第七章超声波成像PPT讲稿.ppt

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1、第七章超声波成像第1页，共70页，编辑于2022年，星期二第2页，共70页，编辑于2022年，星期二第3页，共70页，编辑于2022年，星期二第4页，共70页，编辑于2022年，星期二 第一章第一章 概概 述述 声波的基本性质声波的基本性质10-41001041081012次声波次声波地震地震海啸海啸核爆炸核爆炸可闻声波可闻声波超声波超声波特超声波特超声波语言语言音乐音乐自然界自然界老鼠老鼠蝙蝠蝙蝠海豚海豚分子热振动分子热振动第5页，共70页，编辑于2022年，星期二第一章第一章概概述述医学超声学是一门将声学中的超声医学超声学是一门将声学中的超声（ultrasoundultrasound）学与

2、医学应用结合起来形）学与医学应用结合起来形成的边缘科学，也是生物医学工程学中重成的边缘科学，也是生物医学工程学中重要的组成部分。医学超声影像仪器涉及到要的组成部分。医学超声影像仪器涉及到微电子技术、计算机技术、信息处理技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术、声学技术及材料科学，是多学科边缘交叉声学技术及材料科学，是多学科边缘交叉的结晶，是理工医相互合作与相互渗透的的结晶，是理工医相互合作与相互渗透的结果。迄今结果。迄今超声成像与超声成像与X-CTX-CT、ECTECT及及MRIMRI已已被公认为当代四大医学成像技术。被公认为当代四大医学成像技术。第6页，共70页，编辑于2022年，星期二一

3、医学超声发展简史一医学超声发展简史19171917年，法国科学家年，法国科学家保罗保罗朗之万朗之万首次使用由石英晶体首次使用由石英晶体制成的超声换能器，并发明了声纳，即声探测与定位制成的超声换能器，并发明了声纳，即声探测与定位技术，被成功地用于探测水下潜艇。技术，被成功地用于探测水下潜艇。2020世纪世纪3030年代，年代，超声用于医学治疗和工业金属探伤，从而使超声治疗超声用于医学治疗和工业金属探伤，从而使超声治疗在医学超声中最先获得发展。在医学超声中最先获得发展。19421942年，年，杜希克和费尔斯通杜希克和费尔斯通首先把工业超声探伤原理用首先把工业超声探伤原理用于医学诊断。用连续超声波诊

4、断颅脑疾病。于医学诊断。用连续超声波诊断颅脑疾病。19461946年研究年研究应用反射波方法进行医学超声诊断，提出了型超声诊应用反射波方法进行医学超声诊断，提出了型超声诊断技术原理。断技术原理。第7页，共70页，编辑于2022年，星期二一医学超声发展简史一医学超声发展简史19581958年，开始出现年，开始出现 “型超声心动图型超声心动图型超声心动图型超声心动图 ”。50505050年代末期，连续波和脉冲波多普勒技术以及超声显微镜年代末期，连续波和脉冲波多普勒技术以及超声显微镜年代末期，连续波和脉冲波多普勒技术以及超声显微镜年代末期，连续波和脉冲波多普勒技术以及超声显微镜问世。在问世。在问世。

5、在问世。在50505050年代，用脉冲反射法检查疾病获得了很大成功。年代，用脉冲反射法检查疾病获得了很大成功。年代，用脉冲反射法检查疾病获得了很大成功。年代，用脉冲反射法检查疾病获得了很大成功。1967196719671967年，实时型超声成像仪问世，这是型成像技术年，实时型超声成像仪问世，这是型成像技术年，实时型超声成像仪问世，这是型成像技术年，实时型超声成像仪问世，这是型成像技术的重大进步。的重大进步。的重大进步。的重大进步。60606060年代末，美、日均研制成功压电高分子年代末，美、日均研制成功压电高分子年代末，美、日均研制成功压电高分子年代末，美、日均研制成功压电高分子聚合物换能器。

6、聚合物换能器。聚合物换能器。聚合物换能器。70707070年代，以年代，以年代，以年代，以B B B B超显示为代表的超声诊断超显示为代表的超声诊断超显示为代表的超声诊断超显示为代表的超声诊断技术发展极为迅速，特别是数字扫描变换器与处理器技术发展极为迅速，特别是数字扫描变换器与处理器技术发展极为迅速，特别是数字扫描变换器与处理器技术发展极为迅速，特别是数字扫描变换器与处理器（DSCDSCDSCDSC与与与与DSPDSPDSPDSP）的出现，把）的出现，把）的出现，把）的出现，把B B B B超显示技术推向了以计算机超显示技术推向了以计算机超显示技术推向了以计算机超显示技术推向了以计算机数字影像

