第一章超声成像的绪论

1、高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业医学影像技术专业超声诊断学超声诊断学CAI课件课件医学超声学医学超声学-原理与技术原理与技术 新乡医学院新乡医学院 医疗仪器教研室医疗仪器教研室 龙云玲龙云玲高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业医学影像技术专业超声诊断学超声诊断学CAI课件课件Photo courtesy Philips Research 第一章第一章 绪论绪论1. 熟悉超声的定义、特性及产生机制熟悉超声的定义、特性及产生机制4. 了解超声技术的发展及趋势了解超声技术的发展及趋势2. 熟悉生物组织对入射声束的作用熟悉生物组织对入射声束的作用

2、 3. 熟悉入射超声对生物组织的作用熟悉入射超声对生物组织的作用 5.了解超声诊断的安全性及注意事项了解超声诊断的安全性及注意事项 超声蝙蝠利用蝙蝠利用超声导航超声导航人们受到人们受到启示启示声声呐呐探测海深、海探测海深、海底暗礁等底暗礁等探测鱼群、潜艇探测鱼群、潜艇位置等位置等绘水下数绘水下数千米千米地形图地形图仿生学仿生学直线传播直线传播能量大能量大2 2、超声的特点、超声的特点：频率高频率高1 1、什么是超声？、什么是超声？高于高于20000Hz20000Hz的声音的声音医医 学学 超超 声声 的优点的优点 v超声波成像超声波成像优点优点 无损伤，无痛苦，无电离辐射，可反复进行，尤其适合

3、软组织诊无损伤，无痛苦，无电离辐射，可反复进行，尤其适合软组织诊断，有较高灵敏度和分辨率，是目前唯一能实时观察心脏内部结断，有较高灵敏度和分辨率，是目前唯一能实时观察心脏内部结构的临床检查方法。构的临床检查方法。超声波成像特点超声波成像特点（1 1）有高的软组织分辨力。）有高的软组织分辨力。（2 2）具有高度的安全性。）具有高度的安全性。（3 3）实时成像。）实时成像。超声的应用超声的应用 （1 1） 超声检验超声检验（2 2） 超声处理超声处理（3 3） 基础研究基础研究3 3、超声的应用：、超声的应用：超声导航超声导航声呐声呐穿透能力强穿透能力强超声诊断仪超声诊断仪金属探伤仪金属探伤仪破碎

4、能力强破碎能力强杀菌、消毒杀菌、消毒清洗精密零件清洗精密零件将不可混合液体混合如油和水将不可混合液体混合如油和水缩短种子发芽时间，提高发芽率；促进植物生长缩短种子发芽时间，提高发芽率；促进植物生长超声加工如金刚石、玻璃等超声加工如金刚石、玻璃等超声除尘如烟囱里冒的黑烟超声除尘如烟囱里冒的黑烟医学方面医学方面: :1 1、超声治牙、超声治牙2 2、超声诊断仪（、超声诊断仪（B B超）超）3 3、人体内结石击碎、人体内结石击碎4 4、超声波加湿器（雾化）、超声波加湿器（雾化）5 5、医疗器械杀菌、消毒、医疗器械杀菌、消毒 超超 声声 成成 像像 发发 展展 史史1917年法国人发明声纳年法国人发明

5、声纳20世纪世纪40年代末，超声用于医学诊断（年代末，超声用于医学诊断（A型）型）20世纪世纪50年代初，临床使用脑回声图，年代初，临床使用脑回声图，M型超声心动图型超声心动图20世纪世纪50年代末，超声多普勒技术年代末，超声多普勒技术20世纪世纪60年代中，年代中，B型超声超声诊断仪型超声超声诊断仪20世纪世纪80年代，双功年代，双功( duplex) 声像图声像图 + 多普勒频谱多普勒频谱20世纪世纪90年代年代，新技术，三功，新技术，三功(triplex) 声像图声像图+多普勒频谱多普勒频谱+彩色多普彩色多普勒血流显示勒血流显示 ，三维立体声像图及数字化，三维立体声像图及数字化由黑白灰阶

