超聲成像原理

1、第十章第十章超聲成像原理2n 超聲波（ Ultrasound）的物理特點）的物理特點l 超聲波是機械波：振動源和傳播介質(zhì)。l 超聲波的振動頻率在20KHz以上，超過人類的聽覺上限（20Hz20KHz）。l 超聲波波長短、方向性強、能量大。l 超聲波與光波相比，頻率和傳播形式不同。310.1 引言引言l 超聲波可以在人體組織內(nèi)傳播，對人體無損傷、無痛苦。l 超聲設備價格低廉，易于推廣。l 超聲波掃描成像能實時提供影像。l 超聲波對人體軟組織的探測和對心血管臟器的血流動力學觀察有獨到之處。n 超聲波成像的特點 在醫(yī)學超聲影像技術(shù)中，使用的頻率一般在15MHz之間。對于較薄的組織，比如眼球，可以使用

2、20MHz的頻率。410.1 引言引言n 根據(jù)聲阻抗的不同，人體組織可以分為三大類：1）低聲阻的氣體或充氣組織，如肺部組織；2）中等聲阻的液體和軟組織，如肌肉；3）高聲阻的礦物組織，如骨骼。 三類組織聲阻抗相差甚大，彼此不能傳播聲波。超聲檢測適用于第二類組織。在這類組織中，聲阻抗相差不大，聲速大致相等，又可以利用不同組織之間的聲阻抗造成的聲波反射、散射來識別不同軟組織與器官的形態(tài)和性質(zhì)。510.1 引言引言610.1 引言引言n 超聲波成像的發(fā)展l 超聲波成像研究起源于二十世紀四十年代。l 1942年奧地利的K.T.Dussik使用A型超聲裝置，用穿透法探測顱腦。l 1952年，美國的D.H.

3、Howry和Bliss開始使用B超檢測人體。l 1954年，瑞典人用M型超聲檢查心臟。l 1956年，日本人首先將多普勒效應原理應用于超聲診斷。 l 1959年，研制出脈沖多普勒超聲。l 1975年，美國的Greenleaf開始用計算機處理超聲圖像。l 1983年，日本Aloka公司首先研制成功彩色血流圖（CFM）。710.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性n 超聲波的傳播特性超聲波的傳播特性固體中，縱波、橫波均可。氣體、液體中為縱波。 根據(jù)機械振動方向與波的傳播方向，可以分成兩種波動方式：方向一致為縱波，互相垂直為橫波。l 波型轉(zhuǎn)換 超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于傳播條件的改變，會產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換

4、。垂直聲束不發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。 超聲波的波型轉(zhuǎn)換具有臨床意義。例如：超聲波通過腦軟組織打在顱骨上時，會轉(zhuǎn)換成一部分橫波，產(chǎn)生偽影。8l 在超聲診斷中使用的脈沖波，一般為阻尼衰減振蕩波。n 連續(xù)波與脈沖波連續(xù)波與脈沖波l 按照發(fā)射方式，超聲波可以分為連續(xù)波與脈沖波。l 在超聲診斷中使用的連續(xù)波，一般為正弦等幅波，超聲頻率與振幅都穩(wěn)定不變。10.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性脈沖波的特征量脈沖波的特征量 ：間歇期脈沖寬度重復周期l 脈沖寬度：脈沖持續(xù)時間，通常在1.55微秒之間。910.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性l 平均功率：單位時間內(nèi)輸出的功率。l 間歇期：相鄰脈沖之間的間歇時間。l

5、 占空因子：脈沖周期中脈沖寬度與間歇期之比。l 峰值功率：脈沖發(fā)射期間的最大輸出功率。l 脈沖重復周期：指兩個相鄰脈沖前沿的相隔時間。 l 脈沖重復頻率：每秒內(nèi)脈沖重復出現(xiàn)次數(shù)。1010.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性l 聲阻抗：聲壓與聲振動速度之比。聲壓與振動速度同相時，Z=pc。單位是瑞利。 n 超聲波的描述參量超聲波的描述參量l 聲壓：壓強瞬時值與無聲傳播時壓強值之差，單位為帕斯卡（N/m2）。l 聲強：聲波在單位時間內(nèi)通過單位橫截面積的周期平均能量。 在聲學介質(zhì)中，只要聲阻抗相同，則可以認為它們是聲學的同種均勻介質(zhì)，不存在界面。1110.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性超聲波

