【教學】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)學影像技術(shù)專業(yè)醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)超聲診斷學超聲診斷學CAI課件課件山東醫(yī)學高等?？茖W校山東醫(yī)學高等?？茖W校 徐笑敏徐笑敏教學目的教學目的1. 掌握超聲的定義、特性及產(chǎn)活力制2. 掌握超聲傳播中頻率、聲速、波長三者之間的關(guān)系3. 熟習生物組織對入射聲束的作用 4. 熟習入射超聲對生物組織的作用 5.了解超聲診斷的平安性及本卷須知 第一節(jié) 超聲成像的物理根底一、定義一、定義 1. 1.超聲超聲 是一種機械波，其頻率在是一種機械波，其頻率在2020千赫茲以上。千赫茲以上。 2. 2.醫(yī)學診斷用超聲醫(yī)學診斷用超聲 頻率在頻率在2.22.21010兆赫茲范圍

2、的超聲。兆赫茲范圍的超聲。 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)超聲波可在氣體、液體、固體等介質(zhì)中傳播中傳播 超聲波可以傳送很強的能量超聲波可以傳送很強的能量 超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生反射、折超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、干涉等景象射、散射、繞射、干涉等景象 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，會在界面超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，會在界面產(chǎn)生沖擊和空化景象產(chǎn)生沖擊和空化景象 第一節(jié) 超聲成像的物理根底二、超聲的產(chǎn)生與接納二、超聲的產(chǎn)生與接納 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。是電能與聲能相互轉(zhuǎn)換的過程。 2. 2.超聲的產(chǎn)生超聲的產(chǎn)生 電

3、場作用到特定的資料兩端引起振動，電場作用到特定的資料兩端引起振動，在周圍介質(zhì)中傳播構(gòu)成超聲，是逆壓電效應(yīng)在周圍介質(zhì)中傳播構(gòu)成超聲，是逆壓電效應(yīng)過程。過程。 3. 3.超聲的接納超聲的接納 聲場作用到特定的資料兩端產(chǎn)生電位差，聲場作用到特定的資料兩端產(chǎn)生電位差，經(jīng)過接納器轉(zhuǎn)換成電信號，是正壓電效應(yīng)過經(jīng)過接納器轉(zhuǎn)換成電信號，是正壓電效應(yīng)過程。程。 第一節(jié) 超聲成像的物理根底 4. 4.壓電資料壓電資料 可以產(chǎn)生壓電效應(yīng)的資料。可以產(chǎn)生壓電效應(yīng)的資料。 無機資料無機資料 主要包括鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等。主要包括鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等。 有機資料有機資料 主要由聚偏氟乙烯主要由聚偏氟乙烯PVD

4、FPVDF構(gòu)成，資料聲阻構(gòu)成，資料聲阻抗與人體接近?？古c人體接近。 混合資料混合資料 由壓電陶瓷和有機壓電資料混合構(gòu)成，機電由壓電陶瓷和有機壓電資料混合構(gòu)成，機電耦合系數(shù)大，適宜制造寬帶換能器。耦合系數(shù)大，適宜制造寬帶換能器。第一節(jié) 超聲成像的物理根底 5. 5.換能器換能器 探頭探頭 構(gòu)造構(gòu)造 面材、壓電資料、背材面材、壓電資料、背材 ，中，中心是壓電資料。心是壓電資料。 種類種類 體表檢查用探頭；體表檢查用探頭； 手術(shù)用探頭；手術(shù)用探頭； 體腔檢查用探頭。體腔檢查用探頭。 第一節(jié) 超聲成像的物理根底三、超聲的傳播三、超聲的傳播 1. 1.傳播速度傳播速度 c c 由傳播介質(zhì)決議，不同人體組

5、織器官的聲由傳播介質(zhì)決議，不同人體組織器官的聲速不同，平均聲速為速不同，平均聲速為15401540米米/ /秒，其中空氣最秒，其中空氣最小小350350米米/ /秒，骨骼最大秒，骨骼最大38503850米米/ /秒。秒。 2. 2.超聲頻率超聲頻率 f f 由探頭中壓電資料決議，在由探頭中壓電資料決議，在2.22.21010兆赫兆赫茲范圍。茲范圍。 3. 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：超聲波長與聲速和頻率滿足關(guān)系式：fc第一節(jié) 超聲成像的物理根底四、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)傳播的超在一個有限的立體角內(nèi)傳播的超聲聲

6、 。 2. 2.聲軸聲軸 聲束的中心線。聲束的中心線。 3. 3.近程區(qū)近程區(qū) 接近探頭區(qū)域，聲束等寬接近探頭區(qū)域，聲束等寬 4. 4.遠程區(qū)遠程區(qū) 遠離探頭區(qū)域，聲束發(fā)散遠離探頭區(qū)域，聲束發(fā)散第一節(jié) 超聲成像的物理根底v 超聲聲束空間分布表示圖第二節(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 一兩個根本概念一兩個根本概念 聲特性阻抗聲特性阻抗 介質(zhì)的密度介質(zhì)的密度()()與聲速與聲速(c)(c)的乘的乘積，不同組織的聲特性阻抗不一樣。積，不同組織的聲特性阻抗不一樣。 界面界面 兩種具有不同聲阻抗的介兩種具有不同聲阻抗的介質(zhì)的接觸面。質(zhì)的接觸面。 大界

7、面：界面尺寸大于超聲波長大界面：界面尺寸大于超聲波長 小界面：界面尺寸小于超聲波長小界面：界面尺寸小于超聲波長第二節(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 三個條件三個條件 方向、截面、角度方向、截面、角度 全反射全反射 兩種介質(zhì)的聲速關(guān)系兩種介質(zhì)的聲速關(guān)系 入射角度入射角度 界面的反射信號是聲像圖的主要界面的反射信號是聲像圖的主要組成部組成部 分分第二節(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

