超声成像原理与技术.pptx

第一章 绪 论医学超声医学超声：超声物理学、超声工程学，与医学超声诊：超声物理学、超声工程学，与医学超声诊断与治疗。断与治疗。超声物理超声物理：振动和波是理论基础，研究超声波在生物：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组织中的传播特性和规律。组织中的传播特性和规律。超声工程学超声工程学:电子技术、计算机技术为基础，依靠超电子技术、计算机技术为基础，依靠超声物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。声物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。超声诊断超声诊断：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，射、散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发从而使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别生不同的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差异、判别组织的病变特征。组织的差异、判别组织的病变特征。超声治疗超声治疗：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。利用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。第1页/共76页超声成像设备分类（上）一、按超声波型分类一、按超声波型分类连续波超声设备连续波超声设备脉冲波超声设备脉冲波超声设备二、按利用物理特性分类二、按利用物理特性分类回波式超声诊断仪回波式超声诊断仪透射式超声诊断仪透射式超声诊断仪三、按设备的结构分三、按设备的结构分A A超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的传播时间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度的传播时间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度（Amplitutede),Amplitutede),故称为故称为A A型显示，简称型显示，简称A A超。临床运用超。临床运用测量人体器官位置，尺寸、组织的声学特性、诊断疾病测量人体器官位置，尺寸、组织的声学特性、诊断疾病第2页/共76页超声设备分类（下超声设备分类（下）M M型超声诊断设备型超声诊断设备-M M超超声心动图仪超超声心动图仪：在荧光屏上得到组织：在荧光屏上得到组织器官器官（心脏心脏)许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超声波的强弱。是亮度调制型设备。临床主要用于研究心反射超声波的强弱。是亮度调制型设备。临床主要用于研究心血管疾病、可与心电图、心音图、脉搏结合考虑分析，测量心血管疾病、可与心电图、心音图、脉搏结合考虑分析，测量心血管的部分大小、厚度，瓣膜的运动。血管的部分大小、厚度，瓣膜的运动。B B型超声诊断设备：型超声诊断设备：B B超切面显像仪。静止目标超切面显像仪。静止目标B B型超声显像型超声显像仪；实时仪；实时B B型超声显像仪，数字扫描型超声显像仪，数字扫描B B型超声成像设备，代计算型超声成像设备，代计算机的机的B B型超声成像设备四种。型超声成像设备四种。C C超与超与F F型超声成像设备：横断面成像，曲面成像型超声成像设备：横断面成像，曲面成像。D D超：超：脉冲回波脉冲回波D D型超声诊断仪，连续波型超声诊断仪，连续波D D型超声诊断仪。型超声诊断仪。彩超彩超=B+D+M,B+D+M,多功能超声成像设备。彩色显示。多功能超声成像设备。彩色显示。