第二章超聲成像的物理原理PPT課件

1、高職高專衛(wèi)生部規(guī)劃教材高職高專衛(wèi)生部規(guī)劃教材 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)超聲診斷學(xué)超聲診斷學(xué)cai課件課件第二章第二章 超聲成像的物理原理超聲成像的物理原理 山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校山東醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 徐笑敏徐笑敏1教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1. 掌握超聲的定義、特性及產(chǎn)生機制2. 掌握超聲傳播中頻率、聲速、波長三者之間的關(guān)系3. 熟悉生物組織對入射聲束的作用 4. 熟悉入射超聲對生物組織的作用 5.了解超聲診斷的安全性及注意事項 1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ)一、定義一、定義 1.1.超聲超聲 是一種機械波，其頻率在20千赫茲以上。 2 2.醫(yī)學(xué)診斷用超聲醫(yī)學(xué)診斷用超聲 頻率在2.210兆赫茲范圍的

2、超聲。 3.3.超聲的特性超聲的特性 超聲波可在氣體、液體、固體等介質(zhì)中傳播 超聲波可以傳遞很強的能量 超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、干涉等現(xiàn)象 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，會在界面產(chǎn)生沖擊和空化現(xiàn)象 1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ)二、超聲的產(chǎn)生與接收二、超聲的產(chǎn)生與接收 1.1.壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 是電能與聲能相互轉(zhuǎn)換的過程。 2.超聲的產(chǎn)生超聲的產(chǎn)生 電場作用到特定的材料兩端引起振動，在周圍介質(zhì)中傳播形成超聲，是逆壓電效應(yīng)過程。 3.超聲的接收超聲的接收 聲場作用到特定的材料兩端產(chǎn)生電位差，通過接收器轉(zhuǎn)換成電信號，是正壓電效應(yīng)過程。 1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ) 4.4.壓電材

3、料壓電材料 能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料。 無機材料 主要包括鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等。 有機材料 主要由聚偏氟乙烯（pvdf）構(gòu)成，材料聲阻抗與人體接近。 混合材料 由壓電陶瓷和有機壓電材料混合構(gòu)成，機電耦合系數(shù)大，適宜制作寬帶換能器。1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ) 5.5.換能器換能器 （探頭） 結(jié)構(gòu) 面材、壓電材料、背材 ，核心是壓電材料。 種類 體表檢查用探頭； 手術(shù)用探頭； 體腔檢查用探頭。 1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ)三、超聲的傳播三、超聲的傳播 1. 1.傳播速度傳播速度 （c） 由傳播介質(zhì)決定，不同人體組織器官的聲速不同，平均聲速為1540米/秒，其中空氣最?。?50米/秒），骨骼最

4、大（3850米/秒）。 2.超聲頻率超聲頻率 （f） 由探頭中壓電材料決定，在2.210兆赫茲范圍。 3.超聲波長超聲波長 （） 超聲波長與聲速和頻率滿足關(guān)系式：fc1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ)四、超聲聲束的空間分布四、超聲聲束的空間分布 1.1.聲束聲束 在一個有限的立體角內(nèi)傳播的超聲 。 2.聲軸聲軸 聲束的中心線。 3.近程區(qū)近程區(qū) 靠近探頭區(qū)域，聲束等寬 4.遠(yuǎn)程區(qū)遠(yuǎn)程區(qū) 遠(yuǎn)離探頭區(qū)域，聲束發(fā)散1第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ)v 超聲聲束空間分布示意圖1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用一、生物組織對入射超聲的作用一、生物組織對入射超聲的作用 （一）兩個基本概念（一）兩個基本概念 聲特性阻

5、抗 介質(zhì)的密度()與聲速(c)的乘積，不同組織的聲特性阻抗不一樣。 界面 兩種具有不同聲阻抗的介質(zhì)的接觸面。 大界面：界面尺寸大于超聲波長 小界面：界面尺寸小于超聲波長1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 （二）反射與折射（二）反射與折射 入射聲束與大界面的作用入射聲束與大界面的作用 三個條件 方向、截面、角度 全反射 兩種介質(zhì)的聲速關(guān)系 入射角度 界面的反射信號是聲像圖的主要組成部 分1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 （三）散射（三）散射 入射聲束與小界面的作用入射聲束與小界面的作用 散射回聲強度低 （四）繞射（四）繞射 入射聲束與界面（界面尺寸與超聲波長大入射聲束與界面（界面尺寸與超聲

6、波長大小相當(dāng)）的作用小相當(dāng)）的作用 繞射使入射聲束發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 （五）衰減（五）衰減 由于組織對超聲的吸收造成聲能的減小。由于組織對超聲的吸收造成聲能的減小。 不同組織，吸收系數(shù)不同，衰減程度不同； 相同組織，入射深度越大，衰減越大； 相同組織，入射超聲頻率越高，衰減越大。 xfxeaa)(0 xfxeaa)(01第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用二、入射超聲對生物組織的作用二、入射超聲對生物組織的作用 1.1.超聲的生物效應(yīng)超聲的生物效應(yīng) 當(dāng)一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時，通當(dāng)一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時，通過超聲與生物組織的相互作用，可以引起生過超

