《医疗器械概论》第二篇第3章医用超声设备.ppt

第三章医用超声设备 杨鹏飞高级工程师理学院计算机教研室 宁夏医科大学总医院核医学科 第一节超声基本概念 第二节医用超声诊断设备 第三节医用超声治疗设备 第四节医用超声诊断设备的通用要求 目录 第三章医用超声设备 学习目标 第三章医用超声设备 掌握超声波的定义 医用超声诊断的原理 超声波的生物效应熟悉超声波的特性 典型的超声诊断设备了解医用超声治疗设备 医用超声诊断设备的通用要求 超声基本概念 第一节 第三章医用超声设备 第一节超声基本概念 1 声波 声波是物体机械振动状态 或能量 的传播形式 声波产生的两个条件 声源 传播介质固体 如骨络 人体器官振动发声的物体 液体 如水 油气体 如空气 氧气声波是由振动的物体产生的 一切发声的物体都在振动 振动停止 发声停止 声波不能在真空中传播 1 简介 第一节超声基本概念 2 声波分类 以人耳的听力范围可将声波分为以下3类 可听声波 振动频率为20 2 104Hz的声波 次声波 振动频率为20Hz以下的声波 超声波 振动频率为2 104Hz以上的声波 简称超声 3 超声波的产生 自然界中 昆虫 哺乳动物 如海豚 蝙蝠 能发出超声 风声 海浪声 喷气飞机的噪声等含有超声成分 临床 压电晶体材料制成的超声探头 1 简介 第一节超声基本概念 4 超声波的临床应用 超声诊断 利用超声在人体中传播的物理特性 对人体内部脏器或病变进行体层显示 获取活体器官和组织的断面解剖图像 据此对疾病进行诊断 举例 B超 彩超 超声治疗 以一定剂量的超声作用于人体组织 利用超声产生的生物效应 如热效应 机械效应以及空化效应等 达到某种医学治疗的目的 举例 超声理疗 超声乳化 1 简介 1 声速声速 单位时间内声波在介质中传播的距离 表示符号为c 单位为米 秒 m s 影响因素 介质类型 声波在固体中的波速最快 液体次之 气体最慢 介质的密度 和弹性模量k 如纵向平面波 三者的关系是弹性模量愈大 密度愈小 声速就愈大 2 超声的基本物理量 第一节超声基本概念 温度 弹性模量与温度有关 声速还受温度的影响 举例 除水以外的所有液体 当温度升高时 介质的弹性系数减小 声速降低 水温度低于74 时 声速随温度升高而增加 高于74 时 声速随温度升高而降低 空气的温度在0 时 声速为332m s 气温每升高1 则声速增加0 6m s 至15 时 则为341m s 2 超声的基本物理量 第一节超声基本概念 超声在人体组织器官中和与超声诊断有关的介质中的声速 2 超声的基本物理量 第一节超声基本概念 2 周期和频率 周期是指介质中的质点在平衡位置往返振动1次所需要的时间 符号为T 单位为秒 s 频率是指在1秒的时间内完成振动的次数 符号为f 单位为赫兹 Hz f 1 T 3 波长 波长是指在1个周期内声波所传播的距离 用 表示 c f波长决定了成像的分辨率 而频率则决定了可成像的组织深度 频率越低 波长越长 则探测深度越大 但分辨力下降 相反 频率越高 探测深度越小 但分辨力提高 2 超声的基本物理量 第一节超声基本概念 4 声压 声压是指有波动时的压强与无波动时的压强之间的压强差 符号为P 单位为帕斯卡 Pa 和微帕斯卡 Pa 5 声强 声强是指每秒钟通过垂直于声波传播方向每平方厘米面积的能量 单位为焦耳 秒 平方厘米 J s cm2 声强随着距离的增大而逐渐减弱 6 声阻抗 声阻抗是指在一定频率的平面声波作用下 介质中任何点的密度 与该点处声波的传播速度c的乘积 符号为Z 即Z c 单位为瑞利 g cm2 s 2 超声的基本物理量 第一节超声基本概念 临床应用中使用超声耦合剂减少探头和皮肤间的声阻抗 第一节超声基本概念 1 定向性 超声频率很高 波长短 方向性强 