6、在界面發(fā)生反射或折射的條件是：反射與透射（折射）反射與透射（折射）l 介質(zhì)的聲阻抗在界面處發(fā)生突變。l 界面的線度遠大于聲波波長及聲束直徑。ir1Z1c2ct2Zivrvtv界面超聲波的反射與折射 聲壓反射系數(shù)聲壓反射系數(shù)反射聲壓與入射聲壓之比聲壓連續(xù)方程： irtPPP1210.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性法向速度連續(xù)方程 coscoscosiirrttvvv2121coscoscoscositrpirtZZPrPZZ垂直入射時：2121pZZrZZ1310.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性由界面聲壓連續(xù)和法向速度連續(xù)條件2122coscoscosiptrZtZZ垂直入射時212

7、2pZtZZ聲壓透射系數(shù)聲壓透射系數(shù)透射聲壓與入射聲壓之比1410.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性衍射與散射衍射與散射 超聲波繞過障礙物的邊緣傳播叫做衍射（也叫繞射），衍射與障礙物的線度有關(guān)。 如果介質(zhì)中存在許多懸浮粒子，會使部分聲能偏離原來的方向，形成散射現(xiàn)象。根據(jù)散射物體線度與超聲波長的關(guān)系，可以有不同的散射效果。衍射散射1510.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性聲通量反射系數(shù)：2prr聲通量透射系數(shù)：212coscostpiZttZ聲傳播能量守恒聲傳播能量守恒為了測量超聲波能量的變化，一般采用聲通量來描述。聲通量聲強面積聲通量聲強面積1610.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬

8、性 聲束通過介質(zhì)薄層是臨床超聲檢測經(jīng)常會遇到的情況，分別有以下幾種可能： d1Z2Z3Z123iItI聲束通過介質(zhì)薄層 當Z2比Z1和Z3小得多時，聲束不能透過。 當薄層厚度遠小于2 ，或者d= 2/2, 2, 22, n2/4 （n為不等于零的偶數(shù)）時，聲束完全透過。當 ，且d為2/4 的奇數(shù)倍時，相當于兩個介質(zhì)界面都不存在。21 3ZZZ1710.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性薄層匹配原理薄層匹配原理薄層匹配原理在臨床上用來進行耦合劑材料的設計。即：通過探頭、耦合劑和被檢體的聲阻抗值相互之間的匹配，讓探頭發(fā)出的超聲最大限度地透過耦合劑薄層進入被檢體。 現(xiàn)在臨床使用的耦合劑是液體石蠟，

9、最大透射率只是入射強度的四分之三。 1810.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性 聲波在介質(zhì)中傳播時，聲強會隨著傳播距離增加而減弱，即聲波衰減。聲波衰減規(guī)律聲波衰減規(guī)律l 擴散衰減： 波陣面能量分布的改變引起。l 散射衰減 ：聲波與散射中心作用，轉(zhuǎn)化為熱能。l 吸收衰減： 粘滯吸收、熱機制吸收、馳豫吸收。1910.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性l 空化作用：指超聲場使充有氣體或水蒸汽的空腔發(fā)生振蕩，可以分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化。（作用機理復雜，仍有許多未知領(lǐng)域）。l 熱作用：分子振動和轉(zhuǎn)動能量可逆轉(zhuǎn)增加或者分子結(jié)構(gòu)永久性地改變。l 機械作用：振動和壓力對細胞和組織產(chǎn)生直接作用。超聲波的生

10、物效應（超聲波的生物效應（沒有累積效應和電離損害）2010.2 超聲波的物理屬性超聲波的物理屬性 超聲安全劑量的確定需要同時考慮強度和時間。目前，有的國家將安全聲強閾值定為幾十毫瓦/平方厘米。 超聲生物效應主要取決于輻射超聲的強度和持續(xù)時間。在一定的閾值范圍內(nèi)，超聲對人體的損傷可以忽略不計，有時還可以起到治療作用。比如增加細胞活力，促進血液循環(huán)等。2110.3 超聲換能器超聲換能器n 超聲換能器超聲換能器 實現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換和聲電轉(zhuǎn)換的器件，按其工作原理，可以分為電場式和磁場式。l 電場式換能器是利用電場所產(chǎn)生的各種力的效應來實現(xiàn)聲電能量的相互轉(zhuǎn)換，內(nèi)部存儲元件是電容，又可分為壓電式、電致伸縮式、電

