超声波成像PPT演示课件.ppt

第八章超声波成像,目前,20世纪初,1950年,三次重大突破,利用灰度显像使超声技术进入临床,发展“实时”技术扩大超声应用范围,计算机与超声相结合,石英晶体超声发生器,A超应用医学诊断,B超、M超、多普勒彩超,第一节超声回波所携带的信息,第二节A型超声成像与M型超声成像,第三节B型超声成像,第四节频谱多普勒,第五节彩色多普勒血流成像,第六节三维超声成像,第七节其他超声成像技术,第八章超声波成像,第一节超声回波所携带的信息,二、超声回波成像的三个物理假定,一、反射和散射回波,超声波医学诊断技术,基于回波扫描的超声诊断技术,基于多普勒效应的超声诊断技术,超声波在不同组织界面产生反射和散射回波成像,运动物体散射或反射声波造成频移获取信息,解剖学范畴检测组织形态学信息获取,器官功能和血流动力学信息获取,如观测血流状态、心脏运动状况和血管栓塞,第一节超声回波所携带的信息,超声回波包含大界面反射波和小粒子散射波。,一、反射和散射回波,1.超声回波,反射波和散射波产生的机制不同，所携带的生物组织的信息含量和表现形式均不相同,这些生物组织之间声学特性(声特性阻抗、声衰减系数等)不同，因此超声通过的时候要产生反射和散射回波,人体可分为四种基本类型,上皮组织、肌肉组织、神经组织和结缔组织,反射回波主要携带位置信息,散射回波主要携带结构信息,骨组织与血液对超声波影响很大,组织不均匀性及异常结构形成散射回波,超声回波散射成像,一、反射和散射回波,1.超声回波,二、超声回波成像的三个物理假定,1.三个物理假定,声束在介质中直线传播,各介质中声速均匀一致,各种介质中介质吸收系数均匀一致,估计成像方位,估计成像层面,确定增益补偿等技术参数,回波位置与往返路程和声速的关系,l声源至界面距离,回波测距理论基础,t回波时间,2.脉冲回波测距,二、超声回波成像的三个物理假定,回波位置与往返路程和声速的关系,l声源至界面距离,回波测距理论基础,T回波时间,2.脉冲回波测距,二、超声回波成像的三个物理假定,声程不同，超声振幅衰减幅度不同,超声衰减幅度与界面深度呈正比关系,不同深度相同界面性质回波脉冲幅度差异很大,时间增益补偿(timegaincompensation，TGC)消除差异,3.时间增益补偿,二、超声回波成像的三个物理假定,较深部位回波信号放大倍数较大,按衰减的幅度进行补偿,增益与扫描时间成正比,较早达到的回波信号放大倍数较小,时间增益补偿依据第三条基本假设建立,二、超声回波成像的三个物理假定,一、A型超声成像,二、M型超声成像,第二节A型超声成像与M型超声成像,A型超声成像,一、A型超声成像,M型超声,时间运动型,辉度调制探头固定,纵轴表示脏器深度，横轴表示时间，构成活动曲线图,二、M型超声成像,用辉度调制(brightnessmodulation)方式显示超声回波,光点强弱代表幅度大小,以光点形式在显示器垂直扫描线上显示,M型超声成像,二、M型超声成像,M型超声成像原理图,多界面回波形成垂直亮点,运动脏器在垂直扫描线上各点发生位置上变动，定时采样回波并使之按时间先后顺序显示,M型超声成像对人体中的运动脏器功能的检查具有优势,二、M型超声成像,可进行多种心功能参数的测量,M型超声成像仍不能获得真正的二维解剖图像,不适用于静态脏器诊查,M型超声心动图（二尖瓣波群）,传统M型超声成像,二、M型超声成像,对不同深度界面反射回波信号进行辉度调制,随时间从左向右展开,图像质量主要取决于组织声学特点及探头发射频率,仅适用于以探头为顶点的90扇面内,解剖M型超声成像(anatomicM-mode，AMM),全方向M型超声,多角度、多平面M型超声,一、辉度调制式断面图像的形成,二、B型超声成像中的电子扫描,三、B型超声成像中的图像处理,四、B超图像及质量评价,第三节B型超声成像,一、辉