临床应用的发生超声波的压电晶体直径尺寸远大于超声波波长 超声波具有类似于光的特性 具有很强的定向性 2 反射与折射 声阻抗差越大 反射程度也越大 3 衰减 1 扩散衰减 2 散射衰减 3 吸收衰减 4 多普勒效应 声源与接收器之间的相对运动而导致声波频率发生改变的现象 3 超声的特性 第一节超声基本概念 1 机械效应 力学效应 改善循环 镇痛 血管麻痹 组织细胞缺氧 2 热效应 能量转换 温度升高 加快血液循环 消炎镇痛 热损伤 3 空化效应 液体动力学 生物体细胞改变 超声剂量的控制至关重要 4 超声的生物效应 医用超声诊断设备 第二节 第三章医用超声设备 第二节医用超声诊断设备 1 超声诊断的基础 超声在人体内传播时 由于器官和组织的声学特性不同 其反射和折射等传播规律不同 回波信号的幅度 频率 相位 时间等参量发生不同的改变 2 超声诊断用的超声波 脉冲波 连续波 3 超声诊断设备的类型 幅度调制型 辉度调制型 时间 运动型 多普勒型 1 简介 第二节医用超声诊断设备 1 超声探头机制 压电效应 电能声能 压电晶体 发射和接收超声波 匹配层 减少声阻抗差 声透镜 波束聚焦 吸声块 吸收背向辐射的超声 减少背向辐射的干扰 外壳 封闭 保护整个探头 电缆 用于连接主机和探头 2 基本结构 第二节医用超声诊断设备 2 主机控制模块超声发射 接收模块信号处理模块图像处理模块图像输出模块电源模块 2 基本结构 第二节医用超声诊断设备 1 A型超声诊断仪 幅度调制型 显示 横坐标被探测物体的深度 纵坐标回波脉冲的幅度 应用 现在应用不多 3 典型的医用超声诊断设备 第二节医用超声诊断设备 2 M型超声诊断仪 时间 运动型 显示 以辉度的明暗显示回声的强弱 在时间轴展开 应用 超声心动图 3 典型的医用超声诊断设备 第二节医用超声诊断设备 3 B型超声诊断仪 辉度调制型 显示 以辉度的明暗显示回声的强弱 与M型的异同点 相同点 辉度显示 不同点 M型获得某一运动界面的信息 B型获得解剖图像 应用 脏器和组织的切面图像 3 典型的医用超声诊断设备 第二节医用超声诊断设备 4 超声多普勒诊断仪 多普勒型 基于多普勒效应 频谱多普勒 时间 速度频谱图 彩色多普勒 彩色血流图 应用 显示血流和心脏的运动情况 3 典型的医用超声诊断设备 医用超声治疗设备 第三节 第三章医用超声设备 第三节医用超声治疗设备 1 生物效应 机械效应 热效应 空化效应 2 作用机制 局部作用 神经体液作用 神经反射作用 细胞分子学水平的作用 穴位经络学说 3 主要构成 高频功率发生器 超声治疗头 超声换能器 4 主要应用 镇痛解痉 促进结缔组织分散 溶栓 减轻或消除血肿 促进组织再生 促进骨痂生长 加速骨折修复 穴位经络作用 1 超声理疗仪 第三节医用超声治疗设备 1 主要应用 眼科白内障治疗 2 主要原理 超声波发生器通过超声针头以一定频率的超声波反复作用于混浊的晶状体核上 超声在传播时 介质分子受声波能量的振动而发生纵波方向的弹性振动 通过产生一系列的机械效应 空化效应 破碎效应 使晶状体核松动破裂 并与眼内的平衡盐溶液混合成乳糜状 再由抽吸系统吸出眼外 同时植入1枚人工晶状体 使病人的视力得以恢复 3 优点 与传统白内障手术方式相比 超声乳化手术具有更好的手术效果 已成为目前国际上公认的最为先进 可靠的白内障治疗方法 2 超声乳化仪 第三节医用超声治疗设备 应用原理 通过体外发射的超声波在影像系统引导下 聚焦于体内肿瘤部位 通过热效应 空化效应 机械效应 生化学效应等 使肿瘤组织出现不可逆性的凝固性坏死 使癌变组织失去增殖 浸润 转移能力 达到治疗肿瘤的目的 3 聚焦超声肿瘤治疗系统 医用超声诊断设备的通用要求 第四节 第三章医用超声设备 各种类型的医用超声诊断设备需满足以下4个方面的通用要求 