CDFI CDFI 彩色血彩色血流（低速流（低速)显像仪显像仪 CDTI(CDTI(高速）高速）CDE(CDE(彩色、幅度，大小）彩色、幅度，大小）低速血流的彩色多普勒能谱图，低速血流的彩色多普勒能谱图，DPA(DPA(大小，方向）大小，方向）CHI,THICHI,THI超声全息诊断设备超声全息诊断设备 超声显微镜超声显微镜 超声超声CT CT 超声外科设备超声外科设备 超声治疗设备超声治疗设备第3页/共76页二、超声设备发展历程18801880年，法国科学家年，法国科学家 皮尔和皮尔和Jacques.Jacques.居里居里 压电效应压电效应 。19171917年年法国科学家保罗郎之万法国科学家保罗郎之万 发现逆压电效应。发现逆压电效应。19211921年年 声纳声纳19421942年年 奥地利科学家奥地利科学家 A A超，探测头颅超，探测头颅19521952年年 美国科学家美国科学家 B B超超 1954 1954年年B B超临床超临床19561956年年 日本科学家日本科学家 多普勒超声多普勒超声 探测心脏探测心脏19671967年年 电子探头电子探头 1968 1968年年 TGCTGC19681968年年 研究计算机用于研究计算机用于B B超设备，超设备，DSCDSC数字扫描数字扫描19731973年年C C超，超，19781978年年F F超超19831983年彩色学流图（年彩色学流图（CFMCFM），），19901990年年3 3D D扫描研制扫描研制19911991年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段CDTI CDE DPA CHI THICDTI CDE DPA CHI THI第4页/共76页三、超声波基础知识简介（一）（一）超声波超声波1 1、是频率超过、是频率超过2 2万万HzHz的机械波，在空气中传播平均速度为的机械波，在空气中传播平均速度为340340m/sm/s，在人体软组织，液在人体软组织，液体中约体中约15401540m/sm/s，在颅骨中在颅骨中38603860m/sm/s。2 2、描述超声波的物理量描述超声波的物理量:周期周期T,T,频率频率f f，波长波长 ，波速，波速C C，相位相位=(=(t t)介质特征声学参数声阻抗介质特征声学参数声阻抗 Z=Z=C (C (单位瑞利单位瑞利)声压声压p p，声压级声压级L Lp p，声强声强I I，声强级声强级L LI I声压反射系数，折射系数，声压反射系数，折射系数，声强反射系数，声强折射系数声强反射系数，声强折射系数第5页/共76页3、次声波、声波、超声波4 4、超声波的特点、超声波的特点方向性好：定向发射。方向性好：定向发射。能量高：能量高：传输特性：传输特性：穿透能力：工作频率与发射功率穿透能力：工作频率与发射功率5 5、超声波的类型、超声波的类型纵波与横波：固体、液体、气体纵波与横波：固体、液体、气体均可均可传播纵波。传播纵波。只能只能在固体传播横波，不在固体传播横波，不能在液体、气体传播横波。能在液体、气体传播横波。表面波：延介质表面传播的波，是瑞丽表面波：延介质表面传播的波，是瑞丽18871887年提出又叫瑞丽波年提出又叫瑞丽波板波：在板厚与波长相当的介质中传播板波：在板厚与波长相当的介质中传播平面波：波阵面互相平行的平面的波平面波：波阵面互相平行的平面的波柱面波：波阵面是同轴圆柱面的波柱面波：波阵面是同轴圆柱面的波球面波：波阵面是同心球面的波球面波：波阵面是同心球面的波连续波：波源不断振动，连续不断辐射的波。脉冲波：波源振动时间较短，连续波：波源不断振动，连续不断辐射的波。脉冲波：波源振动时间较短，间歇辐射的波间歇辐射的波第6页/共76页一维超声波的数学表达式声压声压p p介质密度介质密度，超声波传播速度，超声波传播速度C C，振幅振幅A A角频率角频率 2 2，超声波传播时间，超声波传播时间t t第7页/共76页第8页/共76页第9页/共76页第10页/共76页第11页/共76页第12页/共76页3 3、超声波在介质中的传播规律、超声波在介质中的传播规律反射：反射系数反射：反射系数=（Z Z2 2-Z-Z1 1）/（Z Z2 2+Z+Z1 1）全反射全反射 与与 反射强烈反射强烈折射：折射：衍射：衍射：干涉干涉 与与 驻波驻波散射：散射：声学界面：声阻抗不同的两组织形成。