B超的基本原理与性能指标学习教案

1、1第1页/共86页第一页，共87页。22.1 2.1 超声诊断仪的一般超声诊断仪的一般(ybn)(ybn)介绍介绍超声成像技术超声成像技术(jsh)概述概述 超声成像技术(jsh)适用的人体区域第2页/共86页第二页，共87页。3临床临床(ln chun)超声波诊断技术超声波诊断技术基于回波(hu b)扫描的技术 基于多普勒效应(xioyng)的技术 基于透射法的技术第3页/共86页第三页，共87页。4 超声回波 一个(y )(y )典型的超声回波应包含大界面的反射波和小粒子的散射波两种成分 。反射回波：超声成像的位置(wi zhi)信息 ； 超声反射成像机制散射回波：被测介质的结构(jigu

2、)信息 。 散射波场 第4页/共86页第四页，共87页。5超声诊断成像的基本原理 1. 基于几个假定(jidng)为前提（人体中近似成立）声束在介质中沿直线传播；在各种( zhn)介质中声速均匀一致；各种( zhn)介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。第5页/共86页第五页，共87页。62. 脉冲(michng)回波测距的理论基础2ctl 回波的强度则反映界面(jimin)的性质，回波信号的时间反映了界面(jimin)的位置。根据不同界面(jimin)的回波时间t可以计算出各个界面(jimin)与换能器之间的距离l。第6页/共86页第六页，共87页。73. 超声诊断(zhndun)仪器的功能

3、模块 探头发射时钟记录接收显示第7页/共86页第七页，共87页。8超声诊断仪的分类超声诊断仪的分类(fn li) 按图像按图像(t xin)信息的获取方法分类信息的获取方法分类 反射法超声诊断仪反射法超声诊断仪 多普勒法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪 透射法超声诊断仪透射法超声诊断仪 第8页/共86页第八页，共87页。9 按图像信息按图像信息(xnx)显示的成像方法分类显示的成像方法分类 A型（型（ Amplitude Modulation ） M型（型（ Motion-time ） 广义广义B型（型（ Brightness Modulation ） B型，型，P型，型，BP型，型，C型、型、F

4、型、超声全型、超声全息息第9页/共86页第九页，共87页。10 按超声波束的扫描按超声波束的扫描(somio)方式分类方式分类 低速（手动）扫描低速（手动）扫描(somio) 高速机械线性扫描高速机械线性扫描(somio) 高速机械扇形扫描高速机械扇形扫描(somio) 高速电子线性扫描高速电子线性扫描(somio) 高速电子扇形（相控阵）扫描高速电子扇形（相控阵）扫描(somio) 第10页/共86页第十页，共87页。11A型超声诊断仪型超声诊断仪 幅度幅度(fd)调制（调制（ Amplitude modulation）第11页/共86页第十一页，共87页。12 1. 诊断基础诊断基础 人体

5、脏器、组织其正常与异常的物理性人体脏器、组织其正常与异常的物理性质质(wl xngzh)及结构不同，形成相应的及结构不同，形成相应的超声界面。这些界面会对超声产生规律的超声界面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。反射回波。 2. 工作原理工作原理 脉冲回波理论脉冲回波理论 第12页/共86页第十二页，共87页。133. 显示方式显示方式 横坐标为时间轴，代表被探测物体横坐标为时间轴，代表被探测物体(wt)的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。第13页/共86页第十三页，共87页。144. 临床应用临床应用 适用于医学各科的检查适用于医学各科的检查(jinch)

6、，其中应，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。的探测。 5. 缺点缺点 只能反映局部组织的回波信息；诊断的只能反映局部组织的回波信息；诊断的准确性与操作医师准确性与操作医师(ysh)的识图经验关系很的识图经验关系很大。大。 第14页/共86页第十四页，共87页。15M型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制辉度调制(tiozh)、时间动态显示、时间动态显示（ Motion-Time）第15页/共86页第十五页，共87页。161. 诊断基础诊断基础 探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒张，脏器各层组织和探头的距离便产