6、超声成像发展到彩色多普勒超声由黑白灰阶超声成像发展到彩色多普勒超声（Colour Doppler）谐波成像、组织多普勒成像）谐波成像、组织多普勒成像等新型成像技术和各项新的超声检查技术（如腔内等新型成像技术和各项新的超声检查技术（如腔内超声检查、器官声学造影检查、介入超声）逐渐应超声检查、器官声学造影检查、介入超声）逐渐应用于临床。由单纯诊断发展到诊断与治疗两方面。用于临床。由单纯诊断发展到诊断与治疗两方面。目前超声和目前超声和X线线-CT、磁共振与核医学共同组成现、磁共振与核医学共同组成现代四大医学影像技术。代四大医学影像技术。 超超 声声 成成 像像 发发 展展 史史 中国中国超超 声声

7、成成 像像 发发 展展 史史始于始于1958年秋，诞生地在上海，年秋，诞生地在上海，2008年超声诊断年超声诊断50周年周年“上海市第六人民医院上海市第六人民医院-中国超声诊断发源地中国超声诊断发源地” -卫生部长钱信卫生部长钱信中中超声诊断超声诊断 诊断与治疗诊断与治疗医医 学学 超超 声声 设设 备备 的的 发发 展展 趋趋 势势 v 一方面是价格低廉的便携式超声诊断仪大量进入市场一方面是价格低廉的便携式超声诊断仪大量进入市场v 另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展，介入超另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展，介入超声、全数字化电脑超声成像、三维成像及超声组

8、织定性不断取得进展，使声、全数字化电脑超声成像、三维成像及超声组织定性不断取得进展，使整个超声设备和诊断技术呈现出持续发展的热潮。整个超声设备和诊断技术呈现出持续发展的热潮。 v 在探头方面，新型材料、新式换能器不断推出，如高频探头、腔在探头方面，新型材料、新式换能器不断推出，如高频探头、腔体探头、高密度探头相继问世，进一步提高了超声诊断设备的档次与体探头、高密度探头相继问世，进一步提高了超声诊断设备的档次与水平。水平。 超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制一、定义一、定义 1.1.超声超声 是一种机械波，其频率在是一种机械波，其频率在2020千赫兹以上千赫兹以上。 2 2.医

9、学诊断用超声医学诊断用超声 频率在频率在2 21010兆赫兹范围的超声。兆赫兹范围的超声。 3.3.超声的特性超声的特性 超声波可在气体、液体超声波可在气体、液体、固体等介质中传播固体等介质中传播 超声波可以传递很强的能量超声波可以传递很强的能量 超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象绕射、干涉等现象 超声波在液体介质中传播时，会在界面产生冲击超声波在液体介质中传播时，会在界面产生冲击和空化现象和空化现象 超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制二、超声的传播二、超声的传播 1. 1.传播速度传播速度 （c c） 由传播

10、介质决定，不同人体组织器官的声速不同，由传播介质决定，不同人体组织器官的声速不同，平均声速为平均声速为15401540米米/ /秒，其中空气最小（秒，其中空气最小（350350米米/ /秒），秒），骨骼最大（骨骼最大（38503850米米/ /秒）。秒）。 2. 2.超声频率超声频率 （f f） 由探头中压电材料决定，在由探头中压电材料决定，在2 21010兆赫兹范围。兆赫兹范围。 3. 3.超声波长超声波长 （） 超声波长与声速和频率满足关系式：超声波长与声速和频率满足关系式：fc超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制三、超声声束的空间分布三、超声声束的空间分布 1.1.声束声

11、束 在一个有限的立体角内传播的超声在一个有限的立体角内传播的超声 。 2. 2.声轴声轴 声束的中心线。声束的中心线。 3. 3.近程区近程区 靠近探头区域，声束等宽靠近探头区域，声束等宽 4.4.远程区远程区 远离探头区域，声束发散远离探头区域，声束发散超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制v 超声声束空间分布示意图超声声束空间分布示意图 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用一、生物组织对入射超声的作用一、生物组织对入射超声的作用 （一）两个基本概念（一）两个基本概念 声特性阻抗声特性阻抗 介质的密度介质的密度()()与声速与声速(c)(c)的乘积，不同组的乘积

