发射超声的频率 3 晶片形状决定声束的形状和声场分布 2 吸声背块 吸收晶体背向辐射的超声 减少或消除晶体两端之间超声的多次反射造成的干扰 2 增大晶片阻尼 使发射脉冲窄 从而提高分辨率 3 声隔离层 壳体 低耗的金属材料 与振动体之间声隔离 防止超声传至外壳引起反射 产生干扰 10 第三章医用超声换能器 4 匹配层 1 使晶体辐射的超声有效进入人体 实现对人体组织的检查 2 增加换能器的带宽 3 隔开晶体和人体 保护晶体 免受机械 化学损坏 保护人体免受激励电压的伤害 5 电极 导线 传输电信号 五 多元超声探头 线阵探头 相控阵探头 凸阵探头 方阵探头等 11 第三章医用超声换能器 六 超声场的空间分布 平面圆片换能器的稳态超声场 在轴线上声强分布 声压随时间作周期性变化 其振幅为 12 第三章医用超声换能器 轴线上声强分布 13 第三章医用超声换能器 3 近场距离 z0 式中 D 2a 压电体直径 如a 则声学上称 zz0 远场区 4 轴向声强分布特点 近场区 声强轴向起伏分布 但平均强度不变 远场区 声强轴向单调衰减 I 1 z2 14 第三章医用超声换能器 半发散角 主瓣角 角越小 声束越集中 指向性越好 大部分能量集中在轴线上 有利于改善成像的横向分辨率 如对超声进行聚焦 则焦点处的声束直径为 15 第四章医学超声仪器概论 超声成像的信息主要由反射回波和散射回波所携带 一个典型的超声回波应包含大界面的反射回波 位置信息 与小粒子的散射回波 结构信息 一 脉冲回波法成像原理 脉冲回波技术利用人体组织的不均匀性而引起的反射作用 通过检测脏器界面的反射波 实现组织定位 并检测其特性 以A型超声显示为例说明脉冲回波法原理 16 a 超声脉冲发射的瞬间 显示器上光点垂直偏移 b 超声脉冲以恒定速度通过介质1 光点在显示器上形成水平扫描线 c 当超声到达1 2介质的分界面上 一部分能量经界面反射 大部分能量通过界面继续向前传播 反射回声到达探头 换能器将回声信号转换为电信号 并成为显示器垂直偏转板的输入信号 显示器上显示回声信号脉冲 d 由2 3介质分界面反射的回声到达探头 在显示器上显示出相应的脉冲 第四章医学超声仪器概论 17 超声诊断仪器中 一般脉冲超声的发射与接收是由同一换能器完成的 根据发射脉冲和回波脉冲的时间间隔T 计算出反射界面与换能器 声源 之间的距离 第四章医学超声仪器概论 18 二 各种超声成像技术及其区别与联系 A型B型M型D型 多普勒 C型 F型三维超声成像 第四章医学超声仪器概论 19 三 超声成像系统的评价指标 分辨率工作频率穿透深度 工作距离 帧频 扫描深度 扫描线数量 脉冲重复频率动态范围 第四章医学超声仪器概论 20 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 一 超声波束的扫描 1 机械扇形扫描成像 了解 2 电子线性扫描成像 线阵换能器 多阵元组合发射的意义顺序扫描 隔行扫描 d 2间隔扫描 d 4间隔扫描实现方式 3 电子扇形扫描成像 相控阵换能器 工作原理声束偏转角与延迟脉冲的计算 21 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 二 超声波束的聚焦 一 超声波束聚焦 提高系统的图像分辨率与探测灵敏度 主要作用 增强波束的穿透力与回波信号强度 1 声学聚焦 凹面晶体 将压电晶体直接做成凹面声学透镜 声学透镜 凹面晶体 22 2 电子聚焦 多阵元换能器 一维 二维 线阵换能器发射聚焦 线阵换能器接收聚焦 延时时间一致 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 23 各阵元的激励信号时间按二次曲线变化 叠加超声最强区域 同相位波面密集区域 在焦距内逐渐会聚 在焦距外逐渐扩散 发射电子聚焦 掌握如何确定各阵元激励延迟量 线阵换能器与相控阵换能器 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 24 各阵元的接收信号经时间延迟 按二次曲线变化 使焦点处回波达到同相位 叠加电路对之有最大输出 接收灵敏区域产生会聚 接收电子聚焦 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 25 聚焦深度 焦点两侧相对于焦点处声压下降20 的主声束长度 或者 焦点两侧相对于焦点处声束直径扩大到倍 焦点直径 焦点处声束宽度 