11、容式。l 磁場式換能器是借助磁場力的效應實現(xiàn)聲電能量的相互轉(zhuǎn)換，內(nèi)部儲能元件是電感，又可分為電動式、電磁式、磁致伸縮式。 在醫(yī)學超聲工程中，一般采用電場式中的壓電效應。2210.3 超聲換能器超聲換能器 超聲換能器（超聲探頭）由壓電晶片組成，晶片受電信號激發(fā)發(fā)射超聲，進入人體組織，遇不同聲阻界面產(chǎn)生反射與散射；晶片接收回聲信號，轉(zhuǎn)換成電信號，送入儀器。晶片將電能轉(zhuǎn)換成聲能（發(fā)射），又能將聲能轉(zhuǎn)換成電能（接收），所以稱為聲電換能器。u 工作原理 超聲探頭可以是圓片形，也可以是半圓片形，其厚度一般選擇所用超聲波長的一半。產(chǎn)生超聲波需要兩個必要條件：高頻聲源和傳播介質(zhì)。2310.3 超聲換能器超聲換

12、能器 某些各向異性的材料，在外部拉力或壓力作用下引起材料內(nèi)部正負電荷重心移動，在相應表面產(chǎn)生符號相反的表面電荷。即在機械力的作用下產(chǎn)生了電場，或者在電場作用下，材料產(chǎn)生幾何形變。這種機械能與電能的相互轉(zhuǎn)換稱為壓電效應。壓電效應 材料的居里點表示使其失去壓電效應的臨界溫度值。24壓電效應的表征參數(shù)l 壓電接收常數(shù)g：指壓電片單位形變所產(chǎn)生的電位移，表示換能器接收性能的好壞。l 壓電發(fā)射常數(shù)d：指壓電片由所加電場單位場強引起的形變。 l 相對介電常數(shù)：指均勻電極化狀態(tài)下，壓電材料的電容與真空電容之比。 10.3 超聲換能器超聲換能器l 機電耦合系數(shù)k：機械能和電能之間耦合強弱的一個常數(shù)。l 機械品

13、質(zhì)因數(shù)Q：壓電體振動時，儲存的機械能與一個周期內(nèi)損耗的機械能量之比稱為機械品質(zhì)因數(shù)，它反映壓電體振動時克服內(nèi)摩擦消耗的能量大小。Q值越大，機械能消耗愈小。2510.3 超聲換能器超聲換能器另外，還需要考慮選擇徑向振動小的材料。超聲換能器材料的選擇需要根據(jù)用途決定l 發(fā)射超聲波，選擇發(fā)射系數(shù)d大的材料，如鋯鈦酸鉛（PZT）4。l 接收超聲波，選擇接收系數(shù)g大的材料，如硫酸鋰。l 同時用來發(fā)射和接收，選擇d與g乘積較大的材料，如PZT-4。 晶片的厚薄決定著超聲頻率的高低，晶片越薄，頻率越高。目前運用壓電晶片的頻率大致在110MHz范圍內(nèi)，單晶片探頭的直徑在812mm范圍內(nèi)。2610.3 超聲換能

14、器超聲換能器超聲探頭發(fā)射與接收示意 2710.3 超聲換能器超聲換能器u 超聲換能器的超聲場 超聲在介質(zhì)內(nèi)傳播時，明顯受到超聲振動影響的區(qū)域稱為超聲場。如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長，則所發(fā)射的超聲波能量集中成束狀向前傳播，這種現(xiàn)象稱為超聲的束射性（或稱指向性）。聲源直徑 近場距離半擴散角 圓形活塞聲源的聲場分布理論計算表明：理想的、性能均勻的壓電換能器，其近場和遠方區(qū)域內(nèi)的聲場分布都是很不均勻的。以圓形單晶片探頭為例。2810.3 超聲換能器超聲換能器l 聲場中某點的聲壓是每個小聲源輻射到該點處聲壓的疊加。l 圓形活塞聲源面上各點作同位相、同速率的振動。l 圓形聲源看作無限多個小聲源