度调制式断面图像的形成,采用辉度调制式显示,光点强弱代表回波信号幅度大小,快速移动探头发射声束逐次获得不同位置界面反射回波,B型超声成像(二维超声成像),B型超声成像原理图,一、辉度调制式断面图像的形成,线形扫描,扇形扫描,探头发射的声束在水平方向上快速移动,可得到垂直平面二维超声断面影像,通过改变探头角度,可形成垂直扇面二维超声断面影像,探头发射的声束在水平方向上快速移动即声束扫描,声束的线形扫描与扇形扫描,一、辉度调制式断面图像的形成,二维超声心动图（舒张期）,一、辉度调制式断面图像的形成,B型和M型主要差别,M型帧扫描是与时间成线性关系慢变化显示动态状况,B型帧扫描与声线实际位置严格对应显示断面图像,一、辉度调制式断面图像的形成,辉度调制探头固定,辉度调制声束运动,三种超声成像比较,一、辉度调制式断面图像的形成,扫描速度慢探头移动受体表限制,扫描速度高实时成像,电子线性扫描和相控阵扇形扫描,扫描(Scan),声束掠过某剖面的过程,手动和机械扫描,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,线阵式探头,阵元组顺序发射声束,若干阵元编为一组，一组阵元产生一束扫描声束，并接收信号，然后下一组阵元发射下一束，并接收。声束发射按阵元组顺序，相当一个声束线性平移。,回波信号处理后加在显示器Z轴上,调制亮度。Y轴表示回波深度，X轴对应声束扫描位置，合成矩形超声断面图像。,二、B型超声成像中的电子扫描,常规扫描,N个阵元构成阵元组,M个阵元构成线阵,相邻阵元组错开一个阵元,声束位于阵元组中心线即(N+1)/2,(M一N1)条扫描线组成一帧线性扫描图像,第一阵元组1、2、N阵元,第二个阵元组2、3、N+1阵元,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,常规扫描,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,隔行扫描,相邻阵元组错开两个阵元,先扫描奇数线，再扫描偶数线,每帧图像由（M一N）条扫描线构成,防止前一次回波对后一次扫描干扰,第一声束是1、2、,第二声束是3、4、2,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,隔行扫描,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,飞越扫描,降低前后扫描声束干扰,以128阵元换能器为例,第三声束2、3、10第四声束62、6370,依此类推声束位置依次5、65、6、66124,第一声束、29第二声束61、6269,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,飞越扫描,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,半间距扫描,提高横向分辨率,半个和四分之一线间距扫描,增加扫描线数2（M一N1）,第一声束110阵元发射，19阵元接收,第二声束110阵元发射，110阵元接收,第三声束211阵元发射，210接收,半间距扫描与飞越扫描结合,第四声束211发射，211接收,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,半间距扫描,二、B型超声成像中的电子扫描,1.电子线性扫描,2.相控阵扇形扫描,小尺寸多阵元换能器，声束通过胸部肋骨间小窗口透入体内扇形扫描，探测整个心脏,利用线阵式换能器阵元发射时的位相延迟，使合成声束轴线与线阵平面中心线有一夹角，随夹角变化实现扇形扫描。