超声成像设备

怀化医专医学影像教研室医学影像设备学

Medicalimagingequipment

怀化医专医学影像教研室第十四章超声成像设备第一节概述超声诊断是利用超声波向人体内传播时所产生的反射，通过接收人体声波反射信息，对人体内部进行形态观察的一种手段。怀化医专医学影像教研室一、脉冲回波法利用超声回波的幅度变化来获取人体内部组织声阻抗变化的信息的方法。1、A型超声利用波幅的高低，有无、形态来反映组织界面反射回波大小的一种方法，属幅度调制型，Amplitudemodulation，又叫A超，其图像叫回声图。特点：其发出声束不作扫描运动，只进行一个方向的传播。怀化医专医学影像教研室2、B型超声Brightnessmodulation声束以直线形或扇形扫描的方向为一个方向，以声束传播的方向为另一个方向，这两个方向构成了一个二维切面，切面上的光点亮度与超声回声大小成正比。它以光点的明暗表示反射强弱，光点多少反映界面多少来诊断疾病，又叫二维超声，切面显像超声，图像叫声像图。怀化医专医学影像教研室3、M型超声Motionmodulation显示体内运动界面与探头间距离随时间变化的曲线，它不做声束扫描，只进行一个方向传播。它是利用显示屏上随时间展开的深度变化曲线的亮度来反映组织界面反射回声的大小，属亮度调制型或活动显示型，又叫时间——位置曲线。怀化医专医学影像教研室二、多谱勒法（差频回声式）利用发射声源与运动物体产生声频差来获取人体组织运动和结构信息的方法。1、D型（差频示波型）利用多谱勒效应，把形成多谱勒信号转成波或声音来显示。2、D型彩色描绘型Dopplercolorflowmapping（彩超）用自相关技术获取并处理血流多谱勒信息，经彩色编码，又组合或实时地叠加在B超图上，显示动态血流。怀化医专医学影像教研室三、透射法利用透射人体组织后的声波幅度和相位变化，来制成设备，常有超声CT。怀化医专医学影像教研室第二节换能器（探头）能完成电—声转换和声—电转换工作的元件叫探头。一、换能器的基本结构（一）晶体（压电晶体）作用：完成电一声和声一电的转换。工作原理：施加在压电晶体电极间的脉冲电压→通过晶体转换成一定频率的超声波→完成电一声转换，发射超声。怀化医专医学影像教研室通过人体组织界面反射的声波→作用于压电晶体上→两压电晶体电极间产生一定频率电信号→完成声一电转换。怀化医专医学影像教研室（二）匹配层位于压电晶体与聚焦件之间作用：①提高换能器的能量传输。②提高轴向分辨率。③绝缘、防止脉冲高压电泄露、防电击。（三）声透镜①使压电晶体发射的超声以全聚形式导入人体。②隔离保护作用，防耦合剂，水浸入探头。怀化医专医学影像教研室（四）背衬块吸声块，由耐磨的环氧树脂薄膜、钨粉、加橡胶粉组成①吸收背向辐射声波。②缩短压电晶体的振动周期。（五）开关电路板在控制信号的作用下，完成压电结晶的发射组合和接收组合，实现动态聚焦。（六）外壳支撑、绝缘、保护压电晶体及电路板。怀化医专医学影像教研室第三节超声诊断仪的基本路线主控电路发射电路探头电源扫描发生器显示器接收电路怀化医专医学影像教研室一、脉冲回波法超声诊断仪的结构与原理（一）发射电路受主控电路同步信号触发→产生高频电脉冲激励探头发射超声波。怀化医专医学影像教研室（二）接收电路1、射频放大器（1）隔离级（保护电路）：由于探头是收发共用，为避免接收电路被发射脉冲击毁，在接收电路前加入隔离级。作用：使发射脉冲不能通过、允许回波信号无衰减通过。（2）前置放大它使输入阻抗高而输出阻抗低。（3）高频放大由于回声信号是微优级，故应放大100dB的增益，使回声信号放大。怀化医专医学影像教研室2、调解和抑制为防止噪音信号的干扰，而设置的一个检平电波，不让没有用的过小的回声信号连同噪音通过。3、视频放大器将峰值约为1V左右的信号放大到约80V直接调制监视器的亮度。怀化医专医学影像教研室（三）主控电路它周期性地产生同步触发脉冲信号，去触发控制发射电路、扫描发生器。（四）扫描发生器产生扫描电压加至显示器的偏转系统，使电子束按一定的规律扫描，在显示器上显示出曲线或图像。（五）电源给单元电路，提供所需工作电源。怀化医专医学影像教研室（六）超声波束的扫描1、线阵换能器由若干数百个小晶片构成，每个小晶片都是独立的，互相绝缘，把宽度方向（探头短轴）上若干个晶片联起来，组成一个阵元，则256个晶片组成64个阵元。怀化医专医学影像教研室例：100个阵元的探头先由1-4号阵元发射1个声束，再由2-5号阵元发收获第2条超声扫描线，依次类推至97-100阵元发射并接收反射回仪器的超声波，形成97条扫描线，完成一次扫描，构成一幅矩形超声图像，随后又重复上述过程，每秒25次形成25幅以上声像图。怀化医专医学影像教研室怀化医专医学影像教研室2、相控陈换能器（电子扇形）采用尺寸较小的多阵元换能器发射和接收声束，使声束很容易通过胸部肋骨间小窗口透入体内作扇形扫描，以达探测整个心脏目的。（1）相控阵发射所有晶体同时激励，产生合成波束。（2）回波接收回波到达时间不同，各晶体接收到的信号加以不同的延迟，最终得到发射声束偏转方向相同的反射声束，接收信号经不同时间延时，合成同一信号。怀化医专医学影像教研室二、灵敏度时间补偿STC由于超声在传播时，相同界面的反射在深部的回声信号比表浅的明显要小，故采用增益补偿放大措施，使浅部组织回波信号放大较小，使深部组织回波信号放大较大，使不同深度的同一种组织回声信号都充分显示。怀化医专医学影像教研室三、脉冲回声法超声诊断仪脉冲周期和回波（自学）在两个发射脉冲之间期内，是接收回波信号的时间。怀化医专医学影像教研室第四节A型及M型超声诊断仪一、A型超声诊断仪用波幅的高低，多少来反映超声反射回波的诊断仪器。怀化医专医学影像教研室二、A超工作原理垂直扫描换能器发射同步信号水平扫描检波示放接收CRT垂直偏转CRT水平偏转怀化医专医学影像教研室怀化医专医学影像教研室三、M型超声诊断仪显示运动器官的反射回声横座标显示反射回声随时间变化的运动轨迹纵座标：显示反射回声从人体不同层次的界面反射即深度位置。怀化医专医学影像教研室四、M型超声工作原理视放换能器发射电路信号发生器接收放大CRT偏转电路标点发生器CRT阴极X偏转y偏转怀化医专医学影像教研室原理：反射回波被探头接收后→经接收放大器→视频放大器↓加大CRT阴极进行亮度调剂然后y轴上各光点←显示光点的垂直←沿X轴由左向右快运动方向与声束扫描，形成光代同步（距离深部坐标）y