15、組成。l 每一個小聲源，都在360度立體角的半空間輻射球面波。聲場計算假定以下條件成立：經(jīng)理論推導，圓形活塞聲源產(chǎn)生的超聲場中心軸上的聲壓為：2202sin()sin()4DppXXtD（10-1）P0為圓形晶片表面的聲壓幅值，D為晶片直徑，為超聲波長。29l 近場區(qū)近場區(qū) 換能器近側(cè)的超聲波束寬度與聲源直徑相近似，平行而不擴散，近似平面波，該區(qū)域稱近場區(qū)。近場區(qū)內(nèi)聲強分布不均勻。聲學上，稱L=a2/以內(nèi)的近場區(qū)為菲涅爾區(qū)。a為晶片的半徑。 據(jù)式10-1，可以計算出近場區(qū)聲壓極小值和極大值的位置分別為：22min(2)8DnXn（10-2） 其中，n取小于D/2的正整數(shù)，m取包含0在內(nèi)小于（D

16、-）/2的正整數(shù)?？梢姡珼越大，輻射頻率越高，n和m值越大，近場內(nèi)聲壓起伏越大，不均勻性越明顯。222max(21)4(21)DmXm303110.3 超聲換能器超聲換能器 指近場區(qū)以外的聲波以某一角度擴散區(qū)域，據(jù)式10-1，可以近似估算出遠場區(qū)聲壓幅值：01mAPPX（10-3） 對于給定的探頭和周圍的彈性介質(zhì)，P0，A（圓形晶片面積），都是常數(shù)，聲壓隨距離X增大而減弱。l 遠場區(qū)遠場區(qū) 10-3式是對晶片中心軸上的聲壓公式用牛頓二項式展開進行的近似計算得到，只有當X5L時，反比關(guān)系表現(xiàn)得比較明顯。3210.3 超聲換能器超聲換能器 圓形活塞晶片的輻射聲壓，不僅在中心軸上的分布是不均勻的，而

17、且在中心軸以外的聲壓分布也是不均勻的，即在中心部分的主瓣旁邊出現(xiàn)許多旁瓣，這種現(xiàn)象叫做換能器的指向性，也可以說是聲束的集中程度。指向性因數(shù)Dc可以表示為： l 超聲場的角分布超聲場的角分布12(sin )( , )( ,0)sincJ kaP rDP rka（10-4） 指向性因數(shù)Dc可以理解為距晶片中心距離為r，并與聲場中心軸線成角處的聲壓與中心軸線上相同距離處的聲壓之比。3310.3 超聲換能器超聲換能器 指向性因數(shù)Dc為零的第一點對應的角度稱為半擴散角，可由下式計算： 1sin (1.22)D（10-5）結(jié)論：超聲振動頻率越高（波長越短），晶片半徑越大，則近場長度L越大，擴散角越小，表示

18、聲束方向性好。 若被檢查組織或臟器位于近場范圍內(nèi)，由于近場內(nèi)的超聲束平行度最高，反射界面與晶片的垂直性最好，因此反射的聲強較高，失真度小。而遠場有聲束擴散，反射聲強較弱，失真度高，故在醫(yī)學診斷上，要求超聲擴散角應在3.5度以內(nèi)，否則超聲束截面積太大，使超聲的橫向分辨力降低。3410.3 超聲換能器超聲換能器 實際應用中，希望聲束焦點直徑小，而焦距大一些。也就是說，希望得到既細又長的聚焦聲束。一般可以通過聲束聚焦的辦法來變窄聲束，但是需要考慮聲束強度的安全性：l 聲透鏡聚焦l 聲反射鏡聚焦l 曲面換能器l 電子聚焦（相控扇形掃描） 3510.4 超聲成像方法超聲成像方法 超聲診斷儀有采用連續(xù)波的