,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,各阵元组间有一顺序变化的位相差，合成声束有一角度变化，声束与阵列法线成角，延迟时间变化，角变化。颠倒激励顺序，合成声束将偏转到法线另一侧。,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,相控阵超声诊断仪通过延迟时间切换使声束在45范围扫描,改变值声速偏转角变化,设延迟时间为，阵元中心距d,则偏转角与关系为,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,“相控”接收原理,按时差对各晶片接收回波进行时差补偿然后叠加，获得目标空间位置正确信息,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,“相控”接收原理,按时差对各晶片接收回波进行时差补偿然后叠加，获得目标空间位置正确信息,二、B型超声成像中的电子扫描,声束偏转与声束聚焦结合使用,线性递变延迟与二次曲线延迟串联,获得既偏转又聚焦波束,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,声束偏转与声束聚焦结合使用,线性递变延迟与二次曲线延迟串联,获得既偏转又聚焦波束,二、B型超声成像中的电子扫描,2.相控阵扇形扫描,三、B型超声成像中的图像处理,动态范围,在回声信号既不被噪声淹没也不饱和的前提下，允许仪器接收放大回声信号幅度的变化范围,一般仪器在4060dB,动态范围越大，所显示影像的层次越丰富，影像越清晰,回声动态范围与显示器动态范围不相同,为防止有用信息的丢失,须对回声动态范围进行压缩,窗口技术,压缩无用灰阶信息保留并扩展有用微小灰阶差别,1.像素亮度后处理,按预定数据改变存贮像素值扩展或压缩灰阶,要求灰阶32级或64级,灰阶过少假轮廓,可进行窗口技术处理,三、B型超声成像中的图像处理,将模拟信号转换为数字信号,数字扫描变换器,极性翻转背景及回波黑白颠倒,2.空间后处理,读出电子放大,信号相加和平均线性内插法,图像翻转,横向翻转从左到右从右到左,垂直翻转从上到下从下到上,数字扫描变换器,三、B型超声成像中的图像处理,3.时间后处理,数字滤波器抑制噪声，加强边缘和平滑处理,离散数字图像,频域数字图像,超声图像,4.图像冻结(imagefreezing),显示屏上图像静止易于观察和拍照,抑制新信号进入,原信号循环输出,快速傅立叶变换,去除噪声频率,傅立叶反变换,数字扫描变换器,三、B型超声成像中的图像处理,四、B超图像及质量评价,1.声像图的特征,通过声阻抗差达到1的介质，在其交界面上产生反射,各组织声阻抗皆有所不同，故反射回波亦不同,由此可获得脏器组织断面大体形态及内部结构的解剖声像图和病变组织形态、部位等声像图,四、B超图像及质量评价,根据图像中的不同灰阶,把回波信号分为：,强回声、中等回声、低回声和无回声,按显示器上所形成状态，回声形态可划分为:,光团、光斑、光环、光点、光带等,1.声像图的特征,在与超声波束垂直平面上能分辨开相邻两点间最小距离的能力,2.空间分辨力,清晰区分细微组织的能力,超声束直径小于两点间距可将其分辨,四、B超图像及质量评价,横向分辨力,采用聚焦型探头,f声透镜焦距,减小焦距可以提高横向分辨力,Y相邻两点间最小距离,x两点到探头表面距离,a圆形晶片半径,x增加Y增大，横向分辨力下降,圆形晶片,四、B超图像及质量评价,横向分辨力,2.空间分辨力,纵向分辨力,超声传播方向上两界面回波不重叠的最小距离,设脉冲宽度，两界面可测最小距离d，声速c,若使两界面回波刚好不重合，必须满足,脉冲宽度愈小即脉冲持续时间愈短纵向可辨距离d愈小，纵向分辨率愈高,四、B超图像及质量评价,2.空间分辨力,界面A、B相距很近，脉冲宽度2TAB,脉冲射入时，经A反射的脉冲后沿和经B反射的脉冲前沿重叠，AB两点不能分辨。