7、处理为主导的功能强、自动化程度高、影像质数字影像处理为主导的功能强、自动化程度高、影像质数字影像处理为主导的功能强、自动化程度高、影像质数字影像处理为主导的功能强、自动化程度高、影像质量好的新水平。量好的新水平。量好的新水平。量好的新水平。第8页，共70页，编辑于2022年，星期二二、医学超声检测特点二、医学超声检测特点 超声检测突出特点：超声检测突出特点：对人体无损伤，这也是与对人体无损伤，这也是与线诊断最主要的区别，适合于产科与婴幼儿的线诊断最主要的区别，适合于产科与婴幼儿的检查；检查；能进行动态连续实时观察。在中档以上能进行动态连续实时观察。在中档以上的超声诊断仪，多留有影像输出接口，使

8、影像易的超声诊断仪，多留有影像输出接口，使影像易于采用多种形式（录像、打印、计算机存储等）于采用多种形式（录像、打印、计算机存储等）留存及传输与交流；留存及传输与交流；由于它可以采用超声脉冲由于它可以采用超声脉冲回声方法进行探查，所以特别适用于腹部脏器、回声方法进行探查，所以特别适用于腹部脏器、心脏、眼科和妇产科的诊断，而对骨骼或含气体心脏、眼科和妇产科的诊断，而对骨骼或含气体的脏器组织如肺部，则不能较好地成像，这与常的脏器组织如肺部，则不能较好地成像，这与常规线的诊断特点恰恰可以互相弥补；规线的诊断特点恰恰可以互相弥补；从信息从信息量的对比上看，超声诊断仪采用的是计算机数字量的对比上看，超声

9、诊断仪采用的是计算机数字影像处理，目前较线胶片记录的影像信息量和影像处理，目前较线胶片记录的影像信息量和清晰度稍低。清晰度稍低。第9页，共70页，编辑于2022年，星期二三、医学超声设备的发展趋势三、医学超声设备的发展趋势 9090年代，医学超声影像设备一方面是价格低廉的便携式超声诊断年代，医学超声影像设备一方面是价格低廉的便携式超声诊断仪大量进入市场，另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功仪大量进入市场，另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展。介入超声、全数字化电脑超声成像、三维成像及能等方向发展。介入超声、全数字化电脑超声成像、三维成像及超声组织定性不断取得进展。超声组织定

10、性不断取得进展。在探头方面，新型材料、新式换能器不断推出，如高频探头、在探头方面，新型材料、新式换能器不断推出，如高频探头、腔体探头、高密度探头相继问世，进一步提高了超声诊断设腔体探头、高密度探头相继问世，进一步提高了超声诊断设备的档次与水平。备的档次与水平。总之，随着医学进步和超声技术的发展，多种新型的医用超声总之，随着医学进步和超声技术的发展，多种新型的医用超声设备将不断涌现。设备将不断涌现。2121世纪必将是医学超声技术蓬勃发展、日世纪必将是医学超声技术蓬勃发展、日新月异的新世纪！新月异的新世纪！第10页，共70页，编辑于2022年，星期二第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质（一

11、）超声波的概念（一）超声波的概念1、振动频率在、振动频率在20000Hz以上的机械波称为以上的机械波称为超声波。超声波。2、振动频率在、振动频率在20Hz20000Hz的机械波称的机械波称为可听声。为可听声。3、振动频率在、振动频率在20Hz以上的机械波称为次声。以上的机械波称为次声。一、超声波的基本概念一、超声波的基本概念 第11页，共70页，编辑于2022年，星期二第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质（二）超声波的特点（二）超声波的特点 1 1、超声可在气体、液体、固体等介质中传播。、超声可在气体、液体、固体等介质中传播。2 2、超声呈直线传播且能量容易会聚。能量的会聚是通、超声呈

12、直线传播且能量容易会聚。能量的会聚是通 过聚焦来实现的。过聚焦来实现的。3 3、电声转换容易且能量大。其电声的转换是通过压电、电声转换容易且能量大。其电声的转换是通过压电 材料来实现的。材料来实现的。4 4、超声在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕、超声在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕 射、射、干涉、共振等现象。干涉、共振等现象。5 5、超声在产生、传播、接收与相互作用，相互影响因、超声在产生、传播、接收与相互作用，相互影响因 素多，故在超声成像过程中易形成伪像。素多，故在超声成像过程中易形成伪像。6 6、超声工作安静且危害少。、超声工作安静且危害少。第12页，共70页，编辑于2022