声学界面：声阻抗不同的两组织形成。条件：声学界面的几何尺寸与超声波波长比较。条件：声学界面的几何尺寸与超声波波长比较。声阻抗声阻抗Z Z：与介质密度与介质密度 和超声波传播速度和超声波传播速度C C有关，有关，人体组织按声阻抗分类（低，中，人体组织按声阻抗分类（低，中，高）。高）。第13页/共76页（二）超声波在介质中的衰减1 1、衰减：超声波强度随传播距离增加，减少的现象，称为超声波的衰减。、衰减：超声波强度随传播距离增加，减少的现象，称为超声波的衰减。2 2、衰减表现几种形式、衰减表现几种形式扩散衰减：有距离造成与距离平方成反比。扩散衰减：有距离造成与距离平方成反比。散射衰减：与微粒作用改变超声波传播方向。散射衰减：与微粒作用改变超声波传播方向。吸收衰减：摩擦内耗，与频率的关系较大，吸收衰减：摩擦内耗，与频率的关系较大，高频超声波衰减大，传播距离近，宜高频超声波衰减大，传播距离近，宜探测浅表组织。探测浅表组织。第14页/共76页（三）成像原理1 1、雷达测距原理、雷达测距原理界面位置判定界面位置判定:L=Ct/2L=Ct/2t t超声波在人体超声波在人体来回距离来回距离回波时间回波时间，表示界面位置表示界面位置，C C超声波在人体组织中的传播速度超声波在人体组织中的传播速度2 2、回波大小与界面出组织声阻抗或密度有关，界面一回波大小与界面出组织声阻抗或密度有关，界面一定反射超声波的大小一定，可以根据回波强弱判定界定反射超声波的大小一定，可以根据回波强弱判定界面处的参数；只要密度有变化的地方有反射，可以探面处的参数；只要密度有变化的地方有反射，可以探测，设备质量高，低决定能否识别微小变化测，设备质量高，低决定能否识别微小变化回波大小回波大小表示介质声阻抗变化（密度变化）。表示介质声阻抗变化（密度变化）。第15页/共76页第16页/共76页第17页/共76页第二节 超声探头（换能器）一、作用：机械能与电能相互转换完成发射或接收超声波的任务一、作用：机械能与电能相互转换完成发射或接收超声波的任务二、结构：换能器、壳体、电缆、其它部件（如电机、位置检测器）等。二、结构：换能器、壳体、电缆、其它部件（如电机、位置检测器）等。主体（主体（压电振子、吸收层、保护层）压电振子、吸收层、保护层）与壳体（与壳体（外壳、电缆、接插部件外壳、电缆、接插部件）两部分。两部分。三、原理：发射超声波和接收超声波三、原理：发射超声波和接收超声波 压电效应：晶片施力在端面上出现电荷。压电效应：晶片施力在端面上出现电荷。逆压电效应：晶片上施加正弦交变电压引起逆压电效应：晶片上施加正弦交变电压引起 晶片振动，发射超声波。晶片振动，发射超声波。四、压电材料与压电振子四、压电材料与压电振子 压电材料物理上都是弹性体，物理特性方向各异，有的方向有压电效压电材料物理上都是弹性体，物理特性方向各异，有的方向有压电效应，有的方向无。应，有的方向无。压电材料：压电单晶体（天然石英、电石类，人工制造硫酸锂，铌酸锂）压电材料：压电单晶体（天然石英、电石类，人工制造硫酸锂，铌酸锂），压电陶瓷（许多不同单晶体构成，一定温度范围有压电效应，如钛酸，压电陶瓷（许多不同单晶体构成，一定温度范围有压电效应，如钛酸钡，锆钛酸铅钡，锆钛酸铅PZTPZT），），压电高分子聚合材料，聚偏氟乙烯压电高分子聚合材料，聚偏氟乙烯PVFPVF2 2。压电振子：最小几何尺寸的压电材料，基本单元。压电振子：最小几何尺寸的压电材料，基本单元。第18页/共76页晶片的振动模式伸缩振动（厚度、长度、径向伸缩振动（厚度、长度、径向)切变振动切变振动(厚度切变、面切变）厚度切变、面切变）弯曲振动（厚度弯曲，长度弯曲）弯曲振动（厚度弯曲，长度弯曲）能陷振动能陷振动在临床中，不同器官组织要用不同的探头。在临床中，不同器官组织要用不同的探头。这是学习超声诊断十分重要的技术。这是学习超声诊断十分重要的技术。