当脉冲宽度2TAB,AB两点能分辨。,四、B超图像及质量评价,盲区,最小探测深度以内的距离,盲区内病灶反射信号不能被完全接收,缩短盲区，只有缩短脉冲宽度但可造成超声能量减少影响灵敏度,通常在适当缩短脉冲宽度同时提高脉冲频率补偿,一般脉冲宽度随频率而设定,频率2.5MHz，脉冲宽度3.5s左右,频率1.25MHz，脉冲宽度5s左右,四、B超图像及质量评价,侧向分辨力,四、B超图像及质量评价,厚度分辨力,单晶或环型换能器,侧向分辨力与横向分辨力相等,线阵、凸阵及相控阵换能器,有侧向分辨力与横向分辨力之区别,短轴方向的分辨力称为横向分辨力,长轴方向的分辨力称为侧向分辨力,侧向分辨力即指超声成像系统在既与声束轴垂直，又与换能器短轴垂直的方向上分辨二个相邻目标的最小距离,3.对比度分辨力,四、B超图像及质量评价,是对超声图像中相邻两个结构能够加以区分程度的量度,超声图像对比度是画面上相邻两个结构亮度之比,反射特性主要由生物组织的阻抗特性决定,主要取决于反射特性和纹理,两种组织的声阻抗差越大，其反射强度越大，其对比度也越好,4.时间分辨力,四、B超图像及质量评价,单位时间成像的幅数，即帧频，表示时间分辨力,帧频越高，获取图像的时间越短，即成像速度越快，其时间分辨力越高,时间分辨力的极限,合理选择R、F和N,多声束技术可突破上式的极限,显示相似振幅不同灰阶细微差别回声的能力,低对比度条件下鉴别软组织和细微结构的能力,整个显示画面的均匀程度,图像插补处理改善图像均匀性,远场水平扫描线上增加像素,消除像素矩阵中的空格,内插入扫描线数弥补声线数不足，改善对比清晰度,5.清晰均匀性,对比清晰度,图像均匀性,四、B超图像及质量评价,实际情况下,三个物理假定难满足,技术限制、方法不全,诊断上的主观推断,伪像表现形式,形状位置失真造成的伪像,亮度失真造成的伪像,(1)伪像形成的原因,6.伪像(Artifact),四、B超图像及质量评价,1)超声图像形状与位置的失真,圆柱体后成像,图像形状与位置失真的原因,声速的改变反射和折射出现的虚像会使观察者分不清图像的真实轮廓，因而也就相当于改变了形状。,四、B超图像及质量评价,图像亮度失真的原因,声束传播路径上媒质的不均匀性,声速、声衰减变化、界面存在改变回波强弱而改变亮度,反射或折射回波与原区域回波叠加引起亮度增强造成图像失真,2)超声图像亮度的失真,四、B超图像及质量评价,1)混响(reverberations),3)旁瓣伪像(sidelobeartifact),4)声影(acousticshadowing),多次反射,识别方法侧动探头加压探测,2)切片厚度伪像(sliceartifact),部分容积效应(partialvolumeeffect),识别方法改变体位,(2)伪像分类与识别,四、B超图像及质量评价,5)后方回声增强(enhancementofbehineecho),6)折射声影(refractiveshodwing),7)多途径反射伪像,8)镜面伪像(mirrorartifact),9)透镜效应伪像(artifactfromlenseffect),10)声速失真(velocitydistortion),(artifactfrommultipathreflection),四、B超图像及质量评价,不同类型后方回声示意图,四、B超图像及质量评价,6.伪像(Artifact),四、B超图像及质量评价,表示胆结石的超声图像,6.伪像(Artifact),伪像还可以来自设备硬件的损坏，信号采集、处理、扫描参数选择，仪器调节不当以及视野大小、位置选择和人体摆位不当等。这类伪像的克服或减弱标志着设备运行质量提高，及医生对被检者摆位及运动状态的合理指导，从而有效控制图像质量。