7、生节律张，脏器各层组织和探头的距离便产生节律性的改变，随着水平方向性的改变，随着水平方向(fngxing)的时间的时间慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。线。第16页/共86页第十六页，共87页。17 2. 显示方式 反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点(lin din)的形式 ；纵坐标代表发射界面的深度 ；横坐标代表扫描时间信号。A - mode displayTimemotion display第17页/共86页第十七页，共87页。183. 工作原理工作原理(yunl) 与与A超比较，有三个方面的特点超比较，有三个方面的特点 ： 深度扫描信号加在

8、y轴偏转板上，回波信号距顶部的距离表示被探查的组织界面的深度。 辉度调制，亮点的强弱代表回波信号的幅度(fd)。 增加一个时间扫描信号发生器，它产生的信号加在x偏转板上。第18页/共86页第十八页，共87页。19 4. 临床应用临床应用 适用于人体中的运动脏器，如心脏、适用于人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查胎儿胎心、动脉血管等功能的检查(jinch)具有优势，并可进行多种心功能具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。速度等。 5. 缺点缺点 不能获得不能获得(hud)解剖图像，不适用于解剖图像，不适用于

9、静态脏器。静态脏器。 第19页/共86页第十九页，共87页。20 为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常(tngchng)将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。第20页/共86页第二十页，共87页。21B型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制辉度调制(tiozh)（ Brightness modulation）第21页/共86页第二十一页，共87页。221. 诊断基础诊断基础 可以得到解剖图可以得到解剖图 分析：分析： 外形外形 边界回声、内部边界回声、内部(ni

10、b)回声、后方回回声、后方回声声 比邻关系比邻关系 活动度、活动规律活动度、活动规律 硬度、排空功能硬度、排空功能 第22页/共86页第二十二页，共87页。232. 显示方式显示方式 二维图像，辉度调制方式显示反射回波的二维图像，辉度调制方式显示反射回波的幅度，横坐标代表探头扫描的距离幅度，横坐标代表探头扫描的距离(jl)，纵坐，纵坐标代表产生回波界面的深度。标代表产生回波界面的深度。 第23页/共86页第二十三页，共87页。24 3. 工作原理工作原理 应用回声原理，探头发射应用回声原理，探头发射(fsh)的声束的声束必须进行扫查，逐次得到不同位置的深度必须进行扫查，逐次得到不同位置的深度方

11、向所有界面的回波，以得到人体切面声方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。像图。第24页/共86页第二十四页，共87页。25 4. 扫描方式扫描方式 线扫线扫 探头发射的超声束在水平方向上以快速电探头发射的超声束在水平方向上以快速电子扫描的方法，逐次获得不同位置的深度方子扫描的方法，逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由超声声束扫向所有界面的反射回波，得到由超声声束扫描方向决定的垂直平面二维断层描方向决定的垂直平面二维断层(duncng)图图像像 。第25页/共86页第二十五页，共87页。26扇扫扇扫 改变探头的角度使超声束指向方位快速变改变探头的角度使超声束指向方位快速变化，

12、获得被探测方向不同深度所有界面的反射化，获得被探测方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探头摆动方向决定回波，得到一副由探头摆动方向决定(judng)的垂直扇面二维超声断层图像。的垂直扇面二维超声断层图像。第26页/共86页第二十六页，共87页。275. 临床应用临床应用 适用于观察腹部脏器适用于观察腹部脏器(zn q)，如肝、胆、，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。脾、肾、子宫的检查。 扇扫断层扇扫断层B超尤为适用于对心脏的检查，超尤为适用于对心脏的检查，也可以对运动脏器也可以对运动脏器(zn q)实时动态显示实时动态显示 。第27页/共86页第二十七页，共87页。28P型超声诊断仪型超声诊