第19页/共76页五、探头的分类（一）、按工作原理分（一）、按工作原理分脉冲回波探头脉冲回波探头多普勒式探头多普勒式探头（二）、按结构分（二）、按结构分机械探头与电子探头机械探头与电子探头（三（三)、按用途分、按用途分眼科、腹部、妇产科等眼科、腹部、妇产科等（四（四)按振子单元数分单元探头，多元探头（线阵、按振子单元数分单元探头，多元探头（线阵、相控阵、方阵、凸阵）。相控阵、方阵、凸阵）。（五）按声束特性分、聚焦探头（五）按声束特性分、聚焦探头,非聚焦换能器非聚焦换能器（六）收发方式分（发射、接收、收发兼用）（六）收发方式分（发射、接收、收发兼用）按晶片形状分（圆形，环形、方形、矩形、按晶片形状分（圆形，环形、方形、矩形、第20页/共76页六、质量指标探头的性能参数(书172页）居里点：居里点：压电材料发生压电效应的临界温度。压电材料发生压电效应的临界温度。频率常数频率常数f fc c：确定晶片几何尺寸的重要参数。确定晶片几何尺寸的重要参数。谐振状态谐振状态。电容常数电容常数：表示晶片的介电性能参数。极间电容越小越好。表示晶片的介电性能参数。极间电容越小越好。发射系数发射系数D D：电能转变成机械能，压力恒定时，单位电场强电能转变成机械能，压力恒定时，单位电场强度变化引起应变变化。度变化引起应变变化。接收系数接收系数G G：机械能转变成电能，电位移恒定，单位压力引机械能转变成电能，电位移恒定，单位压力引起电场变化。起电场变化。机电耦合系数机电耦合系数K K：机械能与电能转换系数，与晶片的灵敏度机械能与电能转换系数，与晶片的灵敏度有关，材料决定，无单位。有关，材料决定，无单位。力学品质因素力学品质因素Q Qm m：决定探头通频带的重要因素，谐振时晶片决定探头通频带的重要因素，谐振时晶片储存能量与晶片损耗能量之比，储存能量与晶片损耗能量之比，Q Qm m大损耗小。通频带窄。无大损耗小。通频带窄。无单位。单位。介质损耗因子介质损耗因子tgtg：第21页/共76页平面活塞探头性能探讨（174页）远场与近场远场与近场 超声波波长超声波波长，晶片半径，晶片半径a 扩散半角扩散半角a第22页/共76页七、压电振子的特性讨论晶片的等效电路晶片的等效电路频率特性频率特性换能器的许多参数与频率有关换能器的许多参数与频率有关工作频率工作频率频带宽度频带宽度电阻抗匹配电阻抗匹配声阻抗匹配声阻抗匹配频率相应频率相应同一振子接收不同频率的超声波同一振子接收不同频率的超声波同一振子加不同的压力同一振子加不同的压力第23页/共76页晶片的形状，几何尺寸，振动模式，晶片的材料，对图象质量，分辩率、噪声晶片的形状，几何尺寸，振动模式，晶片的材料，对图象质量，分辩率、噪声第24页/共76页第25页/共76页第26页/共76页探头的基本组成第27页/共76页探头的等效电路第28页/共76页第29页/共76页第30页/共76页第31页/共76页第32页/共76页一、临床运用，回波波形显示一、临床运用，回波波形显示Y Y轴轴:表示回波强弱表示回波强弱X X轴轴:表示界面的位置或者说超声波在介质中的传播表示界面的位置或者说超声波在介质中的传播速度速度二、工作原理二、工作原理第33页/共76页 第三节 显 像 管（CRT)一、黑白显像管一、黑白显像管 结构：电子枪、荧光屏、偏转线圈、高真空玻璃容器。结构：电子枪、荧光屏、偏转线圈、高真空玻璃容器。作用：作用：将视频图象信号还原成可见光图象。将视频图象信号还原成可见光图象。工作原理：工作原理：电子枪的作用：电子枪的作用：产生一束聚焦性能良好，能量较高的阴产生一束聚焦性能良好，能量较高的阴极射线。阴极（灯丝），控制级、第一加速级，第二加极射线。阴极（灯丝），控制级、第一加速级，第二加速级，第三加速级，聚焦级。速级，第三加速级，聚焦级。荧光屏荧光屏:(荧光粉颗粒荧光粉颗粒)高速电子打在荧光粉，发光，发高速电子打在荧光粉，发光，发光强度与阴极射线的强度成正比光强度与阴极射线的强度成正比；改变控制级（；改变控制级（Z轴）的轴）的电压电压调制阴极射线强度达到调制荧光屏亮度等级调制阴极射线强度达到调制荧光屏亮度等级；把发把发光持续时间叫光持续时间叫余辉时间余辉时间，不同材料的荧光粉余辉时间不，不同材料的荧光粉余辉时间不同。同。高速电子打在不同荧光材料发出不同颜色的光。