19、，也有采用脈沖波的。由于脈沖檢測技術(shù)能夠定位回聲界面，還可以消除發(fā)射信號對反射信號的影響，靈敏度高，應用廣泛。超聲診斷成像的基本物理假定：l 聲束在介質(zhì)中以直線傳播。l 在各種介質(zhì)中聲速均勻一致。l 在各種介質(zhì)中介質(zhì)的吸收系數(shù)均勻一致。3610.4 超聲成像方法超聲成像方法n 超聲脈沖回波檢測技術(shù)基本原理超聲脈沖回波檢測技術(shù)基本原理 脈沖回波檢測技術(shù)是利用超聲波在傳播路線上遇到介質(zhì)的不均勻界面能發(fā)生反射的物理特性檢測回波信號，并對其進行接收放大和信號處理，最后在顯示器上顯示。 人體組織和臟器具有不同的聲速和聲阻抗，在界面會反射聲波。但這些界面兩側(cè)介質(zhì)的聲學性質(zhì)差異通常并不很大，所以大部分超聲能

20、量穿過界面繼續(xù)向前傳播，依次可以得到不同深度界面的回波。3710.4 超聲成像方法超聲成像方法l 超聲脈沖回波成像系統(tǒng)的組成超聲脈沖回波成像系統(tǒng)的組成u 換能器：將電脈沖轉(zhuǎn)換成超聲脈沖發(fā)射到人體內(nèi)，再接收反射回聲信號并轉(zhuǎn)換為電信號。 u 信號處理部分：對接收信號進行檢波、放大等必要處理，使之適合顯示和記錄。包括：時間增益補償（TGC）：深度不同，衰減不同，亮度不同，成像困難。聲波在深度上幅度減少的分貝數(shù)與聲波穿過該層介質(zhì)的時間成正比。接收器的增益可以按衰減幅度補償，隨掃描時間增加而增大。即較深部位回聲信號放大倍數(shù)大，較淺部位回聲信號放大倍數(shù)小。3810.4 超聲成像方法超聲成像方法 檢波器：根

21、據(jù)終顯要求檢出相應信息，有幅度檢波、位相檢波和頻率檢波之分。對檢波器的要求：波形失真小，傳輸系數(shù)大，濾波性能好、輸入電阻大。抑制電路：用來抑制不希望有的干擾信號和雜波噪聲，即限定視頻信號的下限電平，壓縮動態(tài)范圍。視頻放大：放大信號幅度，壓縮動態(tài)范圍，一般采用微分電路突出信號前后沿。u 顯示記錄部分3910.4 超聲成像方法超聲成像方法 A型顯示是超聲診斷儀最基本的顯示方式，屬于幅度調(diào)制，用回波脈沖的大小決定顯示器中脈沖的幅度。熒光屏上出現(xiàn)的是脈沖波形，脈沖之間的距離正比于反射界面之間的距離。A型超聲主要用于顱腦的占位性病變的診斷。10.4.1 A型超聲型超聲10.4.2 M型超聲型超聲 M型超

22、聲診斷儀是在A超基礎上發(fā)展起來的，適于觀察心臟的運動狀況，所以也稱為超聲心動儀。M超的探頭、發(fā)射和接收通道與A超完全一樣，不同的只是顯示方式：1）改幅度顯示為亮度顯示；2）縱軸像A超那樣表示掃描深度，橫軸表示時間（慢速幀掃描），以反映心臟活動周期內(nèi)反射界面的振動曲線。40發(fā)射電路同步電路時基電路觸發(fā)脈沖換能器可變衰減電路放大器TGC時間標尺顯示器給出顯示器的橫軸，也可以換算成反射界面的深度標尺10.4 超聲成像方法超聲成像方法產(chǎn)生幅值達近百伏的高頻振蕩電壓輸出控制脈沖高度，即顯示器的Y軸偏轉(zhuǎn)板探頭接收的反射信號幅度大約在十幾微伏到幾百毫伏A型超聲診斷儀的方框原理圖型超聲診斷儀的方框原理圖41M

23、型超聲診斷儀的方框原理圖型超聲診斷儀的方框原理圖同步激勵信號除雜波探頭放大檢波選通門脈寬調(diào)制輝度放大顯示器距離展開/行掃描時間展開/幀掃描XYZ 運動結(jié)構(gòu)表面與聲束的相對取向改變時，回波幅度要改變； 混合結(jié)構(gòu)要求增益補償曲線是變化的。10.4 超聲成像方法超聲成像方法4210.4 超聲成像方法超聲成像方法10.4.3 B型超聲型超聲 B超是目前超聲圖像診斷應用最廣泛的機型，它得到的是臟器或病變的斷層圖像，并可以進行實時的動態(tài)觀察。它還能與其它形式的超聲設備復合成更先進的超聲診斷系統(tǒng)。其特點為：l 輝度調(diào)制型，光點的亮度由回波幅度線性控制。l Y軸表示檢測深度，自上而下的一串光點表示在各個深度界