安全剂量要求成像质量要求环境要求电气安全要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 通用要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 1 安全剂量要求 以超声声强表示超声在介质中传播的能量强弱 当超声强度超过一定限度时 将会损害人体组织 超声诊断设备将超声声强控制在人体安全范围内 第四节医用超声诊断设备的通用要求 彩色多普勒超声诊断仪的主要性能指标如下 1 B M模式 盲区 盲区是指B型超声诊断仪可以识别的最近目标距离 深度 探测深度 指在图像正常显示允许的最大灵敏度和亮度条件下 所能观测到的回波目标的最大距离 轴向 纵向 分辨力 指沿超声束轴线方向 纵向 能够分辨两个回波目标的最小距离 侧向 横向 分辨力 指超声束的扫查平面内 垂直于声束轴线的方向 横向 上能够区分两个回波目标的最小距离 2 成像质量要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 1 B M模式 切片厚度 指垂直于扫查平面方向上显示的组织厚度 几何位置精度 指显示和测量目标实际尺寸和距离的准确度 包括横向几何位置精度 纵向几何位置精度 M模式的时间显示误差 2 成像质量要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 2 C PW CW模式 探测深度 彩色血流成像或频谱多普勒模式下的可检出多普勒血流信号的最大深度 该值越大 可以探测越深部位的血管血流信息 与B模式图像的重合度 彩色血流信息显示B模式灰阶图像上的 因此必须与灰阶图像重合 3 造影成像模式 造影模式下的最大成像深度 与B模式图像的重合度 2 成像质量要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 4 弹性成像模式 弹性成像模式下的探测深度 弹性成像模式下的空间分辨率 与B模式图像的重合度 5 三维成像模式 三维成像模式下的侧向分辨率 三维成像模式下的轴向分辨率 三维成像模式下的盲区 三维成像模式下的探测深度 三维成像模式下的几何位置精度 三维重建体积偏差 2 成像质量要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 B型超声诊断仪的基本性能要求 2 成像质量要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 1 按气候环境可分为3个基本组别 组 良好的环境 通常指具有空调等设备的可调环境 组 一般的环境 通常指具有供暖及通风的环境 组 恶劣的环境 通常指无保温供暖及通风的环境 以及与此相类似的室外环境 2 按机械环境可分为3个基本组别 组 操作时细心 运输 流通时可受到轻微的振动和冲击 组 使用中允许受到一般的振动与冲击 组 在频繁的运输 装卸 搬动中允许受到振动与冲击 医用超声诊断设备一般应能适应气候环境 组 机械环境 组的环境要求 同时在额定电压偏差 10 的范围内应能正常工作 3 环境要求 第四节医用超声诊断设备的通用要求 国家对医用电气设备制定了相应的国家标准和行业标准 包括 1 GB9706 1 2007医用电气设备 第1部分 安全通用要求 2 GB9706 9 2008医用电气设备 第2 37部分 超声诊断和监护设备安全专用要求 3 YY0505 2012医用电气设备 第1 2部分 安全通用要求并列标准 电磁兼容要求和试验 4 电气安全要求 小结 超声是振动频率在2 104Hz以上的机械波 临床上是通过压电晶体产生的 具有定向性 反射与折射 衰减及