高速电子打在不同荧光材料发出不同颜色的光。第34页/共76页第35页/共76页偏转系统：显像管的偏转有静电偏转与磁偏转两种，前者构成示波管，后者叫显象管显像管的偏转有静电偏转与磁偏转两种，前者构成示波管，后者叫显象管静电偏转系统静电偏转系统:水平偏转电极、垂直偏转电极。水平偏转电极、垂直偏转电极。磁偏转系统：水平线圈（磁偏转系统：水平线圈（X轴）、垂直线圈（轴）、垂直线圈（Y轴）。轴）。作用：控制高速电子打亮荧光屏上亮点位置。可已通过控制线圈的电流作用：控制高速电子打亮荧光屏上亮点位置。可已通过控制线圈的电流(线性电流）线性电流）实现扫描。实现扫描。扫描：高速电子是按顺序打亮荧光屏的，从左到右从上之下。扫描：高速电子是按顺序打亮荧光屏的，从左到右从上之下。第36页/共76页工作原理景物亮度信号加在景物亮度信号加在CRTCRT的的Z Z轴上，调制飞往荧光屏的阴轴上，调制飞往荧光屏的阴极射线强度，调制荧光屏上的亮度等级使得荧光屏上极射线强度，调制荧光屏上的亮度等级使得荧光屏上的亮度等级与景物的亮度等级一一的亮度等级与景物的亮度等级一一 对应。对应。把提取到景物上的位置信号加在把提取到景物上的位置信号加在CRTCRT的偏转系统上，的偏转系统上，调制流过偏转线圈的电流，使得荧光屏上的亮点位置调制流过偏转线圈的电流，使得荧光屏上的亮点位置和景物的亮点位置一一对应。和景物的亮点位置一一对应。合理选择荧光屏的余辉时间。合理选择荧光屏的余辉时间。人体器官组织的解剖图像展示在荧光屏上。人体器官组织的解剖图像展示在荧光屏上。第37页/共76页显示器的参数书（178页）象素，灰阶，扫描线性是显示器象素，灰阶，扫描线性是显示器 质量参数。质量参数。亮度亮度对比度与灰阶对比度与灰阶分辨率分辨率几何尺寸：对角线几何尺寸：对角线第38页/共76页彩色显像原理与彩色显象管彩色显像管：彩色显像管：三基色原理：三基色原理：第39页/共76页液晶显示器（书177页）液晶：固体与液体之间一种材料，不同电压下受光照射时折射率发生改变实现液晶：固体与液体之间一种材料，不同电压下受光照射时折射率发生改变实现成像，重量轻、省电，地址精度较高。成像，重量轻、省电，地址精度较高。第40页/共76页超声设备物理结构模型信号发生器信号发生器发射通道发射通道探探头头接收通道接收通道显示显示人体电源电源第41页/共76页第四节A型超声诊断仪一、一、A A超是回波幅度显示设备超是回波幅度显示设备荧光屏上物理含义荧光屏上物理含义Y Y轴：表示回波强弱轴：表示回波强弱X X轴：表示超声波在介质中传播的距离或时间轴：表示超声波在介质中传播的距离或时间二、临床运用；测量器官组织的距离或线度二、临床运用；测量器官组织的距离或线度第42页/共76页三、A型超声仪器的基本结构主控电路：多谐振荡器，产生同步触发脉冲，对各单主控电路：多谐振荡器，产生同步触发脉冲，对各单元控制，发射，接收等，元控制，发射，接收等，脉冲重复频率（脉冲重复频率（PRF)延时电路：延时电路：发射电路：利用电子开关，对高压电容充放电，发射电路：利用电子开关，对高压电容充放电，接收电路：射频放大、检波、视频放大，接收电路：射频放大、检波、视频放大，标距电路：标距电路：13 s/cm时基电路：产生锯齿波、放大加在时基电路：产生锯齿波、放大加在CRT的的X轴上轴上增辉电路：示波器的控制极增辉电路：示波器的控制极电源：整机的能量供应者。电源：整机的能量供应者。探头：探头：显示器：显示器：第43页/共76页第44页/共76页第45页/共76页第五节 M型超声诊断仪M M超又叫超声心动图仪，是亮度调制型设备超又叫超声心动图仪，是亮度调制型设备。一、荧光屏的物理含义一、荧光屏的物理含义：X X轴：表示时间（回波展开时间）轴：表示时间（回波展开时间）Y Y轴：轴：y y轴距离表示界面位置轴距离表示界面位置Z Z轴：亮点的亮度等级表示回波强弱轴：亮点的亮度等级表示回波强弱二、超声心动曲线：二、超声心动曲线：一个声学界面（器官组织），在不同时间（每隔一个声学界面（器官组织），在不同时间（每隔0.50.5秒）秒）不同的位置反射回波强弱用一条曲线表示，该曲线称为不同的位置反射回波强弱用一条曲线表示，该曲线称为超声心动曲线。