,四、B超图像及质量评价,各种超声伪像,四、B超图像及质量评价,第四节频谱多普勒,一、脉冲多普勒,二、连续多普勒,三、频谱分析与显示,四、伪像,一、脉冲多普勒,距离选通(rangegating),距离分辨(rangeresolution),原理,在一选择性的时间延迟Td后接受回波信号,即只接收某一距离上的回波信号。,1采样容积,一、脉冲多普勒,1采样容积,调节取样脉冲延迟k,选出深度,确定纵向分辨单元厚度,提取采样单元血流信号,抑制其它深度信号,距离选通测量血流,距离选通过程,一、脉冲多普勒,1采样容积,Tk取样脉冲延迟时间,调节k，测量不同深度血流信号,cS采样容积(samplevolume),发出回波信号的体积,S声束截面积采样时间间隔,决定回波信号深度,一、脉冲多普勒,1采样容积,在大多数仪器中，采样容积宽度不可调节。采样容积长度取决于脉冲群长度（脉冲波波长与脉冲波数目的乘积）。探头频率选定后，脉冲波波长也不可改变，通过改变脉冲波数目，调节采样容积长度。通常，采样容积长度的调节范围为：110毫米。,一、脉冲多普勒,1采样容积,脉冲重复频率也称采样频率,脉冲频率一般为几兆赫,脉冲重复频率与脉冲频率不同,脉冲重复频率一般为几千赫,2.脉冲重复频率对血流测量的限制,一、脉冲多普勒,下一次脉冲发射之前最后到达换能器的回波信号对应的位置深部,不发生距离模糊的条件,不发生频率重叠的要求,一、脉冲多普勒,2.脉冲重复频率对血流测量的限制,最大可测流速vmax和最大可测深度Rmax相互制约，测量深部高速血流困难,频移公式,结合,一、脉冲多普勒,2.脉冲重复频率对血流测量的限制,尼奎斯特频率极限(Nyquistfrequncylimit),脉冲重复频率的二分之一，即PRF2,频谱信号未充满整个频谱（PRF2）仍可判定频移方向，将正负方向频移绝对值相加，可得真实频移值。,单纯性频率失真(simplefrequncyaliasing),PRFfdPRF2，频移信号充满PRF2后折叠到PRF2部分，表现为正负双相单次折叠，频率出现大小和方向伪差。,一、脉冲多普勒,fdPRF，频移信号充满频谱+PRF2和-PRF2范围后，再折叠到PRF2部分，表现为正负方向多次折叠,要接收到频移信号,PRF必须大于fd2倍。,fdPRF2，频移信号方向和大小均可准确显示,复合性频率失真(complexfrequncyaliasing),不能判断频移信号方向和大小，无法确定真实多普勒频移。,一、脉冲多普勒,反之，多普勒频移可测值增大,流速可测值增大,探头频率fo不变时，采样深度和测量速度乘积是常数,增大采样深度会降低流速可测值,采样深度增加,回波时间增加,脉冲重复频率降低,频移可测值降低,流速可测值降低,由式可知,一、脉冲多普勒,二、连续多普勒,理论上,接收频率与发射频率之差即为多普勒频移,流速的测量值只取决于多普勒频移值,而不受脉冲重复频率的限制,脉冲重复频率为无穷大,实际上,最大可测血流速度受数字模拟转换器工作速度的限制,二、连续多普勒,连续多普勒探头连续地发射和接收脉冲波，多普勒超声束内所有回波信号均被记录下来,当声束与血流方向达到平行时,声束内所包含的红细胞数量最多，出现特征性音频信号和频谱形态,当声束与血流方向之间出现夹角时,声束内的红细胞数量锐减，使音频信号和频谱形态出现明显的变化,用于探查奇异方向的高速射流,二、连续多普勒,连续多普勒主要缺点,不能进行定位诊断,探头的敏感性较低,高脉冲重复频率多普勒,优点能测量高速血流,缺点不能定位,介于脉冲多普勒和连续多普勒之间的一种技术,1.频谱分析,频移大小可代表血细胞速度,需频谱分析提取频率分量,从频率信息可获得速度信息,反向流,正向流,固定目标,血管壁,运动,三、频谱分析与显示,血细胞朝向探头运动正向流动,血细胞背向探头运动反向流动,f值越靠近fo，血细胞运动速度越小,多普勒频移越大血细胞运动速度越大,多普勒频移为正,多普勒频移为负,三、频谱分析与显示,反向流,正向流,固定目标,血管壁,运动,1.