B超的基本原理与性能指标-课件剖析

B超的基本原理与性能指标-课件剖析第一页，共86页。§2.1超声诊断仪的一般介绍超声成像技术概述

超声成像技术适用的人体区域第一页第二页，共86页。临床超声波诊断技术基于回波扫描的技术基于多普勒效应的技术基于透射法的技术第二页第三页，共86页。超声回波一个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：超声成像的位置信息；

超声反射成像机制散射回波：被测介质的结构信息。

散射波场

第三页第四页，共86页。超声诊断成像的基本原理

1.基于几个假定为前提（人体中近似成立）声束在介质中沿直线传播；在各种介质中声速均匀一致；各种介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。第四页第五页，共86页。2.脉冲回波测距的理论基础回波的强度则反映界面的性质，回波信号的时间反映了界面的位置。根据不同界面的回波时间t可以计算出各个界面与换能器之间的距离l。第五页第六页，共86页。3.超声诊断仪器的功能模块

探头发射时钟记录接收显示第六页第七页，共86页。超声诊断仪的分类按图像信息的获取方法分类

反射法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪透射法超声诊断仪第七页第八页，共86页。按图像信息显示的成像方法分类

A型（AmplitudeModulation）

M型（Motion-time）

广义B型（BrightnessModulation）

B型，P型，BP型，C型、F型、超声全息第八页第九页，共86页。按超声波束的扫描方式分类

低速（手动）扫描高速机械线性扫描高速机械扇形扫描高速电子线性扫描高速电子扇形（相控阵）扫描

第九页第十页，共86页。A型超声诊断仪幅度调制（

Amplitudemodulation）第十页第十一页，共86页。1.诊断基础

人体脏器、组织其正常与异常的物理性质及结构不同，形成相应的超声界面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。2.工作原理

脉冲回波理论

第十一页第十二页，共86页。3.显示方式

横坐标为时间轴，代表被探测物体的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。第十二页第十三页，共86页。4.临床应用

适用于医学各科的检查

，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。

5.缺点

只能反映局部组织的回波信息；诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大。

第十三页第十四页，共86页。M型超声诊断仪辉度调制、时间动态显示（

Motion-Time）第十四页第十五页，共86页。1.诊断基础

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生节律性的改变，随着水平方向的时间慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。第十五页第十六页，共86页。2.显示方式反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点的形式

；纵坐标代表发射界面的深度；横坐标代表扫描时间信号。A-modedisplayTime–motiondisplay第十六页第十七页，共86页。3.工作原理

与A超比较，有三个方面的特点

：

深度扫描信号加在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。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。第十七页第十八页，共86页。4.临床应用

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、加速度等。

5.缺点

不能获得解剖图像，不适用于静态脏器。

第十八页第十九页，共86页。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，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。第十九页第二十页，共86页。B型超声诊断仪辉度调制（

Brightnessmodulation）第二十页第二十一页，共86页。1.诊断基础

可以得到解剖图

分析：

外形边界回声、内部回声、后方回声比邻关系活动度、活动规律硬度、排空功能

第二十一页第二十二页，共86页。2.显示方式

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，纵坐标代表产生回波界面的深度。

第二十二页第二十三页，共86页。3.工作原理

应用回声原理，探头发射的声束必须进行扫查，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。第二十三页第二十四页，共86页。4.扫描方式

线扫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图像。第二十四页第二十五页，共86页。扇扫

改变探头的角度使超声束指向方位快速变化，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的垂直扇面二维超声断层图像。第二十五页第二十六页，共86页。5.临床应用

适用于观察腹部脏器，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。扇扫断层B超尤为适用于对心脏的检查，也可以对运动脏器实时动态显示。第二十六页第二十七页，共86页。P型超声诊断仪辉度调制，平面目标显示，PPI（planepositionindication）。可视为一种特殊的B型显示。1.特点

探头发射的超声波束采用圆周扫描方式进行探查。

第二十七页第二十八页，共86页。2.工作原理

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。第二十八页第二十九页，共86页。3.显示方式

4.临床应用

适用于探头插入体腔内的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。第二十九页第三十页，共86页。第三十页第三十一页，共86页。C型超声诊断仪辉度调制特定深度扫描（

Constantdepthscope）1.特点

显示的是某一深度上的一个切面图像第三十一页第三十二页，共86页。2.显示方式

横坐标、纵坐标代表平面的x，y轴方向的长度，深度信息在图像中不表现。

第三十二页第三十三页，共86页。3.工作原理

扫描设计：水平x方向上采用同B超一样的电子扫描，水平y方向上通过机械的方法移动探头。

第三十三页第三十四页，共86页。距离控制：通过调整距离选择开关的开通时间，来控制同一深度的回波信号被接收显示。3.F型

显示方式原理同C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一非线性函数，则获得的深度切面图在z方向为一斜面或为一曲面声像图。第三十四页第三十五页，共86页。C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情况。4.临床应用第三十五页第三十六页，共86页。§2.2B型超声诊断仪理解B超的工作原理，关键是各种超声扫描制式。扫描制式声束掠过某剖面的过程称为扫描。第三十六页第三十七页，共86页。B超的分类波束控制波束扫描制式成象手动式低速任意静态声象机械式低速线性扫描弧形扫描径向扫描复合扫描静态声象高速扇形扫描径向扫描线性扫描实时声象电子式高速线性扫描扇形扫描实时声象第三十七页第三十八页，共86页。1.简单扫描制式线扫

b.扇扫第三十八页第三十九页，共86页。c.弧形扫

d.径向扫

第三十九页第四十页，共86页。2.机械扫描和电子扫描机械扫描借助电机带动换能器摆动或旋转，同时位置感测器连续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应的取向