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 26 3 动态电子聚焦 非实时动态聚焦 实时分段动态聚焦 实时连续动态聚焦 时间延迟 相位延迟 图6 12实时分段动态聚焦 将整个探测区域分成若干段 每段对应一个焦点 根据产生回波信号的深度 同步地将焦点移向深部 在回波信号接收过程中完成 即动态地改变聚焦延迟 使聚焦区由浅变深的速度与回波信号到达换能器的速度一致 使各个深度的接收声束均处于聚焦状态 实时分段动态聚焦 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 27 关键问题 如何分段 如何选择焦距 要求 各聚焦深度之和覆盖整个探测深度 声束宽度近似均匀 必须结合可变孔径技术解决 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 28 第五章超声波束的扫描 聚焦与控制 发射聚焦电路 发射多路转换开关 F0 F5 16路发射脉冲产生 X0 X15 探头振元的16路高压激励脉冲产生器 换能器振元 H1 H16 16路开关二极管控制电路 CNT1 CNT16 HP1 HP16 DP 控制码 CPU 控制码 CPU 发射波束形成与扫描电路结构框图 脉冲分配电路 哪些振元参与工作 三 发射波束形成与扫描电路 功能工作原理 29 第六章超声回波的接收 预处理 一 B超回波信号接收与预处理通道的基本结构 B超回波信号接收与预处理通道的结构示意图 30 第六章超声回波的接收 预处理 二 超声波束的接收 多路信号 一路信号 前置放大器接收多路转换开关可变孔径 提高分辨率 接收相位调整电路 接收动态电子聚焦 31 一 时间增益补偿 如何实现 第六章超声回波的接收 预处理 三 超声回波的预处理 32 二 动态滤波 1 动态滤波的意义 1 原因超声传播时 高频成分衰减快 低频成分衰减慢 造成 探测距离 信号f0 f0 频谱中心频率 2 动态滤波的过程和意义随探测距离 接收电路的f0 3 动态滤波的基本原理 频带可变的滤波器 变容二极管 第六章超声回波的接收 预处理 33 三 对数压缩放大 压缩动态范围 四 检波 射频信号 视频信号 五 勾边 边缘加强 第六章超声回波的接收 预处理 34 第七章DSC数字扫描变换器 数字扫描变换器 DigitalScanConverter DSC 实质上一个带有图象存储器的数字计算机系统 具有屏幕注释功能 测量功能及强大的图象处理功能 35 第七章DSC数字扫描变换器 A D转换 将视频模拟信号转换成数字信号 即实现图象数字化 其作用是将代表图象的连续信号转换成离散信号 以便于数字信号处理设备和计算机系统对其进行处理 图象前处理 对A D转换器输出信号进行对数压缩 指数变换 回拨幅度深度矫正 行相关与帧相关处理等 但各像素数据之间仍保持沿波束矢量方向的时间函数关系 图像存储器 主存储器 DSC的核心部件 是数字图象处理的基础 实现超声图象数据的存储 读入与读出 图象后处理 坐标转换后的图像处理 提高图象清晰度 突出各具有诊断价值的图象特征 一般包括 灰度修正 灰阶的扩展与压缩 校正 直方均衡 电子放大与插行处理以及正 负像翻转等 串 并转换 并 串转换 用于补偿图像存储器的工作速度 D A转换 将数字信号转换成模拟信号 并同时与电视同步信号合成为全电视复合信号输出 读写地址发生器 产生坐标转换的地址数据 实时时钟与时序发生器 整个DSC工作的协调 总 指挥 TV显示与同步 B超图像的最后复合显示 产生与显示器的同步信号 36 第八章超声多普勒成像与彩超 一 超声多普勒血流检测的原理 由多普勒效应 由红细胞运动产生的接收信号多普勒频移为 用矢量方式表示 上式可表示为 其中 多普勒血流检测原理 超声血流检测利用的是红细胞对超声的散射回波 在实际应用过程中 常取 37 二 血流信息的提取方法 方向 平均速度 速度分布 三 脉冲超声多普勒技术 距离选通 第八章超声多普勒成像与彩超 38 第八章超声多普勒成像与彩超 39 低通滤波器的截止频率 BP 2 BP为发射脉冲的带宽 带通滤波器 下截止频率选择几百Hz 200 800Hz 上截止频率PRF 2 最大可探测距离 最大可测量速度 滤波器截止频率如何确定 最大可探测距离 最大可测流速 第八章超声多普勒成像与彩超 40 四 实时二维彩色多普勒血流成像 脉冲多普勒诊断仪混合B型超声成像技术 血流图像的彩色显示原理 血流方向的显示 用红色和蓝色显示 红色表