频谱分析,红细胞流速不一,多普勒频移值不一,红细胞数量不一,回声信号多频率,振幅信号不一,回声信号多振幅,血流脉动,频率和振幅随时间变化,多种频率和振幅组成随时间变化的复杂信号,须实时分析每一信号频率、振幅及其随时间变化过程,三、频谱分析与显示,主要频率分析技术,利用傅立叶理论实时分析多普勒信号频率、振幅及其随时间变化过程。,把组成复杂振动的各个简谐振动的频率和振幅找出来，列成频谱加以分析。,三、频谱分析与显示,实时频谱分析的方法主要是采用快速傅里叶转换,(1)音频输出,2.频谱显示,层流音频带很窄音乐样单纯音调,湍流音频带很宽粗糙的搔抓样噪音,频移信号,声讯号,低速血流声音低调、沉闷,音频信号失真较少可正确判断血流性质,声音响度反映振幅大小,高速血流声音高调、尖锐,音调高低反映频率高低,三、频谱分析与显示,(2).图像输出,振幅时间谱,纵坐标代表振幅，以振幅对数值显示,帮助确定取样容积位置,横坐标代表时间,主要用途,协助判断异常血流起源,三、频谱分析与显示,2.频谱显示,速度(频移)时间谱,横坐标为频移时间，表示血流持续时间,纵坐标为速度（频移）幅度，反映血流速度的大小,零位基线以上频移信号正值，正向血流,零位基线以下频移信号负值，负向血流,三、频谱分析与显示,(2).图像输出,2.频谱显示,肱动脉血流频谱图（速度-时间谱）,频谱辉度,（频谱的亮度）,反映采样容积或探查声束内具有相同流速红细胞相对数量多少,数量越多频谱灰度越深,数量越少频谱灰度越浅,频谱离散度,以频谱垂直距离宽度表示,代表某一瞬间采样容积或探查声束内红细胞速度分布范围大小,速度分布范围大，频谱增宽,速度分布范围小，频谱变窄,三、频谱分析与显示,速度(频移)时间谱是多普勒信号的三维显示,x轴代表时间,y轴代表频率,z轴(灰阶)代表振幅,表达多普勒信号的振幅、频率和时间三者之间的相互关系显示多普勒信号全部信息。,三、频谱分析与显示,功率谱（powerspectrum）,频谱分析主要形式,横坐标代表频率，纵坐标代表振幅,频率与振幅乘积即频谱曲线下面积等于信号功率,频率代表红细胞流速,振幅代表具有该流速红细胞的数目,功率谱可视为取样容积或探查声束内红细胞流速与红细胞数量间的关系曲线,三、频谱分析与显示,(2).图像输出,2.频谱显示,1.混叠现象,四、伪像,2.角度依赖伪像,3.频谱增宽,4.对称性频谱伪像,第五节彩色多普勒血流成像,二、自相关技术,三、信号输出的显示方式,四、彩色多普勒血流成像的特点,五、彩色多普勒血流成像的局限,一、多道距离选通测量,六、伪像,脉冲超声多普勒和B超混合成像,彩色多普勒血流成像(colorDopplerflowimaging，CDFI)仪(俗称“彩超),多道选通技术获得信号,相控阵扫描回波,频谱分析或自相关处理,滤去低频信号,红、蓝、绿色彩显示信号,原理,第五节彩色多普勒血流成像,彩超主要特点,B型图像以黑白显示,血流以彩色显示与脏器组织区分。血流信息送入彩色处理器，编码后彩色显示器显示,二维彩色多普勒中，一条声束多次取样，相邻两个取样信号血流信息不同。采用自相关技术作信号处理。,彩色血流图像显示在B型图像上。信号分成两路，一路形成黑白的B型图像，另一路用于多普勒血流彩色显像。,第五节彩色多普勒血流成像,一、多道距离选通测量,多道距离选通,多道（或多门）脉冲多普勒系统,多道伪随机多普勒系统,采用一道发射电路和多道选通测量电路,各采样容积沿声束均匀分布于血管内,同时测量血管内各点的血流速度构成流速分布图,单道位相检测,如图vp是血流速度,时间差为,发射周期内发射声波为,则P点回波信号为,一、多道距离选通测量,是第二个脉冲周期时,换能器和质点P的距离由于质点流动,不等于，相位改变,下一个脉冲发射周期，即T=t2t1,第一脉冲周期内,一、多道距离选通测量,求出位相差即可测得质点流速,多道距离选通是对多个单道位相检测的迭加,一个周期内质点位移x与速度vp关系,x=Tvp,因此,一个发射接收周期内，位相差随时间按vp分布变化,一、多道距离选通测量,单道位相检测,一、多道距离选通测量,彩色多普勒血流图需处理信息量远远大于多普勒频谱图。