8、面界面尺寸與超聲波長大小相當?shù)淖饔眯∠喈數(shù)淖饔?繞射使入射聲束發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)繞射使入射聲束發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)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呵斥聲能的減小。由于組織對超聲的吸收呵斥聲能的減小。 不同組織，吸收系數(shù)不同，衰減程度不不同組織，吸收系數(shù)不同，衰減程度不同；同； 一樣組織，入射深度越大，衰減越大；一樣組織，入射深度越大，衰減越大； 一樣組織，入射超聲頻率越高，衰減越大。一樣組織，入射超聲頻率越高，衰減越大。 xfxeAA)(0 xfxeAA)(0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

9、效應(yīng)超聲的生物效應(yīng) 當一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳當一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時，經(jīng)過超聲與生物組織的相互作用，播時，經(jīng)過超聲與生物組織的相互作用，可以引起生物體的功能、構(gòu)造或形狀的可以引起生物體的功能、構(gòu)造或形狀的變化變化 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動超聲聲能使生物組織中的氣泡活性改動 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

10、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第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用三、超聲診斷的平安性及本卷須知三、超聲診斷的平安性及本卷須知 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； 為多個國家和組織為多個國家和組織采用采用 空間平均時間峰值；空間平均時間峰值； 空間峰值時間峰值。空間峰值時間峰值。 2. 2.平安聲強美國平安聲強美國FDAFDA，我國超聲規(guī)范化委員，我國超聲規(guī)范化委員會引薦會引薦 空間峰值時間平均聲強：小于空間峰值時間平均聲強：小于100100毫瓦毫瓦/ /平平方厘米方厘米第二節(jié) 超聲與生

11、物組織間的相互作用 3. 3.超聲探測的平安性世界衛(wèi)生組織建議超聲探測的平安性世界衛(wèi)生組織建議 (1) (1) 只需在醫(yī)學上具有明確理由時，才對只需在醫(yī)學上具有明確理由時，才對人體運用診斷超聲；人體運用診斷超聲； (2) (2) 以商業(yè)顯示和獲得實驗圖像為目的時，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；不應(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)量和獲得必要在保證獲得良好圖像質(zhì)量和獲得必要的診斷信息前提下，應(yīng)使超聲診斷設(shè)備的輸?shù)脑\斷信息前提下，應(yīng)使超聲診斷設(shè)備的輸出強度盡能夠小。出強度盡能夠小。 第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互

12、作用 4. 4.超聲探測應(yīng)遵照的原那么超聲探測應(yīng)遵照的原那么在明確診斷目的的情況下，應(yīng)積極運用超聲診在明確診斷目的的情況下，應(yīng)積極運用超聲診斷技術(shù)。斷技術(shù)。在超聲診斷過程中，必需堅持最小劑量原那么。在超聲診斷過程中，必需堅持最小劑量原那么。即在保證獲得必要診斷信息的前提下，應(yīng)即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。采用最小超聲強度和最短輻照時間?；亟^一切與診斷無關(guān)的胎兒超聲顯像。回絕一切與診斷無關(guān)的胎兒超聲顯像。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個月以個月以上的胎兒定期超聲探測時，應(yīng)控制在上的胎兒定期超聲探測時，應(yīng)控制在3 35

13、5分鐘之內(nèi)完成。分鐘之內(nèi)完成。第二節(jié) 超聲與生物組織間的相互作用 5. 5.超聲探測的本卷須知超聲探測的本卷須知成人超聲探測成人超聲探測 顱腦檢查時顱腦檢查時 每一固定切面繼續(xù)檢查時間控制在每一固定切面繼續(xù)檢查時間控制在2 2分鐘以分鐘以內(nèi)；內(nèi)； 眼球檢查時眼球檢查時 每一固定切面繼續(xù)檢查時間不應(yīng)超越半分每一固定切面繼續(xù)檢查時間不應(yīng)超越半分鐘；鐘； 卵巢、睪丸檢查時卵巢、睪丸檢查時 每一固定切面繼續(xù)檢查時間不應(yīng)超越每一固定切面繼續(xù)檢查時間不應(yīng)超越1 1分鐘。分鐘。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 v 對缺乏對缺乏3個月的早孕孕婦個月的早孕孕婦v 盡量不用超聲進展常

14、規(guī)檢查；盡量不用超聲進展常規(guī)檢查；v 對于有習慣性流產(chǎn)或已有先兆流產(chǎn)病癥者對于有習慣性流產(chǎn)或已有先兆流產(chǎn)病癥者v 3個月內(nèi)不建議做超聲探測。必需求進展超聲個月內(nèi)不建議做超聲探測。必需求進展超聲探測時，應(yīng)控制每一固定切面檢查繼續(xù)時間在探測時，應(yīng)控制每一固定切面檢查繼續(xù)時間在1分鐘以內(nèi)；分鐘以內(nèi)；v 對對3個月以上胎兒個月以上胎兒v 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，每一固定切面繼續(xù)時間不應(yīng)超越切面繼續(xù)時間不應(yīng)超越2分鐘，其他臟器可適當分鐘，其他臟器可適當延伸檢查時間。檢查時應(yīng)不斷挪動探頭。延伸檢查時間。檢查時應(yīng)不斷挪動探頭。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 v 作顱腦檢查時作顱腦檢查時v 每一固定切面繼續(xù)檢查時間不應(yīng)超越每一固定切面繼