超声心动曲线。第46页/共76页三、M型超声诊断仪的基本结构主控电路：主控电路：接收电路：接收电路：发射电路：发射电路：TGCTGC：深度扫描电路深度扫描电路:点阵时表电路点阵时表电路:时间扫描电路时间扫描电路:探头探头:显示器显示器:电源电源:第47页/共76页多参数M型超声心动图仪（书187页）得到人体心脏的得到人体心脏的1 1、超声心动曲线、超声心动曲线2 2、心电图、心电图3 3、心音图、心音图4 4、心尖搏动图等、心尖搏动图等联合同步显示联合同步显示采用长余辉磁偏转显像管采用长余辉磁偏转显像管第48页/共76页第49页/共76页第50页/共76页第六节 B型超声成像设备一、一、成像成像:用荧光屏上可见光图象表示器官组织解剖形状用荧光屏上可见光图象表示器官组织解剖形状1 1、成像平面：平行超声束的平面、成像平面：平行超声束的平面2 2、成像原理：如何采集探测平面上一点的密度大小，以及相应点、成像原理：如何采集探测平面上一点的密度大小，以及相应点的位置坐标。回波时间确定一个坐标，超声束的方向（晶片摆动的位置坐标。回波时间确定一个坐标，超声束的方向（晶片摆动角度）确定另一个坐标。角度）确定另一个坐标。3 3、基本组成、基本组成二、实时成像：每秒二、实时成像：每秒2525幅图象幅图象1 1、扫描：超声照射探测平面的方式或顺序，常见的形状有扇行，、扫描：超声照射探测平面的方式或顺序，常见的形状有扇行，矩形，和圆形。矩形，和圆形。2 2、位置检测器：提取探测面位置坐标的器件、位置检测器：提取探测面位置坐标的器件第51页/共76页三、B超的常见类型静止目标的静止目标的B B型超声成像型超声成像实时成像实时成像B B型超声成像仪型超声成像仪带带DSCDSC的的B B型超声成像设备型超声成像设备带计算机的带计算机的B B超设备超设备声驱动方式声驱动方式声束扫查方式声束扫查方式 聚焦方式聚焦方式成像速度成像速度体表体表/经体经体腔腔机械机械矩形矩形几何聚焦几何聚焦非实时非实时体表体表机械机械扇型扇型几何聚焦几何聚焦实时实时体表体表机械机械径向径向几何聚焦几何聚焦实时实时体腔体腔电子电子线阵线阵电子聚焦电子聚焦实时实时体表体表电子电子凸阵凸阵电子聚焦电子聚焦实时实时体表体表电子电子相控阵相控阵电子聚焦电子聚焦实时实时经体腔经体腔第52页/共76页四、旋转变压器(书189页）作用：获得层面上的位置信息作用：获得层面上的位置信息结构：正余弦变压器结构：正余弦变压器工作原理：机械运动转变成电信号工作原理：机械运动转变成电信号其他器件：光码盘其他器件：光码盘第53页/共76页五、B超的扫描与探头（书188页，191、194）机械扫描：扇形扫描、矩形扫描、径向扫描机械扫描：扇形扫描、矩形扫描、径向扫描 晶片的驱动晶片的驱动:聚焦方式聚焦方式:位置检测：位置检测：电子扫描：凸阵电子扫描：凸阵扇扫、相控阵扇扫扇扫、相控阵扇扫数字扫描：数字扫描：192页页194页页B超探头的结构超探头的结构第54页/共76页六、聚焦（196页)几何聚焦机械聚焦：电子聚焦：二次函数延迟第55页/共76页七、七、数字扫描数字扫描DSCDSC的的B B型超声成像设备型超声成像设备1 1、数字化：将电信号转变成数字信号、数字化：将电信号转变成数字信号2 2、图象存储器：是、图象存储器：是DSCDSC的核心器件的核心器件3 3、读写操作：用软件、程序的方式实现对图象存、读写操作：用软件、程序的方式实现对图象存储器扫描即储器扫描即DSCDSC数字扫描数字扫描4 4、强大的图象处理功能、强大的图象处理功能测量、灰阶处理、空间处理，感兴趣区确定、图测量、灰阶处理、空间处理，感兴趣区确定、图象反转等象反转等第56页/共76页八、B超的性能参数（上）工作频率工作频率:超声波的频率每秒钟晶片振动次数，外加交变超声波的频率每秒钟晶片振动次数，外加交变电压的频率，晶片的固有频率。电压的频率，晶片的固有频率。脉冲重复频率（脉冲重复频率（PRF):每秒钟发射超声波的次数。每秒钟发射超声波的次数。