每帧图像要处理一万个以上像素，实时显示时，众多采样点频谱分析十分困难。FFT技术难以满足要求。必须采用一种快速频谱分析方法代替FFT，这就是自相关技术。,二、自相关技术,频移信号Z(t),混合乘法器,延迟电路延迟时间T,正交信号y(t)（）,正交信号x(t)（）,信号计算,正交信号,正交信号,求商得继而求V,分解,分解,输入,输入,出输,输出,二、自相关技术,延迟信号,自相关信号处理示意图,二、自相关技术,三、信号输出的显示方式,多普勒频移信号经频率色彩编码器,转换成彩色实时叠加在B型黑白图像上,三种基本颜色,红色表示正向流动,蓝色表示反向流动pu,绿色表示湍流或紊乱,亮度表示流速大小或紊乱程度,彩色多普勒的两种传统输出方式,1.速度方式显示血流速度大小和方向,2.方差方式方差大小显示血流紊乱湍流程度,红、蓝色及其亮度表示,绿色、二次色及其亮度表示,三、信号输出的显示方式,血流彩色显示规律,三、信号输出的显示方式,缩小扫描角度,缩小扫描距离,三、信号输出的显示方式,心脏超声诊断中，通常以30帧秒-1的速度提供所需的图像,高帧数图像显示两种方法,肝脏血流显像,三、信号输出的显示方式,心尖位左心长轴切面彩色多普勒血流成像图,三、信号输出的显示方式,四、彩色多普勒血流成像的特点,1.彩色多普勒与B型超声,显像红细胞回声信号为黑色,可观察到低流速血流,不显示高速血流图像,B型显像仪不能有效显示血流,B型超声,彩色多普勒,血流信息色彩显示,组合B型图像加快B型检查心脏疾病,直接采集心内血流速度轮廓信息,2.彩色多普勒与频谱多普勒,频谱多普勒,不直接显示血流图像,频谱分析了解血流信息,直观显示血流,辨别湍流了解流速分布,定量测定血流,彩色多普勒,四、彩色多普勒血流成像的特点,彩色多普勒血流显像局限性,四、彩色多普勒血流成像的特点,显示血流速度范围受脉冲重复频率影响,显示高速血流出现色彩重叠及镶嵌图像,受每秒帧数范围限制,每秒帧数减少实时程度减低,每秒帧数提高扫描角度缩小,二维图像质量与血流现象互相兼顾,血流显示清晰图像质量减低,彩色多普勒血流显像局限性,五、彩色多普勒血流成像的局限,血流显像受仪器性能影响,采用自相关技术,采样频率极限低易出现彩色逆转,不提供流速的瞬时分布,假二维图像,显示方式角度二维信息,血流矢量角度一维信息,不能定量分析峰值流速,彩色多普勒血流显像局限性,五、彩色多普勒血流成像的局限,六、伪像,1.衰减伪像,2.角度依赖伪像,3.彩色混叠,4.彩色外溢,5.闪烁伪像,第六节三维超声成像,二、静态、动态和实时三维成像,一、三维超声成像的基本原理,三维图像比二维图像,第六节三维超声成像,显示更为直观,信息更加丰富,病灶的空间定位和容积测量更准确,三维超声成像从人体某一部位的几个不同位置和角度按一定规律采集二维图像信息再经计算机处理后,重建三维图像形成该部位脏器三维形态的立体影像,基本步骤图像数据采集图像数据处理三维图像显示,一、三维超声成像的基本原理,1.图像数据采集,电子扫查式,机械驱动扫查式,一、三维超声成像的基本原理,自由臂式扫描,非自由臂式扫描,高质量三维数据的采集是三维重建图像质量好坏的关键，需要解决采集速度足够快，采集的二维图像定位足够准确和操作方便等问题,根据检查的需要医生手持探头在被检者体表进行移动,二维成像的探头和机械驱动装置组成,采用二维面阵探头以相控阵原理控制声束线进行二维扫查,机械驱动式扫查,一、三维超声成像的基本原理,1.