12、，不同组织的声特性阻抗不一样。织的声特性阻抗不一样。 界面界面 两种具有不同声阻抗的介质的接触面。两种具有不同声阻抗的介质的接触面。 大界面：界面尺寸大于超声波长大界面：界面尺寸大于超声波长 小界面：界面尺寸小于超声波长小界面：界面尺寸小于超声波长 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 （二）（二）反射与折射反射与折射 入射声束与大界面的作用入射声束与大界面的作用 三个条件三个条件 方向、截面、角度方向、截面、角度 全反射全反射 两种介质的声速关系两种介质的声速关系 入射角度入射角度 界面的反射信号是声像图的主要组界面的反射信号是声像图的主要组成部分成部分超声与生物组织间的相互

13、作用超声与生物组织间的相互作用 （三）散射（三）散射 入射声束与小界面的作用入射声束与小界面的作用 散射回声强度低散射回声强度低 （四）绕射（四）绕射 入射声束与界面（界面尺寸与超声波长大入射声束与界面（界面尺寸与超声波长大小相当）的作用小相当）的作用 绕射使入射声束发生方向偏转绕射使入射声束发生方向偏转超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用abD （五）衰减（五）衰减 由于组织对超声的吸收造成声能的减小。由于组织对超声的吸收造成声能的减小。 不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同；不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同； 相同组织，入射深度越大，衰减越大；相同组织，入射深度越大，衰

14、减越大； 相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。 xfxeAA)(0 xfxeAA)(0超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用二、入射超声对生物组织的作用二、入射超声对生物组织的作用 超声的生物效应超声的生物效应 当一定剂量的超声波在生物体内传播时，当一定剂量的超声波在生物体内传播时，通过超声与生物组织的相互作用，可以引起通过超声与生物组织的相互作用，可以引起生物体的功能、结构或状态的变化生物体的功能、结构或状态的变化 1.1.热机制热机制 超声声能转换成生物组织的热能超声声能转换成生物组织的热能 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的

15、相互作用 2.2.机械机制机械机制 超声声能转换成生物组织的机械能超声声能转换成生物组织的机械能 3.3.空化机制空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变超声声能使生物组织中的气泡活性改变 低声强长时间作用以热机制为主低声强长时间作用以热机制为主 高声强短时间作用以空化机制为主高声强短时间作用以空化机制为主超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制二、超声的产生与接收二、超声的产生与接收 1.1.压电效应压电效应 是电能与声能相互转换的过程。是电能与声能相互转换的过程。 2. 2.超声的产生超声的产生 电场作用到特定的材料两端引起振动，在周围电场作用到特定的材料两端引起振动，在周

16、围介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。 3. 3.超声的接收超声的接收 声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。接收器转换成电信号，是正压电效应过程。 超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制 4.4.压电材料压电材料 能够产生压电效应的材料。能够产生压电效应的材料。 无机材料无机材料 主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。 有机材料有机材料 主要主要由聚偏氟乙烯（由聚偏氟乙烯（PVDFPVDF）构成，材料声阻）构成，材料声阻抗与人

17、体接近。抗与人体接近。 混合材料混合材料 由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器耦合系数大，适宜制作宽带换能器。超声的定义、特性及产生机制超声的定义、特性及产生机制 5.5.换能器换能器 （探头）（探头） 结构结构 面材、压电材料、背材面材、压电材料、背材 ，核心是压电材料。，核心是压电材料。 种类种类 体表检查用探头；体表检查用探头； 手术用探头；手术用探头； 体腔检查用探头。体腔检查用探头。 超声诊断的安全性及注意事项超声诊断的安全性及注意事项三、超声诊断的安全性及注意事项三、超声诊断的安全性及注意事项 1.1.超声强度的计算方式超声强度的计算方式 空间平均时间平均；空间平均时间平均； 空间峰值时间平均；空间峰值时间平均； 为多个国家和组织采用为多个国家和组织采用 空间平均时间峰值；空间平均时间峰值； 空间峰值时间峰值。空间峰值时间峰值。 2. 2.安全声强（美国安全声强（美国FDAFDA，我国超声标准化委员会推，我国超声标准化委员会推荐）荐） 空间峰值时间平均声强：小于空间峰值时间平均声强：小于100100毫瓦毫瓦/ /平方厘米平方厘米超声诊断的安全性及注意事项超声诊断的安全性及注意事项 3.3.超声探测的安全性（世界卫生组织建议）超声探测的安全性（世界卫生组织建议） (1) (1) 只有