超声成像原理与技术ppt课件.ppt
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1、 医学超声原理与技术医学超声原理与技术 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 课课 程程 安安 排排第一章第一章 绪绪 论论第二章第二章 医学超声物理基础医学超声物理基础第三章第三章 医学超声换能器与辐射场医学超声换能器与辐射场第四章第四章 医学超声脉冲回升技术总论医学超声脉冲回升技术总论第五章第五章 超声诊断仪基本结构超声诊断仪基本结构A超超第六章第六章 M型超声诊断仪原理及应用型超声诊断仪原理及应用第七章第七章 B型超声显像诊断仪型超声显像诊断仪第八章第八章 医学超声多普勒技术医学超声多普勒技术经
2、营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 第一章第一章 绪绪 论论l医学超声医学超声:超声物理学、超声工程学,与医学超声诊断:超声物理学、超声工程学,与医学超声诊断与治疗。与治疗。l超声物理超声物理:振动和波是理论基础,研究超声波在生物组: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。织中的传播特性和规律。l超声工程学超声工程学:电子技术、计算机技术为基础,依靠超声电子技术、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。物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。l超声
3、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、反射、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,从而散射、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、时间等参量发生不同使接收信号的幅度、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、成像来识别组织的差的改变,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。异、判别组织的病变特征。l超声治疗超声治疗:主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利:主要利用生物
4、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。用超声波的生物效能和机理,达到治疗的目的。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用超声成像设备分类(上)l一、按超声波型分类一、按超声波型分类l连续波超声设备连续波超声设备l脉冲波超声设备脉冲波超声设备l二、按利用物理特性分类二、按利用物理特性分类l回波式超声诊断仪回波式超声诊断仪l透射式超声诊断仪透射式超声诊断仪l三、按设备的结构分三、按设备的结构分lA A超:是一种最基本的显示,示波器上横坐标表示超声波的超:是一种最基本的显示,示波器
5、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。临床运用测量超。临床运用测量人体器官位置,尺寸、组织的声学特性、诊断疾病人体器官位置,尺寸、组织的声学特性、诊断疾病经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用超声设备分类(下超声设备分类(下)lM 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器官:在荧光屏
6、上得到组织器官(心脏心脏)许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超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血管疾病、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,测量心血管的部分大小、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。厚度,瓣膜的运动。lB 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型超声显像仪;型超声显像仪;实时实时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
7、计算机的型超声成像设备,代计算机的B B型型超声成像设备四种。超声成像设备四种。lC 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。lD 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。l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 彩色血流彩色血流(低速(低速)显像仪显像仪 CDTI(CDTI(高速)高速)CDE(CDE(彩色、幅度,大小)低速血彩色、幅度,大小)低速血流的彩色多普勒能谱图,流的彩色多普勒能谱图,DPA(DP
8、A(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l 超声显微镜超声显微镜l 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经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、超声设备发展历程l18801880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年法国科年法国科学家保罗郎之万学家保罗郎之万 发现逆压电效应。发现逆压电效应。l19211921年年 声纳声纳l1942194
9、2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l19521952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l19561956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l19671967年年 电子探头电子探头 1968 1968年年 TGCTGCl19681968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l19731973年年C C超,超,19781978年年F F超超l19831983年彩色学流图(年彩色学流图(CFMCFM),),19901990年年3 3D D扫描研制扫
10、描研制l19911991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lCDTI CDE DPA CHI THICDTI CDE DPA CHI THI经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、超声波基础知识简介l(一)(一)超声波超声波l1 1、是频率超过、是频率超过2 2万万HzHz的机械波,在空气中传播平的机械波,在空气中传播平均速度为均速度为340340m/sm/s,在人体软组织,液体中约在人体软组织,液体中约15401540m/sm/s,在颅骨中在颅骨中38603
11、860m/sm/s。l2 2、描述超声波的物理量描述超声波的物理量:l周期周期T,T,频率频率f f,波长波长 ,波速,波速C C,l相位相位=(=(t t)l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)l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 Il声压反射系数,折射系数,声压反射系数,折射系数,l声强反射系数,声强折射系数声强反射系数,声强折射系数经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3、次声波、声波、超声波l4 4、超声
12、波的特点、超声波的特点l方向性好:定向发射。方向性好:定向发射。l能量高:能量高:l传输特性:传输特性:l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l5 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,不能在在固体传播横波,不能在液体、气体传播横波。液体、气体传播横波。l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l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l平面波:波阵面互相平行的平面的波平面
