超声诊断物理基础

超声诊断物理基础演讲人：日期：目录CATALOGUE超声诊断概述超声波基本特性超声换能器原理及结构超声信号处理技术超声诊断系统组成及工作流程超声诊断在医学领域应用01超声诊断概述PART利用超声波在人体中的传播特性进行诊断的一种医学影像技术。超声诊断定义基于超声波的反射、折射、散射、衰减和多普勒效应等物理特性，通过接收和处理超声波信号来获取人体内部组织和器官的形态、结构、功能以及血流信息。超声诊断原理超声诊断定义与原理现阶段随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，超声诊断技术不断更新换代，出现了彩色多普勒超声、三维超声、超声造影等新技术。初始阶段20世纪40年代，A型超声和M型超声开始应用于医学领域，主要用于测量组织和器官的大小和位置。发展阶段20世纪60年代，B型超声的出现使得实时成像成为可能，超声诊断开始广泛应用于临床各个领域。超声诊断技术发展历程超声诊断优势无辐射、无创、实时成像、易于操作、价格相对低廉等。超声诊断应用领域广泛应用于腹部、妇产科、心血管、浅表器官、肌肉骨骼等部位的疾病诊断和鉴别诊断，以及介入性超声和超声治疗等领域。超声诊断优势及应用领域02超声波基本特性PART超声波传播特性传播速度超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性有关，通常情况下，固体中传播速度最快，液体中次之，气体中最慢。传播方向穿透力超声波具有束射性，其传播方向与介质质点的振动方向一致，遇到界面时会产生反射、折射等现象。超声波在介质中传播时，能够穿透一定厚度的物质，但穿透力与介质密度、颗粒大小及超声波频率等因素有关。超声波在传播过程中，由于扩散、散射和吸收等因素，能量逐渐减弱的现象称为衰减。扩散衰减是由于声束随距离增加而扩散，导致单位面积上的能量减少；散射衰减则是由于超声波遇到小于波长的微粒或界面时，发生散射现象，导致能量损失。衰减超声波在传播过程中，遇到不同介质或介质内部的不均匀结构时，会发生散射现象。散射的强弱与介质的性质、微粒大小及超声波波长有关。当散射体尺寸远小于波长时，发生瑞利散射；当散射体尺寸与波长相当或更大时，发生米氏散射。散射超声波衰减与散射现象当超声波遇到运动物体时，会发生频率的偏移现象，称为多普勒效应。当物体朝向超声波源运动时，接收到的超声波频率会增高；当物体远离超声波源时，接收到的超声波频率会降低。多普勒效应多普勒效应在医学超声诊断中具有重要应用，如彩色多普勒超声技术可用于检测血液流速和方向，判断心脏和血管的疾病情况；在胎儿检查中，可通过观察胎心的搏动情况来评估胎儿的健康状况。此外，多普勒效应还广泛应用于工业测量、无损检测及材料科学研究等领域。应用超声波多普勒效应及应用03超声换能器原理及结构PART电容效应超声换能器中的振动膜片与电极构成电容，当膜片振动时，会引起电容量的变化，从而产生电信号。压电效应将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能。是超声换能器实现声能与电能相互转换的关键。磁致伸缩效应超声换能器中的某些材料在磁场中会发生长度的微小变化，由此可以产生超声波。超声换能器工作原理常见超声换能器类型及特点压电陶瓷换能器灵敏度高、稳定性好，但制作工艺复杂、成本较高。磁致伸缩换能器具有输出功率大、机械强度高、稳定性好等优点，但效率较低、发热量大。静电换能器结构简单、灵敏度高，但易受外界干扰、输出阻抗高。电磁声换能器利用电磁原理将电能转换为机械能，再转换为声能，具有宽频带、大功率等特点。评价换能器在不同频率下的输出特性，如灵敏度、带宽等。反映换能器将一种形式的能量转换为另一种形式能量的效率，通常用电声转换效率或机电转换效率表示。描述超声波在传播过程中的方向性，与换能器的形状、尺寸和振动模式有关。