13、断仪 辉度调制辉度调制(tiozh)，平面目标显，平面目标显示，示， PPI（plane position indication）。）。 可视为一种特殊的可视为一种特殊的 B 型显示。型显示。 1. 特点特点 探头发射的超声波束采用圆周扫描探头发射的超声波束采用圆周扫描(somio)方式进行探查。方式进行探查。 第28页/共86页第二十八页，共87页。29 2. 工作工作(gngzu)原理原理 换能器作旋转运动 显示器上的光点从屏中心向屏周围(zhuwi)(zhuwi)作径向扫描，径向扫描线逐次改变方向，与换能器同步地作旋转。第29页/共86页第二十九页，共87页。303. 显示方式显示方式

14、4. 临床应用临床应用 适用适用(shyng)于探头插入体腔内的检查。于探头插入体腔内的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。查。 第30页/共86页第三十页，共87页。31第31页/共86页第三十一页，共87页。32C型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制辉度调制 特定深度特定深度(shnd)扫描扫描（ Constant depth scope）1. 特点特点 显示的是某一深度显示的是某一深度(shnd)上的一个切面图上的一个切面图像像第32页/共86页第三十二页，共87页。33

15、2. 显示方式显示方式 横坐标、纵坐标代表横坐标、纵坐标代表(dibio)平面的平面的x，y轴方向的长度，深度信息在图像中不表轴方向的长度，深度信息在图像中不表现。现。 第33页/共86页第三十三页，共87页。343. 工作原理工作原理 扫描设计：水平扫描设计：水平x方向上采用同方向上采用同B超一样超一样(yyng)的电子扫描，水平的电子扫描，水平y方向上通过机械方向上通过机械的方法移动探头。的方法移动探头。 第34页/共86页第三十四页，共87页。35距离控制：通过调整距离选择开关的开通距离控制：通过调整距离选择开关的开通(kitng)时间，来控制同一深度的回波信号被时间，来控制同一深度的回

16、波信号被接收显示。接收显示。 3. F型型 显示方式显示方式 原理同原理同C型。距离选择开关的开通时间型。距离选择开关的开通时间不是一个常数，而是一个线性变量或者为不是一个常数，而是一个线性变量或者为一非线性函数，则获得的深度切面一非线性函数，则获得的深度切面(qimin)图在图在z方向为一斜面或为一曲面声方向为一斜面或为一曲面声像图。像图。 第35页/共86页第三十五页，共87页。36C和F型显示，可观察肿瘤的扩大范围。 特别是F型的显示，可从三维角度去观察体内组织及病变(bngbin)情况。 4. 临床临床(ln chun)应用应用第36页/共86页第三十六页，共87页。372.2 B2.

17、2 B型超声诊断仪型超声诊断仪B 理解B超的工作(gngzu)原理，关键是各种超声扫描制式 。扫描扫描(somio)制式制式 声束掠过某剖面的过程称为扫描声束掠过某剖面的过程称为扫描(somio) 。第37页/共86页第三十七页，共87页。38 B超的分类超的分类(fn li)波束控制波束控制波束扫描制式波束扫描制式成象成象手动式手动式低速低速 任意任意静态声象静态声象机械式机械式低速低速 线性扫描线性扫描 弧形扫描弧形扫描 径向扫描径向扫描 复合扫描复合扫描静态声象静态声象高速高速 扇形扫描扇形扫描 径向扫描径向扫描 线性扫描线性扫描实时声象实时声象电子式电子式高速高速 线性扫描线性扫描 扇

18、形扫描扇形扫描实时声象实时声象第38页/共86页第三十八页，共87页。391. 简单扫描简单扫描(somio)制式制式a. 线扫线扫 b. 扇扫扇扫 第39页/共86页第三十九页，共87页。40c. 弧形弧形(h xn)扫扫 d. 径向径向扫扫 第40页/共86页第四十页，共87页。41 2. 机械扫描和电子扫描机械扫描和电子扫描机械扫描机械扫描 借助电机带动换能器摆动或旋转，同时位借助电机带动换能器摆动或旋转，同时位置感测器连续置感测器连续(linx)的检测换能器的瞬时取的检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描线有相向，并产生位置信号，使显示器的扫描线有相应的取向应的取向 。

