生物医学工程基础（四）—生物医学图象ppt课件

1、2022-2-7.1Imaging technologies are changing the way science is done(R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993) 2022-2-7.22022-2-7.32022-2-7.42022-2-7.52022-2-7.62022-2-7.7 1942Dr. Karl Theodore Dussik (1908-) 第一个发表，用超声波透射脑部Karl Theodore Dussik (1908-) Dussik的脑部影像的脑部影像 2022-2-7.82022-2-7.9 1951-Dr. J

2、ohn Julian Wild用A-mode超音波扫描人体2022-2-7.10接触皮肤的B-mode 1958Dr. Ian Donald 与电机工程师 Tom Brown开发出接触皮肤的B-mode超声波探头1 2022-2-7.112022-2-7.122022-2-7.131984Dr. Kazunori Baba(马场一宪)首先开发出3D超音波影像2022-2-7.14 Speckle noise Dynamic range2022-2-7.15 采用频率高于声波频率的超声波采用频率高于声波频率的超声波 (typically above 1MHz)，医用频率，医用频率2.513MHz

3、(常用常用2.5 5MHz) 超声是超声是机械波机械波，由物体机械振动产生，由物体机械振动产生，用压电晶体产生用压电晶体产生超声波超声波 进入人体的超声波遇到密度变化的组织界面时，产生较进入人体的超声波遇到密度变化的组织界面时，产生较强的回波信号强的回波信号 记录回波记录回波 （Echoes） 反射波的延迟确定界面位置，根据接收到的回波成象，反射波的延迟确定界面位置，根据接收到的回波成象，反映人体断面结构反映人体断面结构 对多普勒回波信号频移的分析，可以得到血流（组织）对多普勒回波信号频移的分析，可以得到血流（组织）运动方向和速度信息运动方向和速度信息2022-2-7.16介质名称平均衰减系数

4、（11/MHzcmdB)血液0.18肝0.94肾1.0肌肉1.051.75软组织1.351.68颅骨20肺40空气10水0.0022022-2-7.17组织名称平均速度（m/s)脂肪1450脑1541肝1549肾1561脾1566血液1570肌肉1585软组织（平均值）1520颅骨4080水1480空气3302022-2-7.182022-2-7.1911,cZ22,cZirt2022-2-7.202022-2-7.212022-2-7.22界面两边的组织反射率脑颅骨0.66脂肪骨0.69脂肪血0.08脂肪肾0.08脂肪肌肉0.10脂肪肝0.09肌肉血0.03肌肉肾0.03肌肉肝0.01软组织

5、水（均值）0.05软组织空气0.9991软组织PZT5晶体0.892022-2-7.23接收电路发射电路显示器zRT换能器2022-2-7.24线阵探头凸阵探头相控阵探头线阵、线阵、 凸阵、凸阵、 相控阵、相控阵、 二维面阵二维面阵2022-2-7.252022-2-7.26超声探头产生与探测超声波原理超声探头产生与探测超声波原理2022-2-7.27+-+-2022-2-7.282022-2-7.29压电陶瓷的压电效应压电陶瓷的压电效应 压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。晶压电材料，它具有

6、类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从而电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从而存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶体上存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的压电原始的压电陶瓷内极化强度为零陶瓷内极化强度为零。直流电场E剩余极化强度剩余伸长电场作用下的伸长 极化处理前极化处理中极化处理后 在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F：陶瓷片将产生陶瓷片将产生压缩形变压缩形变（图中虚线），片内的正、负束（图中

7、虚线），片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。因此，原来缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。因此，原来吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，而出现吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，而出现放放电荷现象电荷现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状当压力撤消后，陶瓷片恢复原状( (这是一个这是一个膨胀过程膨胀过程) )，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象充电现象。正压电效应：机械效应转变为电能正压电效应：机械效应转变为电能。 极化方向F30四