采样采样频率频率重复周期重复周期：T发射时间接收时间（间歇时间）发射时间接收时间（间歇时间）（178页页）PRF的下限的下限最低重复频率最低重复频率，不小于最高运动频率的二倍。，不小于最高运动频率的二倍。PRF的上限：取决于最大探测深度的上限：取决于最大探测深度Rm与介面多次反射时与介面多次反射时间间最大穿透深度最大穿透深度Rm：估算公式估算公式200波长。波长。实时扫描与实时扫描与帧频帧频。帧频：每秒钟成像的帧数。帧频帧频：每秒钟成像的帧数。帧频F，扫描线数扫描线数N，最大穿最大穿透深度透深度Rm三者乘积为常数。三者乘积为常数。分辨率：横向分辨率和纵向分辨率。从理论上分析能测分辨率：横向分辨率和纵向分辨率。从理论上分析能测到物体的到物体的最小直径波长最小直径波长 的一半的一半。称为最大理论分辨率。称为最大理论分辨率。实际分辨率要低于理论分辨率的实际分辨率要低于理论分辨率的58倍。倍。第57页/共76页人体组织对超声衰减一般规律骨组织骨组织 肝组织肝组织 血液血液骨骨 肌腱（软骨）肌腱（软骨）肝脏肝脏 脂肪脂肪 血液血液 尿液（或胆汁）。含胶原蛋白和钙越多，声尿液（或胆汁）。含胶原蛋白和钙越多，声衰减越大。衰减越大。第58页/共76页系统参数（下）动态范围动态范围DRDR：描述信号幅度变化范围描述信号幅度变化范围,单位单位dbdb接收信号的动态范围，系统动态范围接收信号的动态范围，系统动态范围(输入动态范围、输入动态范围、输出动态范围）输出动态范围）动态范围压缩比动态范围压缩比CRCR第59页/共76页探测不同组织的诊断仪使用的频率探测对象探测对象频率范围频率范围(MHZ)MHZ)对应波长对应波长(mm)(mm)腹部、神经腹部、神经1-31-31.54-0.511.54-0.51心血管心血管2-52-50.77-0.300.77-0.30眼、浅表眼、浅表5-205-200.30-0.770.30-0.77第60页/共76页第八节多谱勒超声成像系统一一、多多谱谱勒勒效效应应：当当声声源源和和接接收收者者存存在在相相对对运运动动，接接收收者接收的频率与发射频率不同（即者接收的频率与发射频率不同（即ffffo o、ffffo o）。）。1 1、多多谱谱勒勒频频移移f fd d=f-f=f-fo o 脏脏器器运运动动速速度度不不同同，运运动动速速度度也也不不同同、利利用用选选频频放放大大器器可可提提取取多多普普勒勒频频移移信信号号。早早期期听听多多普普勒勒频频移移声声音音，现现在在在在微微机机帮帮助助下下实实时时测测量量。可可以以判定红血球速度大小与方向。判定红血球速度大小与方向。2 2、超声波与红血球的作用超声波与红血球的作用散射散射 波长是红血球直径约波长是红血球直径约6060倍。倍。3 3种情况：障碍物几何尺寸种情况：障碍物几何尺寸比超声波波长比超声波波长大许多大许多，不散射。，不散射。小许多小许多（能量均匀分布（能量均匀分布在各方向，散射强度与波长四次方成正比，瑞丽散射。在各方向，散射强度与波长四次方成正比，瑞丽散射。接近时散射接近时散射强度十分复杂。强度十分复杂。散射强度与障碍物几何尺寸散射强度与障碍物几何尺寸有关。随障碍物有的尺寸与波长的比值的增大而增加。有关。随障碍物有的尺寸与波长的比值的增大而增加。第61页/共76页3、红血球速度的公式第62页/共76页（1 1）、cos cos 是是血血流流与与超超声声束束的的夹夹角角的的余余弦弦，当当相对固定时，相对固定时，V V与与f fd d成正比。成正比。（2 2）、对对一一定定的的f fd d，f fo o越越小小，测测定定的的红红血血球球的的速速度度越越大大。即即测测量量高高速速红红血血球球的的速速度度宜宜用用较较低低的的超超声波的频率。声波的频率。（3 3）、当当血血流流速速度度保保持持恒恒定定时时，f fd d与与coscos有有关关，与超声波的入射角有关。与超声波的入射角有关。009090度度：coscos为为正正值值，f fd d为为正正值值，表表示示红红血球向着探头运动。血球向着探头运动。9090180180：coscos为为负负值值，f fd d为为负负值值，表表示示红红血球离开探头运动血球离开探头运动第63页/共76页0 0度度或或180180度度:coscos1 1表表示示，f fd d为为最最大大，红红血血球球与与声声束束在在同同一一直直线线上运动。