19、第41页/共86页第四十一页，共87页。42电子扫描电子扫描 用电子方式控制用电子方式控制(kngzh)多元换能器阵实多元换能器阵实现扫查现扫查 。 电子线扫（ ） 相控阵扇形(shn xn)扫描 （phased scan）第42页/共86页第四十二页，共87页。43诊断(zhndun)用B型超声波探头第43页/共86页第四十三页，共87页。44 2.2.1 手动式手动式B型超声诊断仪型超声诊断仪手持探头(tn tu)运动位置(wi zhi)检测器位置(wi zhi)电压控制显示第44页/共86页第四十四页，共87页。45 1. 位置(wi zhi)信号系统机械(jxi)结构： 双联臂结构；

20、井字结构。 位置调准电路： 由电位器组完成(wn chng)，随着换能器位置的改变，电位器组的阻值随之变化，产生相应电压信号 。第45页/共86页第四十五页，共87页。462. 特点特点 优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。晰等。 缺点缺点(qudin)：手动控制波束扫描，成像：手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。速度低，一般需数十秒。 3. 临床应用临床应用 适用于扫描静止脏器适用于扫描静止脏器(zn q)，常用于腹，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查部、妇产科和眼科等方面的检查 。第46页/共86页第四十六页，共87页。47 2.2.2

21、高速机械高速机械(jxi)扇形扫描扇形扫描B超超1. 特点特点 超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制的限制(xinzh)而保持较大的扫查范围。而保持较大的扫查范围。 2. 方法方法(fngf)摆动式扇扫B超仪 旋转式扇扫B超仪第47页/共86页第四十七页，共87页。48摆动式扇扫摆动式扇扫B超仪超仪 结构简单，只需一个晶片与一个驱动结构简单，只需一个晶片与一个驱动(q dn)机构，但它的视场有限。机构，但它的视场有限。结构结构壳体摆动激励(jl)电机支点(zhdin)换能器扇形齿轮第48页/共86页第四十八页，共87页。49b. 机械扇扫B超仪原理(y

22、unl)框图第49页/共86页第四十九页，共87页。50c. 简单(jindn)计算脉冲重复频率(pnl)每帧扫描线帧频摆动次数关系(gun x)例：脉冲重复频率4kHz，帧频20帧/秒，则每帧扫描线为多少？摆动次数为多少？200根，20次/秒第50页/共86页第五十页，共87页。51旋转式扇扫B超仪 结构(jigu)B 根据要求简单(jindn)计算转速。第51页/共86页第五十一页，共87页。52特点：特点： 优点：体积小，马达单方向旋转，扫描均优点：体积小，马达单方向旋转，扫描均匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。 缺点缺点(qudin)：

23、所用晶片的一致性要求高。：所用晶片的一致性要求高。第52页/共86页第五十二页，共87页。532.2.3 高速电子线扫高速电子线扫B超超 线阵：将许多线阵：将许多(xdu)声学上相声学上相互独立的压电振子成一线排列。互独立的压电振子成一线排列。 电子线扫：用电子开关切换接电子线扫：用电子开关切换接入发射入发射/接收电路的振子，使之分时接收电路的振子，使之分时组合轮流工作组合轮流工作 ，组合是探头的一侧，组合是探头的一侧向另一侧顺序进行的且每次仅有接向另一侧顺序进行的且每次仅有接入电路的振元组被激励，产生合成入电路的振元组被激励，产生合成超声波束发射并接收超声波束发射并接收 。第53页/共86页