13、年，星期二第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质（三）振动与波动（三）振动与波动 振动是指质点在平衡位置上来回往复的运动；振动是指质点在平衡位置上来回往复的运动；波动是指振动在介质中的传播（简称为波）。波动是指振动在介质中的传播（简称为波）。波分为电磁波和机械波二大类，超声属于机械波波分为电磁波和机械波二大类，超声属于机械波;X X线属于电磁波。线属于电磁波。纵波：质点的振动方向与波传播方向一致的波。纵波：质点的振动方向与波传播方向一致的波。横波：质点的振动方向与波传播方向垂直的波。横波：质点的振动方向与波传播方向垂直的波。在超声诊断中，声波在人体所有软组织中均以纵在超声诊断中，声波在人

14、体所有软组织中均以纵波的形式传播，故诊断用超声都为纵波。波的形式传播，故诊断用超声都为纵波。第13页，共70页，编辑于2022年，星期二对于纵波对于纵波,等于两相邻密集点等于两相邻密集点(或稀疏点或稀疏点)间的距离间的距离,如图如图(a)(a)所示所示;对于横波对于横波,则是从一个波峰则是从一个波峰(或波谷或波谷)到相邻波峰到相邻波峰(波谷波谷)的距离的距离,如图如图(b)(b)所示。所示。第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质（四）波长（四）波长第14页，共70页，编辑于2022年，星期二二、超声波的物理量二、超声波的物理量（一）声速（一）声速超声在介质中单位时间传播的距离称为声速。超

15、声在介质中单位时间传播的距离称为声速。用用C C表示，单位表示，单位m ms s。1 1、不同频率的超声在相同介质中传播其声速相同。、不同频率的超声在相同介质中传播其声速相同。2 2、相同频率的超声在不同介质中传播其声速不同。、相同频率的超声在不同介质中传播其声速不同。3 3、超声在软组织（液体）中传播的速度约为、超声在软组织（液体）中传播的速度约为 1500m 1500ms s，在骨骼中传播的速度约为，在骨骼中传播的速度约为4080m4080ms s，在气体中传播的速度约为在气体中传播的速度约为330m330ms s。4 4、超声诊断仪测量病变的位置和大小就是以超声在人体、超声诊断仪测量病变

16、的位置和大小就是以超声在人体 中传播的速度为依据的。中传播的速度为依据的。第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质第15页，共70页，编辑于2022年，星期二（二）周期和频率（二）周期和频率1 1、周期：、周期：质点在平衡位置来回往复一次所质点在平衡位置来回往复一次所需的时间。用需的时间。用T T表示，单位是秒（表示，单位是秒（S S）。）。2 2、频率：、频率：质点在质点在1 1秒钟内完成全振动的次数。秒钟内完成全振动的次数。用用f f表示，单位是赫兹（表示，单位是赫兹（HzHz）。）。诊断用超声频率范围为：诊断用超声频率范围为：2.5MHz2.5MHz10 MHz10 MHz。二、超声

17、波的物理量二、超声波的物理量第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质第16页，共70页，编辑于2022年，星期二（三）波长（三）波长超声在一个周期内（或一次全振动）所传播的距离。超声在一个周期内（或一次全振动）所传播的距离。超声在一个周期内（或一次全振动）所传播的距离。超声在一个周期内（或一次全振动）所传播的距离。用用用用表示。各物理量之间的关系：表示。各物理量之间的关系：表示。各物理量之间的关系：表示。各物理量之间的关系：1 1 1 1、超声在轴向上所能检出的病灶必须大于半个波长，故波长、超声在轴向上所能检出的病灶必须大于半个波长，故波长、超声在轴向上所能检出的病灶必须大于半个波长，故波

18、长、超声在轴向上所能检出的病灶必须大于半个波长，故波长 越短其轴向分辨力越强。越短其轴向分辨力越强。越短其轴向分辨力越强。越短其轴向分辨力越强。2 2 2 2、波长越短，频率越高。、波长越短，频率越高。、波长越短，频率越高。、波长越短，频率越高。3 3 3 3、超声频率越高所探测的组织深度就越浅。、超声频率越高所探测的组织深度就越浅。、超声频率越高所探测的组织深度就越浅。、超声频率越高所探测的组织深度就越浅。结论：超声的频率越高其轴向分辨力越强，但其穿透力越弱。结论：超声的频率越高其轴向分辨力越强，但其穿透力越弱。结论：超声的频率越高其轴向分辨力越强，但其穿透力越弱。结论：超声的频率越高其轴向