13、波:波阵面互相平行的平面的波l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l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l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,间歇辐射的波歇辐射的波经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一维超声波的数学表达式l声压声压p pl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 Al角频率角频率 2 2,超声波传播时间,超声波传播时间
14、t t经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损
15、失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l3 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l反射:反射系数反射:反射系数=(Z Z2 2-Z-Z1 1)/(Z Z2 2+Z+Z1 1)l全反射全反射 与与 反射强烈反射强烈l折射:折射:l衍射:衍射:l干涉干涉 与与 驻波驻波l散射:散射:l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。l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
16、。l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,高)。人体组织按声阻抗分类(低,中,高)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(二)超声波在介质中的衰减l1 1、衰减:超声波强度随传播距离增加,减少的、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。现象,称为超声波的衰减。l2 2、衰减表现几种形式、衰减表现几种形式l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。l散射衰减:与微粒
17、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。l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,高高频超声波衰减大,传播距离近,宜探测浅表组频超声波衰减大,传播距离近,宜探测浅表组织。织。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(三)成像原理l1 1、雷达测距原理、雷达测距原理l界面位置判定界面位置判定:L=Ct/2L=Ct/2lt 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,lC C超声波在人体组织中的传播速度超声波
18、在人体组织中的传播速度l2 2、回波大小与界面出组织声阻抗或密度有关,界面一定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面处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,可以探测,设的参数;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备质量高,低决定能否识别微小变化回波大小表示介质回波大小表示介质声阻抗变化(密度变化)。声阻抗变化(密度变化)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供
19、商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第二节 超声探头(换能器)l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l二、结构:换能器、壳体、电缆、其它部件(如电机、位置检测器)等。主二、结构:换能器、壳体、电缆、其它部件(如电机、位置检测器)等。主体(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(
20、外壳、电缆、接插部件外壳、电缆、接插部件)两部分。)两部分。l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。l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,有的方向有压电效应,有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。的方向无。l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:
21、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,如钛酸钡,锆压电陶瓷(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。l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。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用晶片的振动模式l伸缩振动(厚度、长度、径向伸缩振动(厚度、长度、径向)l切变振动
22、切变振动(厚度切变、面切变)厚度切变、面切变)l弯曲振动(厚度弯曲,长度弯曲)弯曲振动(厚度弯曲,长度弯曲)l能陷振动能陷振动l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。l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。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用五、探头的分类l(一)、按工作原理分(一)、按工作原理分l脉冲回波探头脉冲回波探头l多普勒式探头多普勒式探头l(二)、按结构分(二)、按结构分l机械探头与电子探头机械探头与电子探头l(三(三)、按用途
23、分、按用途分l眼科、腹部、妇产科等眼科、腹部、妇产科等l(四(四)按振子单元数分单元探头,多元探头(线阵、相按振子单元数分单元探头,多元探头(线阵、相控阵、方阵、凸阵)。控阵、方阵、凸阵)。l(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l(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)l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、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用六、质量指标探头的性能参数(书172
24、页)l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。l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。l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。l发射系数发射系数D D:电能转变成机械能,压力恒定时,单位电场强度电能转变成机械能,压力恒定时,单位电场强度变化引起应变变化。变化引起应变变化。l接收系数接收系数G G:机械能转变成电能,电位移恒定,单位压力引起机械能转变成电能,电位移恒定,单位压力引起电场变化。电场变化。l机电耦合系数机电耦合系数K
25、 K:机械能与电能转换系数,与晶片的灵敏度有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。关,材料决定,无单位。l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,谐振时晶片储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,存能量与晶片损耗能量之比,Q Qm m大损耗小。通频带窄。无单位。大损耗小。通频带窄。无单位。l介质损耗因子介质损耗因子tgtg:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用平面活塞探头性能探讨(174页)l 远场与近场远场与近场l 超声波波长超
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