第八章超声波成像ppt课件

1、第八章 超声波成像原理设备与临床应用超声成像ultrasonograghy, USG 定义： 利用超声波的物理特性和人体组织器官的声学特性相互作用而产生的信息，经处理后形成图形和曲线，借此进行疾病诊断的一种物理检查方法。超声波的特点和优点USG特点： 对软组织的分辨能力强 信息的显示有多种方法USG优点： 无损伤、无痛苦、无辐射 实时、快捷、准确、方便超声发展概况40年代 探索阶段50年代 A型、M型超声仪70年代 灰阶实时超声B型） 双功能超声仪（ B型+频谱）80年代 彩色多普勒超声仪 （ B型+ 彩色+频谱）90年代 新技术 （超声造影、谐波成像、 超高频探头、三维超声等）第一章第一章

2、医学超声学基础医学超声学基础第一节第一节 超声波的定义及特性超声波的定义及特性一、自然界中的波分为：一、自然界中的波分为： 1、电磁波、电磁波 2、 机械波机械波二、超声波为机械波的一种二、超声波为机械波的一种 次声波：次声波：f20Hz 可闻声波：可闻声波：20Hzf20kHz 医学超声：医学超声：200kHzf40MHz 诊断超声：诊断超声：1MHzfC液液C气气 。 人体软组织声速为人体软组织声速为1540m/s 二、波长，周期和频率二、波长，周期和频率 1、波长：声波在介质中传播时两个相邻同相位点之间、波长：声波在介质中传播时两个相邻同相位点之间距离；距离； 2、周期：波向前移动一个波

3、长所用的时间；、周期：波向前移动一个波长所用的时间； 3、频率：单位时间内通过的波数；、频率：单位时间内通过的波数； 三者之间的关系：三者之间的关系：=CT=c/f波长决定了极限分辨率，而频率决定了探测深度。波长决定了极限分辨率，而频率决定了探测深度。三、声阻抗：声场中某一位置的声压与该处质点三、声阻抗：声场中某一位置的声压与该处质点振动速度之比，即振动速度之比，即P/v=ZP/v=Z，只与介质的声学特性，只与介质的声学特性有关，又叫特征阻抗。有关，又叫特征阻抗。 对于平面波有：对于平面波有：Z=cZ=c四、声压和声强：单位面积上介质受到的压力称四、声压和声强：单位面积上介质受到的压力称为声压

4、。为声压。 对于平面波：对于平面波： 声压：声压：P=cv=ZV P=cv=ZV 声强：声强：I=P2/c I=P2/c 声功率：声功率：W=Is sW=Is s为面积为面积超声的传播特性 指向性 反射、折射、散射和绕射 吸收与衰减 分辨力与穿透力 多普勒效应 声波在介质中传播时,遇到不同声阻抗的分界面,会产生反射和折射, 反射波的强度由反射系数决定：反射声波的强度与入射声波的强度之比，用air表示； 透射波的强度由透射系数决定：透射声波的强度与入射声波的强度之比，用ait表示。 按声速和声阻抗的不同，人体组织可分为三类：按声速和声阻抗的不同，人体组织可分为三类： 1、 气体和充气的肺气体和充

5、气的肺 2、液体和软组织、液体和软组织 3、骨骼和矿物化后的组织、骨骼和矿物化后的组织 由于这三类材料存在较大的阻抗差别，声波很难从由于这三类材料存在较大的阻抗差别，声波很难从一类材料传到另一类材料区域中去，在液体和软组织中，一类材料传到另一类材料区域中去，在液体和软组织中，声速和阻抗变化不大，使得声反射量适中，既保证了界声速和阻抗变化不大，使得声反射量适中，既保证了界面回波的显像观察，亦保证了声波可穿透足够的深度，面回波的显像观察，亦保证了声波可穿透足够的深度，而且接收回波的时延与目标深度成近似正比的关系，这而且接收回波的时延与目标深度成近似正比的关系，这是是B超诊断成像的物理基础。超诊断成

6、像的物理基础。三、散射和绕射三、散射和绕射 反射和折射的前提条件是：反射界面对于反射和折射的前提条件是：反射界面对于入射波波长来说是无限大的，即入射波波长来说是无限大的，即d。1、若、若d与与接近，则发生绕射，超声波仅绕过障接近，则发生绕射，超声波仅绕过障碍物的边缘前进，碍物的边缘前进，2、若、若d，那么 声学上称： r r0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 1r244422220Dar20ar二、径向声场分布二、径向声场分布r=定值定值, 可变）可变） （1） 径向近场分布径向近场分布 近场衍射现象：声束截平面上声强分布为许