24、面上的回波。l X軸偏轉(zhuǎn)板加掃描電壓，隨探頭的移動同步變化。l B超的幀掃描需要和聲線的實際位置嚴格對應，M型幀掃描與時間成線性關(guān)系的慢變化。4310.4 超聲成像方法超聲成像方法同步激勵信號檢波探頭放大視頻放大顯示器距離展開方位展開XYZTGC電子掃描B型超聲診斷儀的方框原理圖4410.4 超聲成像方法超聲成像方法 聲學反射式：換能器靜止不動，用輕體的聲學反射鏡代替它振動。n B超的掃描方式超的掃描方式l 機械掃描機械掃描 機械掃描由單個或多個換能器晶片進行高速機械轉(zhuǎn)動或擺動實現(xiàn)快速掃描。有三種類型： 機械旋轉(zhuǎn)式：換能器安裝在旋轉(zhuǎn)輪上高速轉(zhuǎn)動，徑向發(fā)射波束實現(xiàn)扇形掃描。輪周上的晶片數(shù)可以有2

25、，3，4片。 機械擺動式：只需一個晶片和一個驅(qū)動機構(gòu)。壓電晶片被固定在支點上，換能器繞著支點擺動，使波束扇形傳播。4510.4 超聲成像方法超聲成像方法（a）機械旋轉(zhuǎn)式，（b）機械擺動式，（c）聲學反射式4610.4 超聲成像方法超聲成像方法 電子線性掃描是以線陣式探頭為基礎，以電子開關(guān)或全數(shù)字化系統(tǒng)控制陣元組順序發(fā)射來實現(xiàn)。陣元數(shù)已經(jīng)從早期的40、120發(fā)展到現(xiàn)在的256、400等。每次發(fā)射和接收聲波時，將若干陣元編為一組，由一組陣元產(chǎn)生一束掃描聲束，并接收信號，然后由下一組陣元發(fā)射下一束，并接收。電子線性電子線性掃描的幾種形式：掃描的幾種形式：l 電子線性掃描電子線性掃描 常規(guī)掃描：相鄰聲

26、束之間錯開一個陣元，掃描線數(shù)為M-N+1，M為陣元數(shù)，N為組陣元數(shù)； 隔行掃描：每個陣元組相差兩個陣元，先掃描奇數(shù)線，再掃描偶數(shù)線，錯開掃描聲束位置。掃描線數(shù)仍為M-N+1 ；4710.4 超聲成像方法超聲成像方法 飛越掃描：為進一步降低前后掃描聲束間的干擾，將掃描聲束位置固定排列（128陣元：5，65，6，66，64，124）； 半間距掃描：為了提高橫向分辨率，可以采用半間距掃描方式，即第一條合成聲束用110號陣元發(fā)射，19號陣元接收，第二條用110號發(fā)射，210號接收；而在第三條合成聲束，用211號陣元發(fā)射，210號接收，第四條聲束用211號陣元發(fā)射，311號接收，依此類推。這樣，掃描聲束

27、總數(shù)為2（M-N+1）。實際中，常將半間距掃描與飛越掃描結(jié)合使用。4810.4 超聲成像方法超聲成像方法 通過控制線陣探頭的激勵時序，使合成聲束方向改變。相控陣超聲診斷儀掃描聲束范圍一般在正負45度之間。同時激勵時，合成波陣面垂直于換能器表面。偏轉(zhuǎn)角，發(fā)射延遲時間以及陣元間距d的關(guān)系為：sindc（10-6）l 相控陣扇形掃描（電子扇形掃描）相控陣扇形掃描（電子扇形掃描）4910.4 超聲成像方法超聲成像方法5010.4 超聲成像方法超聲成像方法“相控”接收 相控陣探頭發(fā)出的超聲束遇到目標產(chǎn)生的回波信號到達晶片的時間是有差異的，必須對各晶片接收回波進行準確地時差補償，才能獲得目標空間位置地正確