19、分辨力越强，但其穿透力越弱。二、超声波的物理量二、超声波的物理量第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质第17页，共70页，编辑于2022年，星期二（四）声强（四）声强声强是表示声的客观强弱的物理量声强是表示声的客观强弱的物理量,它用每它用每秒钟通过垂直于声波传播方向的秒钟通过垂直于声波传播方向的1 1平方厘米平方厘米面积的能量来度量。面积的能量来度量。单位是焦耳单位是焦耳(秒秒平方厘米平方厘米)J/(sJ/(scmcm2 2)。声强与声源的振幅有关声强与声源的振幅有关,振幅越大振幅越大,声强也越声强也越大大;振幅越小振幅越小,声强也越小。声强随着距离声强也越小。声强随着距离的增大而逐渐减

20、弱。的增大而逐渐减弱。二、超声波的物理量二、超声波的物理量第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质第18页，共70页，编辑于2022年，星期二（五）声阻抗（五）声阻抗（五）声阻抗（五）声阻抗1、声阻抗：指介质的密度()与超声在介质中传播的速度(c)的乘积。用Zs表示：Zs=c2、声阻抗差：指两种不同介质声阻抗的差值。通常情况下，反射系数满足以下关系式：式中，z1和z2分别是两种介质的声阻抗，i为入射角,t为折射角。两种介质只要存在声阻抗差就可在界面上引起超声反射，声阻抗差越大，反射越强，则折射声能就越弱，反之亦然。二、超声波的物理量二、超声波的物理量第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理

21、性质第19页，共70页，编辑于2022年，星期二三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性 基本概念：基本概念：界面：指两种介质中的交界面。界面：指两种介质中的交界面。界面的尺寸大于超声波长称为大界面；界面的尺寸大于超声波长称为大界面；界面的尺寸小于超声波长称为小界面。界面的尺寸小于超声波长称为小界面。第二章第二章超声波的物理性质超声波的物理性质第20页，共70页，编辑于2022年，星期二（一）超声波的反射（一）超声波的反射Z1Z2C1C2itr 1 1、概念：当入射声能遇到声阻抗、概念：当入射声能遇到声阻抗不同的两种介质的大界面时，入射声不同的两种介质的大界面时，入射声能部分或

22、全部返回原介质中传播的现能部分或全部返回原介质中传播的现象称为反射。象称为反射。2 2、形成条件：、形成条件：1 1）两种介质存在声阻抗差。）两种介质存在声阻抗差。2 2）大界面。）大界面。3 3、入射、反射和折射的关系：、入射、反射和折射的关系：入射声能反射声能折射声能入射声能反射声能折射声能4 4、超声反射是形成人体内部组织超声反射是形成人体内部组织超声反射是形成人体内部组织超声反射是形成人体内部组织结构图像的主要声学基础。它能获结构图像的主要声学基础。它能获结构图像的主要声学基础。它能获结构图像的主要声学基础。它能获得人体内大结构的信息，用于医学得人体内大结构的信息，用于医学得人体内大结

23、构的信息，用于医学得人体内大结构的信息，用于医学诊断。诊断。诊断。诊断。超声的入射、反射和折射超声的入射、反射和折射超声的入射、反射和折射超声的入射、反射和折射三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性第21页，共70页，编辑于2022年，星期二Z2Z1Z3d超声透射示意图超声透射示意图超声透射示意图超声透射示意图Z1Z1Z1Z1代表第一层介质，代表第一层介质，代表第一层介质，代表第一层介质，Z2Z2Z2Z2代表第二代表第二代表第二代表第二层介质，层介质，层介质，层介质，Z3Z3Z3Z3代表第三层介质，代表第三层介质，代表第三层介质，代表第三层介质，d d d d代表第二层介质的

24、厚度。代表第二层介质的厚度。代表第二层介质的厚度。代表第二层介质的厚度。概念：超声波通过界概念：超声波通过界面向深层传播的现象面向深层传播的现象称为透射。称为透射。三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性（二）超声波的透射（二）超声波的透射第22页，共70页，编辑于2022年，星期二（三）超声波的折射（三）超声波的折射 1 1 1 1、概念：穿过大界面的透射波发生声束前进方向的、概念：穿过大界面的透射波发生声束前进方向的、概念：穿过大界面的透射波发生声束前进方向的、概念：穿过大界面的透射波发生声束前进方向的改变称为折射。改变称为折射。改变称为折射。改变称为折射。2 2 2 2、

25、产生条件：产生条件：产生条件：产生条件：（1 1 1 1）两介质存在声阻抗差。）两介质存在声阻抗差。）两介质存在声阻抗差。）两介质存在声阻抗差。（2 2 2 2）超声在两介质中传播的速度不同。）超声在两介质中传播的速度不同。）超声在两介质中传播的速度不同。）超声在两介质中传播的速度不同。（3 3 3 3）大界面。）大界面。）大界面。）大界面。3 3 3 3、折射各参数的关系：、折射各参数的关系：、折射各参数的关系：、折射各参数的关系：（1 1 1 1）入射声能反射声能折射声能）入射声能反射声能折射声能）入射声能反射声能折射声能）入射声能反射声能折射声能（2 2 2 2）入射角等于反射角。）入射