8、川大学材料学院生物医学工程系在陶瓷片上加一个与极化方向相同的电场在陶瓷片上加一个与极化方向相同的电场由于电场的方向与极化强度的方向相同，所以电场的作由于电场的方向与极化强度的方向相同，所以电场的作用使极化强度增大。这时，陶瓷片内的正负束缚电荷之用使极化强度增大。这时，陶瓷片内的正负束缚电荷之间距离也增大，就是说，陶瓷片沿极化方向产生间距离也增大，就是说，陶瓷片沿极化方向产生伸长形伸长形变变（图中虚线）。（图中虚线）。如果外加电场的方向与极化方向相反，则陶瓷片沿极化如果外加电场的方向与极化方向相反，则陶瓷片沿极化方向产生方向产生缩短形变缩短形变。逆压电效应：电能转变为机械能逆压电效应：电能转变为

9、机械能 极化方向电场方向电能电能机械能机械能正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应31四川大学材料学院生物医学工程系2022-2-7.322022-2-7.332022-2-7.342022-2-7.35t换能器换能器回波信号回波信号2022-2-7.36时间深度探头皮肤2022-2-7.37接收电路显示器换能器发射电路发生器同步信号 2022-2-7.38换能器换能器C型平面型平面2022-2-7.39皮肤皮肤血管血管v0fDff 00cos2fcvfD2022-2-7.402022-2-7.41CfVFCfVVFdd/cos*2/*2/200V0f2022-2-7.420ff0f fP2

10、022-2-7.43)(a)(b)(fStf2022-2-7.44血流血流测量测量流速剖面流速剖面形成形成B型型成像成像探头谱分析谱分析2022-2-7.45波束形成波束形成电路电路图像图像存储器存储器坐标变换坐标变换电路电路DSC部件部件探头探头显示器显示器2022-2-7.462022-2-7.472022-2-7.48A/D图像存储、图像存储、处理与显示处理与显示模拟延迟线模拟延迟线回波信号回波信号换能器换能器阵元阵元S模拟波束形成器模拟波束形成器A/DA/D数字延迟线数字延迟线回波信号回波信号换能器换能器阵元阵元数字波束形成器数字波束形成器图像存储、图像存储、处理与显示处理与显示SA/

11、D=模拟模拟 / 数字数字2022-2-7.49 波束形成器波束形成器 # P 波束形成器波束形成器 # 3 波束形成器波束形成器 # 2 回波信号换能器阵元123N换能器阵元数换能器阵元数NA/D物理通道数物理通道数 ZS 波束形成器波束形成器 # 1 A/D #1A/D #M波束形成通道数波束形成通道数 M波束形成器数波束形成器数 P 物理通道数物理通道数 Z 阵元数阵元数 N 波束形成通道数波束形成通道数 M 波束形成器数波束形成器数 P 一个声束由17个振元合成发生,文件链接2022-2-7.50换能器换能器阵元阵元回波回波信号信号 波束形成器波束形成器 # 1 波束形成器波束形成器

12、# 4 # 1# 4 波束形成器波束形成器 # 2 波束形成器波束形成器 # 3 # 3# 22022-2-7.512022-2-7.522022-2-7.532022-2-7.542022-2-7.55滤波器的阶数n62滤波器的通带截止频率过大阻带截止频率过小 2022-2-7.56滤波器的阶数n138获得了足够大的阻带衰减 2022-2-7.572022-2-7.582022-2-7.592022-2-7.60超声回波超声回波信号采样点信号采样点电视显示电视显示象素点象素点 坐标变换坐标变换 数据插补数据插补2022-2-7.612022-2-7.622022-2-7.632022-2-7

13、.642022-2-7.652022-2-7.662022-2-7.672022-2-7.682022-2-7.692022-2-7.702022-2-7.712022-2-7.722022-2-7.73BeforeDuringAfterSANSVCRAARAARAASVCSVCABC2022-2-7.742022-2-7.752022-2-7.762022-2-7.77XCTMRI超超声声ECT空空间间分分辨辨率率+时时间间分分辨辨率率+对对比比度度+解解剖剖形形态态+功功能能评评价价+代代谢谢评评价价-+受受体体评评价价-+2022-2-7.78功功能能特特点点X线机线机XCT磁共振磁共振同位素同位素超声超声 透视透视 拍片拍片 无创、无电离辐射无创、无电离辐射 断层成像断层成像 实时、动态实时、动态 形态、功能与定征形态