7、聲與生物組織的相互作用，可以引起生物體的功能、結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的變化物體的功能、結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的變化 2.2.熱機制熱機制 超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的熱能超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的熱能1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 3.3.機械機制機械機制 超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的機械能超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的機械能 4.4.空化機制空化機制 超聲聲能使生物組織中的氣泡活性改變超聲聲能使生物組織中的氣泡活性改變 低聲強長時間作用以熱機制為主低聲強長時間作用以熱機制為主 高聲強短時間作用以空化機制為主高聲強短時間作用以空化機制為主1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用三、超聲診斷的安全性及注意事項三、超聲診斷的安全性及注

8、意事項 1.1.超聲強度的計算方式超聲強度的計算方式 空間平均時間平均；空間平均時間平均； 空間峰值時間平均；空間峰值時間平均； 為多個國家和組織采用為多個國家和組織采用 空間平均時間峰值；空間平均時間峰值； 空間峰值時間峰值?？臻g峰值時間峰值。 2. 2.安全聲強（美國安全聲強（美國fdafda，我國超聲標(biāo)準(zhǔn)化委員會推，我國超聲標(biāo)準(zhǔn)化委員會推薦）薦） 空間峰值時間平均聲強：小于空間峰值時間平均聲強：小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 3.3.超聲探測的安全性（世界衛(wèi)生組織建議）超聲探測的安全性（世界衛(wèi)生組織建議） (1) (1) 只有在醫(yī)學(xué)上具有明確理由

9、時，才對人體只有在醫(yī)學(xué)上具有明確理由時，才對人體使用診斷超聲；使用診斷超聲； (2) (2) 以商業(yè)顯示和獲得實驗圖像為目的時，不以商業(yè)顯示和獲得實驗圖像為目的時，不應(yīng)把超聲用于輻照人體，特別是輻照孕婦；應(yīng)把超聲用于輻照人體，特別是輻照孕婦； (3) (3) 在保證獲得良好圖像質(zhì)量和取得必要的診在保證獲得良好圖像質(zhì)量和取得必要的診斷信息前提下，應(yīng)使超聲診斷設(shè)備的輸出強度盡斷信息前提下，應(yīng)使超聲診斷設(shè)備的輸出強度盡可能小。可能小。 1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 4.4.超聲探測應(yīng)遵循的原則超聲探測應(yīng)遵循的原則v 在明確診斷目的的情況下，應(yīng)積極使用超聲診斷在明確診斷目的的情況下，應(yīng)積極使用

10、超聲診斷技術(shù)。技術(shù)。v 在超聲診斷過程中，必須堅持最小劑量原則。即在超聲診斷過程中，必須堅持最小劑量原則。即在保證獲得必要診斷信息的前提下，應(yīng)采用最小在保證獲得必要診斷信息的前提下，應(yīng)采用最小超聲強度和最短輻照時間。超聲強度和最短輻照時間。v 拒絕一切與診斷無關(guān)的胎兒超聲顯像。拒絕一切與診斷無關(guān)的胎兒超聲顯像。v 對早孕胚胎不做或少做超聲探測，對對早孕胚胎不做或少做超聲探測，對3 3個月以上個月以上的胎兒定期超聲探測時，應(yīng)控制在的胎兒定期超聲探測時，應(yīng)控制在3 35 5分鐘之內(nèi)分鐘之內(nèi)完成。完成。1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 5.5.超聲探測的注意事項超聲探測的注意事項v 成人超聲探測

11、成人超聲探測 顱腦檢查時顱腦檢查時 每一固定切面持續(xù)檢查時間控制在每一固定切面持續(xù)檢查時間控制在2 2分鐘以內(nèi)；分鐘以內(nèi)； 眼球檢查時眼球檢查時 每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過半分鐘；每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過半分鐘； 卵巢、睪丸檢查時卵巢、睪丸檢查時 每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過1 1分鐘。分鐘。1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用v 產(chǎn)科超聲探測產(chǎn)科超聲探測 對不足對不足3 3個月的早孕孕婦個月的早孕孕婦 盡量不用超聲進(jìn)行常規(guī)檢查；盡量不用超聲進(jìn)行常規(guī)檢查； 對于有習(xí)慣性流產(chǎn)或已有先兆流產(chǎn)癥狀者對于有習(xí)慣性流產(chǎn)或已有先兆流產(chǎn)癥狀者 3 3個月內(nèi)不

12、建議做超聲探測。必須要進(jìn)行超聲個月內(nèi)不建議做超聲探測。必須要進(jìn)行超聲探測時，應(yīng)控制每一固定切面檢查持續(xù)時間在探測時，應(yīng)控制每一固定切面檢查持續(xù)時間在1 1分鐘以內(nèi)；分鐘以內(nèi)； 對對3 3個月以上胎兒個月以上胎兒 在腦、心、眼、脊髓等臟器檢查時，每一固定在腦、心、眼、脊髓等臟器檢查時，每一固定切面持續(xù)時間不應(yīng)超過切面持續(xù)時間不應(yīng)超過2 2分鐘，其他臟器可適當(dāng)分鐘，其他臟器可適當(dāng)延長檢查時間。檢查時應(yīng)不斷移動探頭。延長檢查時間。檢查時應(yīng)不斷移動探頭。1第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用v 新生兒超聲探測新生兒超聲探測 作顱腦檢查時作顱腦檢查時 每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過每一固定切面持續(xù)檢查時間不應(yīng)超過1 1分鐘；分鐘； 作心臟檢查時作心臟檢查時 每一固定切面持