26、角等于反射角。）入射角等于反射角。）入射角等于反射角。（3 3 3 3）三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性第23页，共70页，编辑于2022年，星期二（四）超声波的衍射（绕射）（四）超声波的衍射（绕射）超声波遇到界面的尺寸与超声波长相似的界面时，超声能超声波遇到界面的尺寸与超声波长相似的界面时，超声能绕过该界面继续向前传播的现象称为绕射。绕过该界面继续向前传播的现象称为绕射。超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长（小界面）的介质时，产生散射与绕射。（小界面）的介质时，产生散射与绕射。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播

27、。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性第24页，共70页，编辑于2022年，星期二（五）超声波的散射（五）超声波的散射 超声散射示意图超声散射示意图超声散射示意图超声散射示意图 1 1、概念：超声波遇到界、概念：超声波遇到界面尺寸小于波长的微粒时，面尺寸小于波长的微粒时，能使微粒振动而向四周辐能使微粒振动而向四周辐射声能的现象称为散射。射声能的现象称为散射。2 2、产生条件：界面尺、产生条件：界面尺寸小于超声波长。寸小于超声波长。3 3、超声散射是形

28、成人超声散射是形成人体内部组织结构图像的体内部组织结构图像的另一个声学基础。它能另一个声学基础。它能获得人体内微细结构的获得人体内微细结构的信息，用于医学诊断。信息，用于医学诊断。三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性第25页，共70页，编辑于2022年，星期二结论结论:利用超声的反射观察脏器的轮廓，利用超利用超声的反射观察脏器的轮廓，利用超声的散射弄清楚脏器内部的病变声的散射弄清楚脏器内部的病变。三、超声波在介质中的传播特性三、超声波在介质中的传播特性第26页，共70页，编辑于2022年，星期二第三章第三章超声多普勒现象超声多普勒现象（一）多普勒效应（一）多普勒效应当声源与

29、接收器之间出现相对运动时，接收的回波频当声源与接收器之间出现相对运动时，接收的回波频率与发射频率会发生改变，当它们相互靠近时，回波率与发射频率会发生改变，当它们相互靠近时，回波频率会升高，当它们彼此远离时，回波频率会降低，频率会升高，当它们彼此远离时，回波频率会降低，这种频率的差异称为这种频率的差异称为频移频移即多普勒效应。即多普勒效应。f0f0为波源的频率，为波源的频率，f f为接收回波的频率，为波源的运为接收回波的频率，为波源的运动速度，动速度，为接收器的运动速度。式中的为接收器的运动速度。式中的 、在相互靠近时为正，彼此远离时为负。在相互靠近时为正，彼此远离时为负。接收频率与发射频率之差

30、称多普勒频移或差频接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差频fdfd 。fd=f-f0第27页，共70页，编辑于2022年，星期二 当超声波碰到流向远离探头当超声波碰到流向远离探头当超声波碰到流向远离探头当超声波碰到流向远离探头血血液时液时液时液时(发射波与发射波与发射波与发射波与血血液流动液流动液流动液流动方向同向）回波频率会降低；当超声波碰到流向探头的方向同向）回波频率会降低；当超声波碰到流向探头的方向同向）回波频率会降低；当超声波碰到流向探头的方向同向）回波频率会降低；当超声波碰到流向探头的血血液时（发射波与液时（发射波与液时（发射波与液时（发射波与血血液流动方向反向）会使探头接收的液流动

31、方向反向）会使探头接收的液流动方向反向）会使探头接收的液流动方向反向）会使探头接收的回声信号频率升高。回声信号频率升高。回声信号频率升高。回声信号频率升高。（一）多普勒效应（一）多普勒效应第28页，共70页，编辑于2022年，星期二（二）应用多普勒效应测定血流（二）应用多普勒效应测定血流人体内流动血液中的红细胞在探头探查时相对探头是人体内流动血液中的红细胞在探头探查时相对探头是运动的，它可产生多普勒效应，利用探头接收到的多运动的，它可产生多普勒效应，利用探头接收到的多普勒频移信号就可测得人体内血流的速度。普勒频移信号就可测得人体内血流的速度。入射超声频率为入射超声频率为f f0 0，反射超声频