形成光点怀化医专医学影像教研室第五节B超仪及操作程序在声像图上以光点多少、亮度、形成来反映界面反射强度，反映一个人体某一断层图。怀化医专医学影像教研室一、B超仪的基本电路（一）探头——换能器接收发射超声分类：单晶体：多晶体：（1）沿直线排列（2）沿弧线排列——凸阵（3）沿圆环排列——环阵（4）沿平面排列——面阵（二）发射电路结构1、当K闭合前→电源电压V→经R1、C↓形成并联支路L←R2怀化医专医学影像教研室2、开关K闭合后，C经Ro→开关K→电感L、R2→换能器三者结构并联支路进行放电→换能器两电极产生高频振荡电压→晶体产生超声发出。怀化医专医学影像教研室（三）隔离电路为防止超声发射高电压脉冲进入接收放大器，干扰放大器正常工作，故发射电路与接收电路之间，没隔离电路。1、第一类隔离级电路在发射电路上，反向并联二极管D1、D2，将发射脉冲电压限幅在±0.7V。怀化医专医学影像教研室回波信号在换能器两极之间，引起信号电压小于±0.7V，不足以引起D1、D2导通，以极少的衰减信号被接收放大器接收，而不使高压发射。怀化医专医学影像教研室2、第二类隔离级电路图示：高电压脉冲时，D1、D2的阴极A、D两点间电位高达100伏以上，而阳极经过电阻R1、R2接至电源电压+12V，发射期间D1、D2处于反向偏置状态而短路，发射脉冲C1不能串入放大器内。接收回波信号时，A、D两点电位在数百mV以下，D1、D2处于正向偏态，信号电压经D1、D2、C1至放大器。怀化医专医学影像教研室（四）接收预放电路（前置放大器）作用：①使电路电气性能匹配、满足工作要求。②隔离前、后级电路。③信号放大。怀化医专医学影像教研室（五）超声波束的聚焦使声束在一定范围内汇聚叫聚焦1、声学聚焦聚焦后使声波穿透力、回波强度增加，在压电元件（换能器）的表面放置一个凹面的声透镜。怀化医专医学影像教研室超声在凹面材料上发生会聚折射，也可在压电元件（换能器）表面放置一个平凸镜，（该平凸镜有利于探头与人体之间良好接触，减少声波的损耗），超声在凸面上也会会聚折射，临床常用。怀化医专医学影像教研室2、电子聚焦对探头各元提供激励，使声场合成波会聚的方式对各个晶体采用延时激励、即每激励一次脉冲，经不同延时后到达各晶体，使晶体发声波会聚。怀化医专医学影像教研室3、动态电子聚焦椐探测深度变化，改变发射波的焦距而改变发射激励脉冲的延时而调节焦距。怀化医专医学影像教研室（七）数字扫描变换技术即用数字方式，以不同速度来存入和读出图像信息，用这种方法完成从超声扫描到显示扫描的变化技术。怀化医专医学影像教研室二、B型超声诊断仪操作程序1、通过操作程序①按下开机按钮，电源指示灯亮。②键盘冻结功能键指示灯亮FREEZE。③等数分钟，显示屏幕上一静止画面。④调节显示器辉度、对比度、使灰阶标尺显示正确。⑤首次工作，椐图像效果，调节近场增益，远场增益,总增益。2、专用操作程序见各机器使用说明怀化医专医学影像教研室第六节超声多普勒系统一、多普勒效应当发射声源与被探物体作相对运动时，接收到的声波频率与发射声源频率有一定差异叫多普勒效应。当界面（被探物体）向探头运动时，反射频率大于发射频率叫正频移。当界面背离探头运动时，反射频率小于发射频率叫负频移。当界面不动，反射声频等于发射声频、无频移产生。用途：测血流、听诊、胎儿监护、组织运动成像。怀化医专医学影像教研室二、多普勒效应应用原理当运动体的运动速度的矢量V与声束夹角O°≤θ≤90°，fd＞0，回波频率高于发射频率。当运动速度矢量V与声束夹角，90°＜θ＜180