上运动。9090度，度，coscos0 0，即血流方向与声束垂直。即血流方向与声束垂直。f fd d为为0 0，检测不到。，检测不到。第64页/共76页第65页/共76页二、D型超声检测设备（一）、连续波一）、连续波D D型超声设备型超声设备1 1、测量红血球速度大小方向、测量红血球速度大小方向2 2、解调：提取多普勒频移信号的过程解调：提取多普勒频移信号的过程3 3、多普勒频谱分析：、多普勒频谱分析：4 4、声谱图：三维信息（、声谱图：三维信息（X,Y,Z)X,Y,Z)5 5、幅频图频率直方图的速度大小与方向、幅频图频率直方图的速度大小与方向6 6、连续波、连续波D D型超声设备的基本组成型超声设备的基本组成第66页/共76页(二）、脉冲波D型超声设备测量红血球速度大小，方向，位置信息测量红血球速度大小，方向，位置信息主要考虑的技术指标载波频率主要考虑的技术指标载波频率f fo o，脉冲重复频率，脉冲重复频率PRFPRF、最大探测深度、最大探测深度R Rmaxmaxmaxmax、可、可测量的最高流速测量的最高流速V VmaxmaxmaxmaxR Rmaxmaxmaxmax、C/21/PRFPRFV Vmax max max max C/2 f fmaxmax/f fo o coscos=C/4PRF/f fo o coscos R Rmax max max max V VmaxmaxmaxmaxC2/8f fo o coscos 第67页/共76页 连续波D型超声与脉冲波D型超声的区别 因为动脉和静脉常常重叠在一起，所以，有的显象仪没有监测血流方向的线路因为动脉和静脉常常重叠在一起，所以，有的显象仪没有监测血流方向的线路以抑制反向的血流信息。连续波多普勒系统缺乏距离分辨率。对深度不同、血以抑制反向的血流信息。连续波多普勒系统缺乏距离分辨率。对深度不同、血管血流方向相同的两条血管就不能分辩，这也许是二维血管观察的缺点。管血流方向相同的两条血管就不能分辩，这也许是二维血管观察的缺点。MoserskyMosersky等等(197l(197l和和Fish(1972)Fish(1972)分别提出了脉冲多谱勒系统，它们具有距分别提出了脉冲多谱勒系统，它们具有距离定位的能力，从而可以把上述两血管区分开，工作频率都是离定位的能力，从而可以把上述两血管区分开，工作频率都是5MH5MH入入第68页/共76页（三）、超声信号信号分析1、时间波形时间波形S S（t t）：）：表示信号在不同时间的取值。回波表示信号在不同时间的取值。回波强弱是时间的函数。强弱是时间的函数。2 2、频谱、频谱S(S()等于等于S S（t t）的傅立叶变换。的傅立叶变换。3 3、功率谱等于频谱、功率谱等于频谱S(S()振幅的平方。振幅的平方。4 4、任何形式、任何形式S S（t)t)可以看成是基本三角函数的线性叠加。可以看成是基本三角函数的线性叠加。5 5、接收信号规则信号非规则信号、接收信号规则信号非规则信号 有用信号（调频、调相、调幅）噪声有用信号（调频、调相、调幅）噪声6 6、相关函数与自相关函数：相关函数又叫互相关函数衡量、相关函数与自相关函数：相关函数又叫互相关函数衡量在不同时刻两个信号的之间的相关性或相似性。同一信号在不同时刻两个信号的之间的相关性或相似性。同一信号在不同时刻的关系。信号的自相关函数在不同时刻的关系。信号的自相关函数R R（t t）和功率谱密和功率谱密度函数是一对傅立叶变换对度函数是一对傅立叶变换对第69页/共76页第70页/共76页第71页/共76页第72页/共76页第73页/共76页三、彩超与彩色显示三、彩超与彩色显示1 1、伪彩色显示：用不同颜色表示红血球的运动信息（速度大小，方向，分、伪彩色显示：用不同颜色表示红血球的运动信息（速度大小，方向，分散）散）2 2、是多功能成像系统、是多功能成像系统3 3、B+D+M+B+D+M+计算机计算机第74页/共76页四、关于超声图象质量问题第75页/共76页谢谢您的观看！第76页/共76页