28、信息。這也是稱之為“相控”接收的原因。1234567P+延遲相控接收原理示意圖5110.4 超聲成像方法超聲成像方法 指根據(jù)檢測組織的深度自動調(diào)節(jié)探頭工作頻率，對較淺組織，使用高頻率，提高縱向分辨率，對較深組織，使用低頻率，提高超聲穿透能力。 l 動態(tài)頻率掃描動態(tài)頻率掃描 動態(tài)頻率掃描器把各種單頻探頭集于一體，需要和可變帶通濾波器組合。5210.4 超聲成像方法超聲成像方法p 空間后處理，包括讀出電子放大和圖像翻轉(zhuǎn)。l 數(shù)字掃描變換器（數(shù)字掃描變換器（DSC） DSC的作用是將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)存儲處理后再轉(zhuǎn)換成模擬圖像顯示。其中，圖像后處理是B超圖像處理的重要部分，主要包括：p

29、像素亮度后處理，按給定灰階數(shù)進行擴展和壓縮。p 時間后處理，指利用數(shù)字濾波器對圖像做噪聲抑制，平滑和邊緣增強處理。p 圖像凍結(jié)，便于觀察和拍照令圖像在顯示屏幕上靜止不動。p 掃描數(shù)據(jù)變換，可以將扇形掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成線性掃描數(shù)據(jù)。5310.4 超聲成像方法超聲成像方法胎兒的超聲檢測B超圖像5410.4 超聲成像方法超聲成像方法 超聲多普勒技術(shù)是研究和應用由運動物體反射或散射所產(chǎn)生的多普勒效應的一種技術(shù)。它在醫(yī)學臨床診斷中用于心臟、血管、血流和胎兒心率的診斷。相應的儀器有超聲血流測量儀，超聲血管顯像儀等。10.4.4 超聲多普勒技術(shù)超聲多普勒技術(shù) 聲源和接收體作相對運動時，接收體在單位時間內(nèi)收到的振

30、動次數(shù)（頻率），除聲源發(fā)出者外，還由于接收體向前運動而多接收到（距離/波長）個振動，即收到的頻率增加了；相反，聲源和接收體作背離運動時，接收體收到的頻率就減少，這種頻率增加和減少的現(xiàn)象稱為多普勒效應。 多普勒效應多普勒效應5510.4 超聲成像方法超聲成像方法ir體表血管發(fā)射接收多普勒頻移測量原理5610.4 超聲成像方法超聲成像方法多普勒效應的數(shù)學表示： 0(coscos)dirvffc （10-7）實際應用中，一般采用 ，這樣，多普勒頻移為： 45oir02 cosdvffc （10-8） fd一定，f0越小，測量的流速越大。因此，為了測量高速血流，應盡可能的選用低頻探頭。5710.4 超

31、聲成像方法超聲成像方法n 連續(xù)多普勒超聲測量儀（連續(xù)多普勒超聲測量儀（CWD） 連續(xù)波多普勒是最早出現(xiàn)的一種多普勒超聲技術(shù)，它只能觀察某些淺表組織結(jié)構(gòu)和動脈血流。 連續(xù)式多普勒技術(shù)使用雙晶片探頭，一個連續(xù)發(fā)射脈沖波，另一個連續(xù)接收反射回聲。連續(xù)式多普勒有測量高速血流的能力，根據(jù)音頻信號和頻譜形態(tài)的變化可以指導探查方向。缺點是缺乏距離選通能力，無法確定聲束內(nèi)回聲信號的來源，不能進行定位診斷。5810.4 超聲成像方法超聲成像方法n 脈沖多普勒超聲測量儀（脈沖多普勒超聲測量儀（PWD） 脈沖式多普勒技術(shù)具有距離選通功能，可以對沿超聲束不同深度的某一區(qū)域進行定位檢測，增加了血流定位探測的準確性。 脈沖多普勒血流儀用同一塊晶片完成發(fā)射和接收，脈沖重復頻率會限制所測血流速度的大小。 脈沖重復頻率必須大于多普勒頻移的兩倍，才能準確顯示頻移的方向和大小。5910.4 超聲成像方法超聲成像方法如何根據(jù)多普勒頻譜提取有