24、第五十三页，共87页。54 1.电子线扫 B超的原理(yunl)第54页/共86页第五十四页，共87页。55 2. 电子开关控制扫描方式 控制探头中振子投入(tur)工作的次序和方式 。 直接影响到扫描的线数 。常规(chnggu)扫描 隔行扫描( xn so mio) 飞越扫描 半间距扫描 变孔径扫描 微角扫描 波束扫描制式 第55页/共86页第五十五页，共87页。56常规(chnggu)扫描第56页/共86页第五十六页，共87页。57半间距(jin j)扫描第57页/共86页第五十七页，共87页。58微角扫描(somio)扫描(somio)方向A1A2B1B2第58页/共86页第五十八页，

25、共87页。592.2.4 高速电子扇扫高速电子扇扫B超（相控阵）超（相控阵） 采用多阵元换能器并对所有振采用多阵元换能器并对所有振元的激励脉冲进行相位元的激励脉冲进行相位(xingwi)控制，实现合成波束的扇形扫描，控制，实现合成波束的扇形扫描，声束很容易通过小窗口透入人体声束很容易通过小窗口透入人体内内 。第59页/共86页第五十九页，共87页。60 1. 相控阵扫描(somio)原理 同相激励(jl)第60页/共86页第六十页，共87页。61 相控发射(fsh)波束（正偏）第61页/共86页第六十一页，共87页。62 相控发射(fsh)波束（反偏）第62页/共86页第六十二页，共87页。6

26、3sindc1sin ()cd：延时等时间差：波束(bsh)偏转角 d：振元间的距离 c：声速，取1540米/秒 2. 延时与偏向角的关系(gun x)：第63页/共86页第六十三页，共87页。64 3. 仪器组成(z chn)与工作原理 产生延迟参数N个等值时差触发信号偏向角参数(cnsh)发生器相控信号(xnho)发生器发送聚焦激励单元产生聚焦延迟激励脉冲第64页/共86页第六十四页，共87页。65 电子聚焦 相控阵中的波束(bsh)偏转与波束(bsh)聚焦结合使用 ，就可以获得既偏转又聚焦的波束(bsh) 。第65页/共86页第六十五页，共87页。66 4. 电子(dinz)扇扫与机械扇

27、扫的比较 机械扇扫机械扇扫电子扇扫电子扇扫波束波束较好柱状波束较好柱状波束波束副瓣较大波束副瓣较大性能性能灵敏度及分辨力较高灵敏度及分辨力较高分辨力低分辨力低控制电路控制电路简单简单复杂复杂成本成本低低高高探头探头体积重量较大，运行体积重量较大，运行噪声强，寿命短噪声强，寿命短重量轻，工艺难重量轻，工艺难度大，没有机械度大，没有机械噪音，寿命长。噪音，寿命长。透声窗口透声窗口大大小小第66页/共86页第六十六页，共87页。672.3 B2.3 B超的性能指标超的性能指标 参数参数(cnsh)分类分类 技术参数技术参数 设计者、开发者必须设计者、开发者必须(bx)了解的一类参了解的一类参数。数。

28、 使用参数使用参数 使用者、选购者必须使用者、选购者必须(bx)了解的一类了解的一类参数。参数。第67页/共86页第六十七页，共87页。68 技术参数技术参数 1. 超声工作频率超声工作频率 （） 实际辐射(fsh)超声波的频率。 频率频率(pnl)的选择的选择横向(hn xin)(hn xin)分辨力探测深度BB超仪器的工作频率在超仪器的工作频率在0.515MHz。第68页/共86页第六十八页，共87页。69 2. 脉冲脉冲(michng)持续时间（持续时间（Pulse width） 探头(tn tu)(tn tu)受电激励后产生超声振动的时间。 第69页/共86页第六十九页，共87页。70