32、率为，反射超声频率为frfr，被检查目标运，被检查目标运动速度为动速度为v v，超声速度为，超声速度为c c，目标运动方向与入射超声声束，目标运动方向与入射超声声束夹角为夹角为，则接收器接收到的反射超声频移，则接收器接收到的反射超声频移fdfd为：为：由于由于c c、f f0 0、是固定不变的（已知的），所以频移、是固定不变的（已知的），所以频移fdfd只与血流速度只与血流速度v v有关，因此只要检测出血流的频移信号有关，因此只要检测出血流的频移信号就能测出血流的速度，且频移越大，血流速度越快，就能测出血流的速度，且频移越大，血流速度越快，频移越小血流速度越慢。频移越小血流速度越慢。第29页，

33、共70页，编辑于2022年，星期二多普勒效应多普勒效应多普勒效应多普勒效应(Doppler effect)(Doppler effect)(Doppler effect)(Doppler effect)f fd d=f=f r rffo o =2v fo o Cos/CCos/C f fd d d d=f fd d d d 为频移为频移为频移为频移,fo,fo,fo,fo 为入射超声频率为入射超声频率为入射超声频率为入射超声频率V V V V 为血流速度为血流速度为血流速度为血流速度C C C C 为介质的声速为介质的声速为介质的声速为介质的声速CosCos为血流方向与声束探测方向间的角度余弦

34、为血流方向与声束探测方向间的角度余弦第30页，共70页，编辑于2022年，星期二第四章第四章超声探测的物理基础超声探测的物理基础一、超声的发射与接收一、超声的发射与接收（一）压电效应（一）压电效应压电材料两端加电压就可出现振动（发射状压电材料两端加电压就可出现振动（发射状态：即逆压电效应），压电材料接受声振态：即逆压电效应），压电材料接受声振动就能产生电信号（接收状态：即正压电动就能产生电信号（接收状态：即正压电效应），这种特性称为压电效应。效应），这种特性称为压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。压电材具有压电效应的材料称为压电材料。压电材料在超声探头内称为压电晶片、压电振子、料在超声探

35、头内称为压电晶片、压电振子、压电元件等。压电元件等。第31页，共70页，编辑于2022年，星期二压电效应压电效应正压电效应正压电效应正压电效应正压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应第32页，共70页，编辑于2022年，星期二超声波超声波发射发射是利用压电晶体的是利用压电晶体的逆压电效应逆压电效应（即（即应用交变电压使压电晶体产生机械振动，振动应用交变电压使压电晶体产生机械振动，振动在弹性介质中的传播就形成超声波）；在弹性介质中的传播就形成超声波）；超声波超声波接收接收是利用压电晶体的是利用压电晶体的正压电效应正压电效应（即把超声反射波对压电晶体的机械压力转换（即把超声反射波对压电晶

36、体的机械压力转换为电信号）。为电信号）。压电效应压电效应第33页，共70页，编辑于2022年，星期二（二）超声探头（二）超声探头 具有发射超声和接收超声功能的装置称为探头，又称超声具有发射超声和接收超声功能的装置称为探头，又称超声具有发射超声和接收超声功能的装置称为探头，又称超声具有发射超声和接收超声功能的装置称为探头，又称超声 换能器。由主体和壳体两部分组成。换能器。由主体和壳体两部分组成。换能器。由主体和壳体两部分组成。换能器。由主体和壳体两部分组成。1 1 1 1、探头主体：、探头主体：、探头主体：、探头主体：（1 1 1 1）压电晶片：探头的主要元件。）压电晶片：探头的主要元件。）压电

37、晶片：探头的主要元件。）压电晶片：探头的主要元件。（2 2 2 2）面材：指探头与人体组织的接触端，由环氧树脂制成。）面材：指探头与人体组织的接触端，由环氧树脂制成。）面材：指探头与人体组织的接触端，由环氧树脂制成。）面材：指探头与人体组织的接触端，由环氧树脂制成。（3 3 3 3）背材（吸声块）：紧靠压电晶片，作用是吸收背向辐）背材（吸声块）：紧靠压电晶片，作用是吸收背向辐）背材（吸声块）：紧靠压电晶片，作用是吸收背向辐）背材（吸声块）：紧靠压电晶片，作用是吸收背向辐 射的声能，使其不再反射回压电晶片，以免影响压电射的声能，使其不再反射回压电晶片，以免影响压电射的声能，使其不再反射回压电晶片

38、，以免影响压电射的声能，使其不再反射回压电晶片，以免影响压电 晶片的正常工作。晶片的正常工作。晶片的正常工作。晶片的正常工作。（4 4 4 4）声隔离：用橡胶、尼龙、堵塞于压电晶片、背材和壳）声隔离：用橡胶、尼龙、堵塞于压电晶片、背材和壳）声隔离：用橡胶、尼龙、堵塞于压电晶片、背材和壳）声隔离：用橡胶、尼龙、堵塞于压电晶片、背材和壳 体之间，以消除其他结构对压电晶片工作的影响。体之间，以消除其他结构对压电晶片工作的影响。体之间，以消除其他结构对压电晶片工作的影响。体之间，以消除其他结构对压电晶片工作的影响。2 2 2 2、壳体：（、壳体：（、壳体：（、壳体：（1 1 1 1）外壳：指探头外层的