图像数据采集,2.图像数据处理,基于特征的三维图像重建,一、三维超声成像的基本原理,三维图像数据库,三维图像重建,基于体素的三维图像重建,形成过程就是将采集的原始图像数字化存储,并对其图像间的空间间隔进行像素插值补充的处理过程,3.显示方式,一、三维超声成像的基本原理,表面成像,透明成像,图像数据库中选取部分数据重建轮廓，显示感兴趣结构的立体形态、表面特征、空间位置关系，可对显示的感兴趣结构的容积或体积进行测量,用来显示实质性脏器内部结构的三维成像,最大回声模式,最小回声模式,三维超声成像（胎儿）,3.显示方式,表面成像,一、三维超声成像的基本原理,静态三维成像,二、静态、动态和实时三维成像,动态三维成像,实时三维成像,采用自由臂扫查方式,每扫查一次只能重建一幅静止的图像,采用非自由臂扫查方式,可以实现三维数据的动态显示,三维成像速度达到每秒24帧时,二、静态、动态和实时三维成像,动态三维成像,第七节其他超声成像技术,二、谐波成像,三、彩色多普勒能量成像,四、多普勒组织成像,五、超声组织定征,一、超声造影成像,六、声学定量与彩色室壁动态分析,七、超声弹性成像,八、全景超声成像,一、超声造影成像,原因：人体组织界面复杂性超声检测技术局限性,界面两侧组织的声特性阻抗相差0.1以上时，反射的超声可被探测到,临床实际应用中，超声难以分辨阻抗差别微小的组织,人为增强病变组织回声或减低其周围背景回声使二者间有明显反差，衬托病灶影像,超声造影成像,声学造影剂,散射截面大,使背向散射信号增强,突出感兴趣区域,改善图像信噪比,物理形态分类,含自由气泡的液体,含包膜气泡的液体,含悬浮颗粒胶状体、乳剂及水溶剂,特点,一、超声造影成像,用于诊断的超声造影,血管内造影,非血管造影,一、超声造影成像,应用分类,心脏超声造影,除心脏以外,成像对造影剂的要求,气泡更稳定，半衰期长,微泡的大小可控制，易排出,一、超声造影成像,对人体无害，不影响人体血流动力学,具有良好的造影作用，经外围静脉注射通过肺循环使心肌造影,二、谐波成像,谐波成像(harmonicimaging,HI),非线性效应产生的二次谐波携带信息成像,1.组织谐波成像(tissueharmonicimaging,THI),谐波回波显示组织结构信息成像,超宽频带探头,多频段实时平均处理,增强深部回声,减弱浅层回声,优点,评价心室壁运动准确,显像困难患者心内膜边界可获得清晰图像,肥胖、肋间隙狭窄、胸廓畸形、肺气肿及老年患者心脏显像清晰,二、谐波成像,g.克服由体型或病理原因产生的显像困难,对超声诊断仪性能要求,a.超宽动态范围,b.窄细发射频率,c.尖锐的接收滤波器和数字化波形处理系统,d.可接收组织微弱高频谐波信号,e.降低像素点尺寸提高对比分辨力和轴向分辨力,f.减少图像伪像，显示组织微细特征,二、谐波成像,利用直径小于10m气泡空化效应明显增强散射信号中二次谐波。,可消除引起噪音的低频成分，组织边缘成像更清晰。,2.对比谐波成像(contrastharmonicimaging,THI),用超声造影剂的谐波成像,二、谐波成像,2.对比谐波成像(contrastharmonicimaging,THI),二、谐波成像,作用及应用,二、谐波成像,传统彩色多普勒血流成像,三、彩色多普勒能量图,增益过高或阈值过低时,噪声容易掩盖血流信号,发生混叠效应,彩色多普勒能量(colorDopplerenergy,CDE)成像弥补了这些不足,多普勒信号中能分解并提取和显示3种多普勒信号参数,三、彩色多普勒能量图,平均血流速度,速度变量,信号强度,CDE成像原理与传统彩色多普勒血流成像不同,仅利用了频移的信号，用自相关频率分析方式提取两种多普勒参数,利用反射多普勒频移信号强度，从中提取其功率谱，即红细胞散射能量传统彩色多普勒血流成像：速度方式的总积分进行彩色编码成像,