。

第四十页第四十一页，共86页。电子扫描用电子方式控制多元换能器阵实现扫查

。

电子线扫（linearscan）相控阵扇形扫描（phasedscan）第四十一页第四十二页，共86页。诊断用B型超声波探头第四十二页第四十三页，共86页。2.2.1手动式B型超声诊断仪手持探头运动位置检测器位置电压控制显示第四十三页第四十四页，共86页。1.位置信号系统机械结构：双联臂结构；井字结构。

位置调准电路：由电位器组完成，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。第四十四页第四十五页，共86页。2.特点

优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。

缺点：手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。

3.临床应用

适用于扫描静止脏器，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查。第四十五页第四十六页，共86页。2.2.2高速机械扇形扫描B超1.特点

超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制而保持较大的扫查范围。

2.方法摆动式扇扫B超仪旋转式扇扫B超仪第四十六页第四十七页，共86页。摆动式扇扫B超仪

结构简单，只需一个晶片与一个驱动机构，但它的视场有限。结构壳体摆动激励电机支点换能器扇形齿轮第四十七页第四十八页，共86页。机械扇扫B超仪原理框图第四十八页第四十九页，共86页。简单计算脉冲重复频率每帧扫描线帧频摆动次数关系例：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/秒第四十九页第五十页，共86页。旋转式扇扫B超仪结构根据要求简单计算转速。第五十页第五十一页，共86页。特点：

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。

缺点：所用晶片的一致性要求高。第五十一页第五十二页，共86页。2.2.3高速电子线扫B超

线阵：将许多声学上相互独立的压电振子成一线排列。

电子线扫：用电子开关切换接入发射/接收电路的振子，使之分时组合轮流工作

，组合是探头的一侧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，产生合成超声波束发射并接收。第五十二页第五十三页，共86页。1.电子线扫B超的原理第五十三页第五十四页，共86页。2.电子开关控制扫描方式控制探头中振子投入工作的次序和方式。直接影响到扫描的线数。常规扫描

隔行扫描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五十四页第五十五页，共86页。常规扫描第五十五页第五十六页，共86页。半间距扫描第五十六页第五十七页，共86页。微角扫描扫描方向A1A2B1B2第五十七页第五十八页，共86页。2.2.4高速电子扇扫B超（相控阵）

采用多阵元换能器并对所有振元的激励脉冲进行相位控制，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内

。第五十八页第五十九页，共86页。1.相控阵扫描原理

同相激励第五十九页第六十页，共86页。相控发射波束（正偏）第六十页第六十一页，共86页。相控发射波束（反偏）第六十一页第六十二页，共86页。τ：延时等时间差θ：波束偏转角d：振元间的距离c：声速，取1540米/秒

2.延时与偏向角的关系：第六十二页第六十三页，共86页。3.仪器组成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发生器相控信号发生器发送聚焦激励单元产生聚焦延迟激励脉冲第六十三页第六十四页，共86页。电子聚焦相控阵中的波束偏转与波束聚焦结合使用，就可以获得既偏转又聚焦的波束。第六十四页第六十五页，共86页。4.电子扇扫与机械扇扫的比较机械扇扫电子扇扫波束较好柱状波束波束副瓣较大性能灵敏度及分辨力较高分辨力低控制电路简单复杂成本低高探头体积重量较大，运行噪声强，寿命短重量轻，工艺难度大，没有机械噪音，寿命长。透声窗口大小第六十五页第六十六页，共86页。§2.3B超的性能指标参数分类技术参数

设计者、开发者必须了解的一类参数。使用参数使用者、选购者必须了解的一类参数。第六十六页第六十七页，共86页。技术参数1.超声工作频率

（Frequency）实际辐射超声波的频率。频率的选择横向分辨力探测深度B超仪器的工作频率在0.5~15MHz。第六十七页第六十八页，共86页。2.脉冲持续时间（Pulsewidth）探头受电激励后产生超声振动的时间。

第六十八页第六十九页，共86页。影响纵向分辨力

脉冲宽度大，纵向分辨力降低。第六十九页第七十页，共86页。影响近距离回波的分辨

为相邻回波的最小可辨距离，它与发射脉冲持续时间及声速有关。持续时间声速最小可辨距离分辨力第七十页第七十一页，共86页。影响脉冲持续时间的因素超声工作频率探头阻尼特性激励脉冲宽度B超发射脉冲宽度小于0.2us。第七十一页第七十二页，共86页。3.脉冲重复频率（Pulserepetitionfrequency,PRF）每秒钟重复发射超声脉冲的次数。决定最大探测距离fc——为脉冲重复频率第七十二页第七十三页，共86页。影响因素

最大探测距离

帧频

线密度B超脉冲重复频率通常在2k～4kHz之间。第七十三页第七十四页，共86页。4.分辨力

成像系统分辨空间尺度的能力，用两回声点之间的最小可辨距离表示。

纵向分辨力（轴线分辨力、距离分辨力）横向分辨力第七十四页第七十五页，共86页。纵向分辨力受哪些因素的影响？发射超声频率声波的纵向分辨力极限为声波的半波长；脉冲持续时间脉冲持续时间越短，纵向分辨力越高；

系统整体性能增益被测介质特性第七十五页第七十六页，共86页。横向分辨力受哪些因素的影响？声束的宽度

横向分辨力的计算：目前利用聚焦声束，横向分辨力可达2mm以下。联系半扩散角表达式P13式1-30第七十六页第七十七页，共86页。显示器性能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的限制。

系统动态范围第七十七页第七十八页