7、多最近场衍射现象：声束截平面上声强分布为许多最 大强度和最小强度的同心圆环，环的数量随着大强度和最小强度的同心圆环，环的数量随着距距 离的增加而减少。离的增加而减少。 声能几乎不扩散，声束宽度接近相等等于声能几乎不扩散，声束宽度接近相等等于D）。）。 （2） 径向远场分布径向远场分布 波束如图波束如图26所示。所示。 远场声强呈多个瓣形，远场声强呈多个瓣形， 主瓣最强主瓣最强( 98% )， 旁瓣多但较弱。旁瓣多但较弱。 （3） 主瓣角主瓣角 又称半发射角或扩散角，表示声束集中程度又称半发射角或扩散角，表示声束集中程度 Sin 0.61a 一般一般角很小，角很小，sin ，故有，故有 0.61

8、a = 0.61cfa 可见：可见： f ，和，和 a （4） 径向声场简化图径向声场简化图 如图如图25(a)，声束成锥形发散，半发散角为，声束成锥形发散，半发散角为 近场中零值点，可能引起盲点。远场中旁瓣，近场中零值点，可能引起盲点。远场中旁瓣，会造成会造成 显示位置、距离测量等失真。需采取措施改显示位置、距离测量等失真。需采取措施改善。善。 第三节探头的结构及其作用第三节探头的结构及其作用超声探头超声探头超声检测用换能器超声检测用换能器各种超声诊断仪，探头基本结构各种超声诊断仪，探头基本结构大致相同，以型为例。大致相同，以型为例。一、探头的基本结构一、探头的基本结构 压电晶片压电晶片 吸

9、声背块吸声背块 匹配层匹配层 电极、导线电极、导线 声隔离层声隔离层 保护层保护层 外壳外壳. 压电晶片压电晶片（1晶片形状：圆片形、矩形、球壳圆片形、圆筒形晶片形状：圆片形、矩形、球壳圆片形、圆筒形（2） 作用 发射、接收超声，即：电声、声电转换（3） 要求 可加工性 银层牢固 各部分性能一致性 性能稳定性和可靠性（4） 特性 晶片厚度确定发射超声的频率 晶片形状确定声束的形状和声场分布2吸声背块吸声背块 （1作用作用 吸收晶体背向辐射的超声，减少或消除晶体两端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之间超声的多次反射造成的干扰 增大晶片阻尼，使发射脉冲窄，从

10、而提高分辨率增大晶片阻尼，使发射脉冲窄，从而提高分辨率（2） 要求要求 与压电晶体的声阻抗相等，以全部吸收背向辐射与压电晶体的声阻抗相等，以全部吸收背向辐射 对超声的吸收力强，很快衰减，不再反射对超声的吸收力强，很快衰减，不再反射 （3组成组成 环氧树脂环氧树脂 + 钨粉钨粉 + 橡胶粉橡胶粉 空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。3匹配层匹配层（1作用作用 使晶体辐射的超声有效进入人体，实现对人体组织的检查。换能使晶体辐射的超声有效进入人体，实现对人体组织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配，条件：器和人体之间声阻抗匹配，条件： 增加换

11、能器的带宽增加换能器的带宽 隔开晶体和人体，保护晶体，免受机械、化学隔开晶体和人体，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。损坏；保护人体，免受激励电压的伤害。（2要求要求 衰减系数低衰减系数低 耐磨损耐磨损（3资料资料 环氧树脂、二酊脂、乙二氨等环氧树脂、二酊脂、乙二氨等4) 12 (,匹匹皮晶匹nlZZZ4电极、导线电极、导线 （1） 作用 传输电信号（2） 构造 晶体两面的银层为电极，各引出一根导线5声隔离层（1） 作用 壳体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（2） 资料 软木、橡胶、尼龙等 二、单片换能器的基本型式二、单片换能器的基本型式1非聚焦换能器非聚焦换能器 换能元件：平面圆片压电陶瓷换能元件：平面圆片压电陶瓷 工作模式：厚度振动工作模式：厚度振动2聚焦换能器声学聚焦）聚焦换能器声学聚焦） 球面曲面压电体聚焦球面曲面压电体聚焦 声透镜聚焦声透镜聚焦 凹透镜凹透镜 c透