超声成像原理PPT课件

1、定义：定义：声源与接收器在连续介质中存在着声源与接收器在连续介质中存在着相对运动时声波频率将发生改变。相对运动时声波频率将发生改变。超声的物理基础二、超声传播特性1P163第1页/共42页超 声 传 播 特超 声 传 播 特性性超声的物理基础 在声源与观察者在声源与观察者作相对运动时，声作相对运动时，声波密集，频率增高波密集，频率增高；在背向运动时声；在背向运动时声波疏散，频率减低波疏散，频率减低，这种引起声波频，这种引起声波频率变化的现象为多率变化的现象为多普勒效应。普勒效应。2第2页/共42页超 声 传 播 特超 声 传 播 特性性超声的物理基础 换能器发出一定频率换能器发出一定频率超声波

2、，遇到活动的大界面超声波，遇到活动的大界面或小界面，反射或散射回声或小界面，反射或散射回声的频率发生改变，反射回声的频率发生改变，反射回声与入射回声之差称为频移。与入射回声之差称为频移。 在超声医学诊断中，超声多普勒技术可用于检测心血管内的血流方向、流速和湍流程度等。3第3页/共42页2022-7-24七、多普勒效应（一）定义： 当振源（声源）与接受器之间出现相对运动时，接到的振动（声波）频率与振源（声源）的发射频率有一定差异，这种现象称为多普勒效应。其变化的频差称频移，如界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离探头运动，则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的运动和血液流

3、动均可引起多普勒效应。第4页/共42页2022-7-25多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动接 收到的频率有改变（频移） 探头探头探头向探头运动背离探头声源 界面静止第5页/共42页2022-7-26（二）、人体内的多普勒效应 P189 产生条件：超声进入人体后，只要遇到运动界面即产生多普勒效应。（一）层流（朝向探头-红，背离探头-蓝）（二）湍流：(正向-黄 红+绿，负向-青 蓝+绿)（三）射流：层流湍流血管狭窄绿色：代表流速快且紊乱的血流射流探头探头第6页/共42页2022-7-27红+绿=黄蓝+绿=青红+蓝=品红 如湍流血流方向朝向探头，红色+绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间的血流

4、图象； 如湍流血流方向背向探头，监色+绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象；第7页/共42页2022-7-28-如湍流血流方向朝向探头（如分流束），红色+绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间的血流图象（舒张期：二狭、三狭，）； -如湍流血流方向背向探头（返流束），监色+绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象（收缩期：主狭、肺狭）正常情况过二尖瓣或三尖瓣为红色血流，过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流第8页/共42页超声原理 彩色编码技术是由红、蓝彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而移为正时，以红色来表示，而兰色则

5、表示负的频移。兰色则表示负的频移。在显示屏上以不同彩色显示不在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。同的血流方向和流速。 P1899图像特征第9页/共42页 对某些非对称结晶材料（如石英）进行一定方向的加压或拉伸时，表面的两侧将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。 具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料等。-压电效应P169 超声仪器探头原理10第10页/共42页结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷。生等量异号电荷。定义：由外力作用引起材

6、料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应。定义：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应。探头原理超声仪器11压力-变形-产生电场( (变形变形电场电场) )第11页/共42页定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几何变形，称为逆压定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应电效应。 在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷中心发生位移，在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何形变。这一极化位移导致了晶体的几何形变。探头原理超声仪器12( (电场电场变形变形) )第12页/共42页2022-7-213 原理

7、：对压电晶体施以一交变电场由于逆压电效应，晶片即可发生机械性的压缩与扩张，推动周围介质，使之振动，发出相应频率的声波。当交变电场的频率大于2万赫时，压电晶片即可产生超声波。超声检查时，探头发出的超声波在人体组织中传播，遇到声阻抗不同的组织构成的界面时，产生反射，反射回声到达探头后，沿电压轴方向对晶片施以一定的压力，由于正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，这种高频微弱电信号经主机接收并予以放大处理，以不同方式显示于示波屏上，即形成代表界面回声的不同类型的超声。探头原理超声仪器第13页/共42页 利用逆压电效应将电能转换成超声能发射超声，利用正压电效应将超声能量转换成电能接收超声。定义：是将电能转

8、换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。探头原理超声仪器2006年6月5日星期一14第14页/共42页2022-7-215超声场特性 P1711、声轴2、声束3、束宽4、近场及特性5、远场及特性第15页/共42页2022-7-216 附：声场与方向性 由于超声的能量大，穿透力强，成束状向前传播，这就是超声波的束射性（或方向性）。从声源发出的超声波最近的一段声束几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。扩散的声束与平行声束间形成的夹角叫做扩散角（）。第16页/共42页2022-7-217近场与远场LL大，指向性好第17页/共42页2022-7-218图1超