39、保护壳，对探头内部）外壳：指探头外层的保护壳，对探头内部）外壳：指探头外层的保护壳，对探头内部）外壳：指探头外层的保护壳，对探头内部 元件起保护作用。元件起保护作用。元件起保护作用。元件起保护作用。（2 2 2 2）电缆：将探头与超声诊断仪主机连为一）电缆：将探头与超声诊断仪主机连为一）电缆：将探头与超声诊断仪主机连为一）电缆：将探头与超声诊断仪主机连为一 体，进行电信号的传输。体，进行电信号的传输。体，进行电信号的传输。体，进行电信号的传输。第34页，共70页，编辑于2022年，星期二超声换能器超声换能器测厚探头测厚探头直探头直探头直探头直探头第35页，共70页，编辑于2022年，星期二超声

40、换能器超声换能器第36页，共70页，编辑于2022年，星期二第37页，共70页，编辑于2022年，星期二（三）超声场特性（三）超声场特性 1 1 1 1、超声场：指介质中超声所存在的空间范围。、超声场：指介质中超声所存在的空间范围。、超声场：指介质中超声所存在的空间范围。、超声场：指介质中超声所存在的空间范围。简称为声场。简称为声场。近场近场远场远场声轴声轴声束：从探头发出的集中在较小范围内的束状声波。声束：从探头发出的集中在较小范围内的束状声波。声束：从探头发出的集中在较小范围内的束状声波。声束：从探头发出的集中在较小范围内的束状声波。声轴：声束的中心轴线称为声轴，它代表了声束传播的主方向。

41、声轴：声束的中心轴线称为声轴，它代表了声束传播的主方向。声轴：声束的中心轴线称为声轴，它代表了声束传播的主方向。声轴：声束的中心轴线称为声轴，它代表了声束传播的主方向。2 2 2 2、近场：靠近探头处声束平行不扩散称为近场。、近场：靠近探头处声束平行不扩散称为近场。、近场：靠近探头处声束平行不扩散称为近场。、近场：靠近探头处声束平行不扩散称为近场。特点：近场的声压和声强变化较大，形成的图像易受干扰，特点：近场的声压和声强变化较大，形成的图像易受干扰，特点：近场的声压和声强变化较大，形成的图像易受干扰，特点：近场的声压和声强变化较大，形成的图像易受干扰，不稳定，不能用于超声诊断。不稳定，不能用于

42、超声诊断。不稳定，不能用于超声诊断。不稳定，不能用于超声诊断。3 3 3 3、远场：远离探头处声束开始扩散称为远场。、远场：远离探头处声束开始扩散称为远场。、远场：远离探头处声束开始扩散称为远场。、远场：远离探头处声束开始扩散称为远场。特点：远场的声压和声强较平稳，形成的图像较稳定，可用特点：远场的声压和声强较平稳，形成的图像较稳定，可用特点：远场的声压和声强较平稳，形成的图像较稳定，可用特点：远场的声压和声强较平稳，形成的图像较稳定，可用 于超声诊断，其声能会不断减弱。于超声诊断，其声能会不断减弱。于超声诊断，其声能会不断减弱。于超声诊断，其声能会不断减弱。4 4 4 4、聚焦：把一定的声能

43、集中到较小的空间范围内的方法称为聚、聚焦：把一定的声能集中到较小的空间范围内的方法称为聚、聚焦：把一定的声能集中到较小的空间范围内的方法称为聚、聚焦：把一定的声能集中到较小的空间范围内的方法称为聚焦。包括电子聚焦和光学聚焦两种。焦。包括电子聚焦和光学聚焦两种。焦。包括电子聚焦和光学聚焦两种。焦。包括电子聚焦和光学聚焦两种。第38页，共70页，编辑于2022年，星期二二、超声脉冲回波成像原理二、超声脉冲回波成像原理（一）脉冲回波成像的基本原理（一）脉冲回波成像的基本原理向人体内发射一组超声脉冲，在传播过程中向人体内发射一组超声脉冲，在传播过程中遇到组织和脏器界面时产生回波，接收回遇到组织和脏器界