评价换能器对两个相邻物体的分辨能力，主要取决于超声波的波长和换能器的尺寸。超声换能器性能指标评价方法频率特性灵敏度指向性分辨率04超声信号处理技术PART超声信号采集与预处理超声信号产生利用压电效应或电磁效应将超声能量转换为电信号。信号接收通过探头接收超声回波信号，并转换为电信号进行处理。预处理包括信号放大、滤波、去噪等，以提高信号质量。采集参数设置如采样率、增益等参数的设定，影响信号采集的精度和有效性。时域分析提取信号的振幅、时间等时域特征，用于区分不同组织和病变。频域分析将信号转换为频谱，分析信号的频率成分和能量分布，用于诊断疾病。统计分析通过统计学方法提取信号的特征参数，如均值、方差等，用于定量评估信号特性。机器学习算法利用机器学习算法自动提取信号特征，并进行分类和识别，提高诊断准确性。超声信号特征提取方法超声图像重建与后处理技术图像重建将采集到的超声信号进行图像重建，生成可视化的超声图像。图像增强对重建后的图像进行增强处理，如对比度增强、边缘锐化等，以提高图像质量。图像分割将图像中的不同组织或病变区域分割出来，便于测量和分析。三维重建与可视化将二维超声图像转换为三维图像，实现立体可视化，为医生提供更直观的诊断信息。05超声诊断系统组成及工作流程PART超声探头将电信号与机械振动相互转换，向人体发射超声波并接收回波信号。超声诊断系统基本构成01信号处理器对接收到的回波信号进行放大、滤波、检波等处理，提取有用的信息。02图像显示与记录装置将处理后的信号转换为可见的图像，供医生分析和诊断。03输入/输出接口用于连接各种外设，如打印机、存储设备、网络等，实现数据的传输和共享。04发射超声波通过探头向人体发射高频超声波，穿透人体组织并产生回波。接收回波信号探头接收经过人体组织反射回来的超声波信号，并转换为电信号。信号处理对接收到的电信号进行放大、滤波、检波等处理，提取有用的信息。图像生成与显示将处理后的信号转换为可见的图像，医生根据图像进行诊断和分析。报告输出医生根据诊断结果，编写诊断报告，并通过接口输出到打印机、存储设备或网络等。超声诊断工作流程0102030405A型超声诊断仪B型超声诊断仪将B型超声与彩色多普勒技术相结合，可实时显示血流方向和速度，提高诊断准确率。彩超诊断仪主要用于检测血液流速和流量，如多普勒超声诊断仪等。D型超声诊断仪主要用于测量心脏功能，如心肌运动速度、心脏瓣膜运动等。M型超声诊断仪主要用于测量人体器官或组织的径线距离，如眼科、妇产科等领域。主要用于获取人体器官或组织的二维图像，广泛应用于腹部、妇产科、心脏等领域。典型超声诊断设备介绍06超声诊断在医学领域应用PART腹部超声检查肝脏疾病诊断包括肝囊肿、肝血管瘤、肝癌等，超声检查可确定病变位置、大小、形态及性质。胆道疾病诊断如胆囊结石、胆囊炎、胆管扩张、胆道肿瘤等，超声检查可显示胆道梗阻部位及原因。胰腺疾病诊断胰腺炎、胰腺癌、胰腺囊肿等，超声检查有助于病变的发现及鉴别诊断。脾脏疾病诊断包括脾大、脾囊肿、脾破裂等，超声检查可观察脾脏大小、形态及内部结构。心肌病诊断扩张型心肌病、肥厚型心肌病等，超声检查可评估心室壁厚度、心腔大小及心功能。心脏肿瘤诊断如左心房粘液瘤等，超声检查可确定肿瘤位置、大小及与周围组织关系。先天性心脏病诊断如房间隔缺损、室间隔缺损等，超声检查可发现心脏结构异常及血流动力学改变。心脏瓣膜病诊断如二尖瓣狭窄、关闭不全等，超声检查可观察瓣膜形态、活动度及功能。心脏超声检查妇科疾病诊断如子宫肌瘤、卵巢囊肿、盆腔炎等，超声检查可显示病变部位、大小及与周围组织关系。妇科肿瘤诊断如子宫颈癌、子宫内膜癌等，超声检查有助于早期发现及评估肿瘤范围。计划生育手术并发症诊断如人流不全、节育器异位等，超声检查可提供准确诊断依据。孕期检查可观察胎儿生长发育情况，包括胎位、胎盘位置、羊水量等，及时发现胎儿畸形及宫内发育迟缓。妇产科超声检查浅