29、影响影响(yngxing)纵向分辨力纵向分辨力 脉冲宽度大，纵向分辨力降低。脉冲宽度大，纵向分辨力降低。第70页/共86页第七十页，共87页。71影响近距离回波影响近距离回波(hu b)的分辨的分辨 B 为相邻回波的最小可辨距离，它与发为相邻回波的最小可辨距离，它与发射射(fsh)脉冲持续时间及声速有关。脉冲持续时间及声速有关。minD持续时间声速(shn s)最小可辨距离分辨力第71页/共86页第七十一页，共87页。72影响影响(yngxing)脉冲持续时间的因素脉冲持续时间的因素超声工作频率探头(tn tu)阻尼特性激励脉冲宽度B B B超发射(fsh)(fsh)脉冲宽度小于。第72页/共

30、86页第七十二页，共87页。733. 脉冲重复脉冲重复(chngf)频率频率 （Pulse repetition frequency, PRF） 每秒钟重复每秒钟重复(chngf)发射超声脉冲的次数。发射超声脉冲的次数。决定最大探测决定最大探测(tnc)距离距离max12DcT1cTffc为脉冲重复为脉冲重复(chngf)频频率率第73页/共86页第七十三页，共87页。74 影响因素 最大探测(tnc)距离 帧频 线密度B B B超脉冲重复频率(pnl)(pnl)通常在2k2k4kHz4kHz之间。第74页/共86页第七十四页，共87页。754. 分辨力分辨力 成像系统分辨空间尺度的能力成像系

31、统分辨空间尺度的能力(nngl)，用两回声点之间的最小可辨距离表示。用两回声点之间的最小可辨距离表示。 纵向分辨力（轴线(zhu xin)分辨力、距离分辨力）横向(hn xin)分辨力第75页/共86页第七十五页，共87页。76纵向纵向(zn xin)分辨力分辨力 受哪些因素的影受哪些因素的影响？响？a. 发射超声频率发射超声频率b. 声波的纵向声波的纵向(zn xin)分辨力极限为声分辨力极限为声波的半波长波的半波长 ；b. 脉冲脉冲(michng)持续时间持续时间c. 脉冲脉冲(michng)持续时间越短，纵向分持续时间越短，纵向分辨力越高；辨力越高； c.系统整体性能系统整体性能增益被测

32、介质特性第76页/共86页第七十六页，共87页。77横向横向(hn xin)分辨力分辨力 受哪些因素的影受哪些因素的影响？响？a. 声束的宽度声束的宽度(kund) 横向(hn xin)分辨力的计算：1.22Sxr B 目前利用聚焦声束，横向分辨力可达目前利用聚焦声束，横向分辨力可达2mm以下以下 。联系半扩散角表达式P13 式1-30第77页/共86页第七十七页，共87页。78b.显示器性能显示器性能c. 显示器扫描线宽度是横向分辨力的上限显示器扫描线宽度是横向分辨力的上限 。而扫描线受声速和光点的大小而扫描线受声速和光点的大小(dxio)的限制。的限制。 c.系统动态系统动态(dngti)

33、范围范围第78页/共86页第七十八页，共87页。795. 探测深度探测深度 仪器发射的超声波束可穿透并能显示回声图仪器发射的超声波束可穿透并能显示回声图像的被测介质像的被测介质(jizh)的深度。的深度。 受哪些因素的影响？受哪些因素的影响？a.接收接收(jishu)系统的灵敏度及动态范围系统的灵敏度及动态范围b.工作频率工作频率 c.发射功率的影响发射功率的影响(yngxing) 第79页/共86页第七十九页，共87页。806. 灰阶级灰阶级(jij) 接收机显示器辉度显示能力接收机显示器辉度显示能力 。a.灰阶级越高，显示回声灰阶级越高，显示回声(hushng)图像的层次图像的层次感强，图像的清晰度越高。感强，图像的清晰度越高。 b.b. 灰阶处理：压缩无用灰度级信息，保留并扩灰阶处理：压缩无用灰度级信息，保留并扩展具有诊断意义的微小灰度差别，使图