9、声场扩散角示意图 L第18页/共42页2022-7-219一、脉冲回波成像工作的相关参数P1771、超声频率：* P178 从分辩率角度和穿透深度合理选择超声频率-从分辩率角度:超声频率增加，分辩率增加-从穿透深度：M，表浅器官57M超声仪器探头原理第19页/共42页2022-7-220 超声波的分辨率、透射性均与超声频率有关，频率越高，波长越短，分辨率越 强，透射性越弱。频率越低，则波长越长，分辨率 越低，透射性越强。第20页/共42页2022-7-221二、脉冲回波幅度成像的基本原理-超声脉冲回波法 P179 -回波：P179-原理：P180-回波信号强度：Z差越大、界面越大、越规则及距离

10、越近，回波信号的强度也越大脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像第21页/共42页 即幅度调制型。此法以波幅的高低代表界面反射信号的强弱，可探测脏器径线及鉴别病变的物理特性。由于此法过分粗略，目前巳基本淘汰。22浅深强弱反射回声脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像第22页/共42页四 、 图 像 特四 、 图 像 特征征第二章超声的物理基础 显示屏上最黑到最亮的灰度等级差，取决于信号的强度。灰阶级数越多，图像的层次越丰富，图像细节的表现能力越强。显示屏上的灰标灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶

11、级来表示探测结果的显示方式。阶级来表示探测结果的显示方式。23P182第23页/共42页 为辉度调制型。此法以不同辉度光点此法以不同辉度光点表示界面反射信号的强弱，反射强则亮，反表示界面反射信号的强弱，反射强则亮，反射弱则暗。因采用多声束连续扫描，故可显射弱则暗。因采用多声束连续扫描，故可显示脏器的二维图像，本法是目前使用最为广示脏器的二维图像，本法是目前使用最为广泛的超声诊断法。泛的超声诊断法。24脉冲回波幅度信号成像B型超声成像原理型超声成像原理本本质质为为二二维维超超声声第24页/共42页2022-7-225辉度调制型 (Brightness mode)超宽视野成像完整地显示出胎儿全貌、

12、胎儿肝、肾界面以及胎盘位置第25页/共42页2022-7-226P182它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系的方法脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原理第26页/共42页脉冲多普勒成像原理 利用声波的多普勒效应，以频谱的方式显示多普勒频移，多与B型诊断法结合，在B型图像上进行多普勒采样。当频移为正时，以正向波表示，而负向波则表示负频移。临床多用于检测心脏及血管的血流动力学状态，尤其是先天性心脏病和瓣膜病的分流及返流情况，有较大的诊断价值。27（脉冲多普勒）脉冲回波频移信号成像第27页/共42页2022-7-228P186脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原理图第

13、28页/共42页2022-7-229 彩色编码技术是由红、蓝彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。兰色则表示负的频移。 系在多普勒二维显像的系在多普勒二维显像的基础上，以实时彩色编码显示基础上，以实时彩色编码显示血流的方法，即在显示屏上以血流的方法，即在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向不同彩色显示不同的血流方向和流速。和流速。脉冲回波频移信号成像彩色多普勒成像原理第29页/共42页仪器类型仪器类型 超声仪器 是用一系列二维彩色多普勒图所重建的彩色图像。2006年6月5日星期一30第3

14、0页/共42页仪器类型仪器类型超声仪器 将立体图象以投影图或透视图表现在平面上的显示方式，可从各个角度来观察该立体目标。2006年6月5日星期一31第31页/共42页仪器类型仪器类型 超声仪器解剖超声 一维： A超(幅度调制型) M超(运动显示型) 二维： B超(辉度调制型) 三维：立体 血流超声 一维：PW超(pulse waveform脉冲多普勒) P186 二维：彩色多普勒(color doppler) 三维：立体彩色多普勒32第32页/共42页小结小结 超声成像方式2006年6月5日星期一33超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像P

15、W：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像第33页/共42页小结小结 超声成像方式2006年6月5日星期一34超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像第34页/共42页图像质量图像质量超声成像原理纵向分辨力(longitudinal resolution)： 为区别声束轴线上两个物体的距离，与超声的频率有关。 横向分辨力(transverse resolution)： 是区分处于与声束轴线垂直平面两个物体的能力，与声束的宽度有关。超声仪的分辨力是指能够分辨有一定间距的界面的能力。

16、35第35页/共42页 探头频率越高，分辨力越高。 然而频率与穿透性(penetrability)呈反比。2006年6月5日星期一36超声成像原理图像质量第36页/共42页2022-7-2374、分辨率（基本分辨率）：P195超声的分辨力是指超声诊断仪超声的分辨力是指超声诊断仪能够区分两个相邻界面之间最短距能够区分两个相邻界面之间最短距离的能力。即超声波所能探测物体离的能力。即超声波所能探测物体的最小直径。的最小直径。（1）纵向分辨力（力（轴向分辨力）（2）侧向分辨力力（3 3）横向分辨力（厚度分辨力） 图像质量第37页/共42页2022-7-238（1）纵向分辨力（力（轴向分辨率）：指声束轴线上的分辨力（指在深浅方向的精细度）。区别声束轴线上两个物体间最小距离的能力。目前目前纵向分辨力可达向分辨力可达1mm左右左右Z）这与脉冲宽度有关（脉冲宽度这与脉冲宽度有关（脉冲宽度=脉冲时间超声声速脉冲时间超声声速=波长），宽，则波长），宽，则分辨率下降。只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的1/2时，超声