44、面时产生回波，接收回波并进行放大处理后，再发射下一组脉冲，波并进行放大处理后，再发射下一组脉冲，以此来得到人体内部组织结构信息的声像以此来得到人体内部组织结构信息的声像图。图。根据脉冲发出、到达界面然后返回到探头经过的来根据脉冲发出、到达界面然后返回到探头经过的来根据脉冲发出、到达界面然后返回到探头经过的来根据脉冲发出、到达界面然后返回到探头经过的来回往返路程，得到声源至界面的距离回往返路程，得到声源至界面的距离回往返路程，得到声源至界面的距离回往返路程，得到声源至界面的距离L L L L：L L L L=ct ct ct ct/2/2/2/2第39页，共70页，编辑于2022年，星期二第40

45、页，共70页，编辑于2022年，星期二（二）脉冲回波成像的工作参数（二）脉冲回波成像的工作参数1 1、超声频率：指超声成像的工作频率，是超声成像、超声频率：指超声成像的工作频率，是超声成像的主要参数。目前诊断用超声的频率有：的主要参数。目前诊断用超声的频率有：2.0MHZ 2.0MHZ、2.5MHZ2.5MHZ、3MHZ 3MHZ、3.5MHZ 3.5MHZ、5MHZ5MHZ、7.5MHZ 7.5MHZ、10MHZ 10MHZ、20MHZ20MHZ、40MHZ 40MHZ。最常用的是。最常用的是3.5MHZ3.5MHZ。由于超声频率越高，分辨力越强，穿透力越弱，所以选择由于超声频率越高，分辨力

46、越强，穿透力越弱，所以选择由于超声频率越高，分辨力越强，穿透力越弱，所以选择由于超声频率越高，分辨力越强，穿透力越弱，所以选择探头的原则为：探测深层组织选择低频率探头；探测浅层探头的原则为：探测深层组织选择低频率探头；探测浅层探头的原则为：探测深层组织选择低频率探头；探测浅层探头的原则为：探测深层组织选择低频率探头；探测浅层组织选择高频率探头。组织选择高频率探头。组织选择高频率探头。组织选择高频率探头。2 2 2 2、作用距离（穿透深度）：、作用距离（穿透深度）：、作用距离（穿透深度）：、作用距离（穿透深度）：指超声能够穿透并能显示回波图像的探测深度。指超声能够穿透并能显示回波图像的探测深度。

47、第41页，共70页，编辑于2022年，星期二 3 3 3 3、脉冲重复频率（、脉冲重复频率（、脉冲重复频率（、脉冲重复频率（F F F F）和脉冲重复周期（）和脉冲重复周期（）和脉冲重复周期（）和脉冲重复周期（T T T T）：）：）：）：（1 1 1 1）脉冲重复频率）脉冲重复频率）脉冲重复频率）脉冲重复频率F F F F：指每秒钟脉冲重复出现的：指每秒钟脉冲重复出现的：指每秒钟脉冲重复出现的：指每秒钟脉冲重复出现的 次数。次数。次数。次数。（2 2 2 2）脉冲重复周期：指两个相邻脉冲前沿相隔的）脉冲重复周期：指两个相邻脉冲前沿相隔的）脉冲重复周期：指两个相邻脉冲前沿相隔的）脉冲重复周期：

48、指两个相邻脉冲前沿相隔的 时间。时间。时间。时间。4 4、脉冲宽度和间歇期：、脉冲宽度和间歇期：（1 1）脉冲宽度：指每个脉冲所持续的时间。）脉冲宽度：指每个脉冲所持续的时间。（2 2 2 2）间歇期：指两个相邻脉冲之间的间歇时间。）间歇期：指两个相邻脉冲之间的间歇时间。）间歇期：指两个相邻脉冲之间的间歇时间。）间歇期：指两个相邻脉冲之间的间歇时间。又称为静止期。又称为静止期。第42页，共70页，编辑于2022年，星期二第五章第五章超声成像系统超声成像系统一、A型超声诊断仪（A超:幅度显示幅度显示）A型超声诊断仪因其回波显示采用幅度调制型超声诊断仪因其回波显示采用幅度调制(amplitudem

49、odulation)而得名。而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管管(CRT)荧光屏上，以横坐标（荧光屏上，以横坐标（X轴）代表被探测物体的深度，轴）代表被探测物体的深度，纵坐标（纵坐标（Y轴）代表回波脉冲的幅度，回波强则波幅高，回波轴）代表回波脉冲的幅度，回波强则波幅高，回波弱则波幅低，无回波则无波形。故可测得人体脏器的厚度、病弱则波幅低，无回波则无波形。故可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小，可在一定程度上对病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小，可在一定程度上对病灶进行定性分析。灶进行定性分

50、析。第43页，共70页，编辑于2022年，星期二 由于由于由于由于AA型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值已性与操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值已性与操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值已性与操作医师的识图