第十三章 超聲診斷儀的主要性能檢測(cè)(新）

1、第十三章第十三章 超聲診斷儀的主要性能和安全檢測(cè)超聲診斷儀的主要性能和安全檢測(cè) 第一節(jié)第一節(jié) 超聲診斷設(shè)備概論超聲診斷設(shè)備概論 醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ) 一、超聲波的定義及特性一、超聲波的定義及特性: 自然界里有各種各樣的波，但根據(jù)其性質(zhì)基本上自然界里有各種各樣的波，但根據(jù)其性質(zhì)基本上分為兩大類：電磁波和機(jī)械波。分為兩大類：電磁波和機(jī)械波。 電磁波是由于電磁力的作用產(chǎn)生的，是電磁場(chǎng)的電磁波是由于電磁力的作用產(chǎn)生的，是電磁場(chǎng)的變化在空間的傳播過程，它傳播的是電磁能量。無線變化在空間的傳播過程，它傳播的是電磁能量。無線電波、可見光和電波、可見光和X線等，都是電磁波。電磁波可以在線等，都是電磁波

2、。電磁波可以在真空中和介質(zhì)中傳播。它在空氣中傳播的速度是真空中和介質(zhì)中傳播。它在空氣中傳播的速度是310kms。 機(jī)械波是由于機(jī)械力機(jī)械波是由于機(jī)械力(彈性力彈性力)的作用，機(jī)械振動(dòng)的作用，機(jī)械振動(dòng)在連續(xù)的彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播過程。它傳播的是機(jī)械能在連續(xù)的彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播過程。它傳播的是機(jī)械能量。我們熟悉的電波、水波和地震波等都是機(jī)械波。量。我們熟悉的電波、水波和地震波等都是機(jī)械波。機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播不能在真空中傳播。速度一機(jī)械波只能在介質(zhì)中傳播不能在真空中傳播。速度一般從每秒幾百米至幾千米，比電磁波速度要低得多。般從每秒幾百米至幾千米，比電磁波速度要低得多。機(jī)械波按其頻率可分成各種不同的波。

3、機(jī)械波按其頻率可分成各種不同的波。 次聲波聲音(可聞聲波)超聲波高頻聲波特高頻聲波1010Hz二、機(jī)械波分類二、機(jī)械波分類 超聲波是超聲波是2 104Hz108的機(jī)械波。的機(jī)械波。超聲波的頻率范圍很寬，而醫(yī)學(xué)超聲的超聲波的頻率范圍很寬，而醫(yī)學(xué)超聲的頻率范圍頻率范圍在在200kHz至至40MHz之間，超之間，超聲診斷用超聲頻率多在聲診斷用超聲頻率多在1MHz到到10MHz范圍內(nèi)，相應(yīng)的波長(zhǎng)在范圍內(nèi)，相應(yīng)的波長(zhǎng)在1.5mm至至0.15mm之間。之間。 從理論上講，頻率越高，波長(zhǎng)越短，從理論上講，頻率越高，波長(zhǎng)越短，超聲診斷的分辨率越好，但實(shí)際上目前超聲診斷的分辨率越好，但實(shí)際上目前由于各種因素限制

4、，難以做出超過由于各種因素限制，難以做出超過10MHz的探頭。的探頭。 與普通聲波與普通聲波(可聞波可聞波)相比，超聲波具有許多特性，相比，超聲波具有許多特性，其中突出的有：其中突出的有：(1)由于超聲波的頻率高，因而波長(zhǎng)很由于超聲波的頻率高，因而波長(zhǎng)很短，它可以像光線那樣沿直線傳播，使我們有可能只短，它可以像光線那樣沿直線傳播，使我們有可能只向某一確定的方向發(fā)射超聲波；向某一確定的方向發(fā)射超聲波；(2)由于超聲波所引起由于超聲波所引起的媒質(zhì)微粒的振動(dòng)，即使振幅很小，加速度也很大，的媒質(zhì)微粒的振動(dòng)，即使振幅很小，加速度也很大，因此可以產(chǎn)生很大的力量。超聲波的這些特性，使它因此可以產(chǎn)生很大的力量

5、。超聲波的這些特性，使它在近代科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等方面得到日在近代科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等方面得到日益廣泛的應(yīng)用。例如：我們可以利用超聲波來測(cè)量海益廣泛的應(yīng)用。例如：我們可以利用超聲波來測(cè)量海底的深度和探索魚群、暗礁、潛水艇等。在工業(yè)上可底的深度和探索魚群、暗礁、潛水艇等。在工業(yè)上可以用超聲波對(duì)金屬內(nèi)部的氣泡、傷痕、裂縫等缺陷進(jìn)以用超聲波對(duì)金屬內(nèi)部的氣泡、傷痕、裂縫等缺陷進(jìn)行無損檢測(cè)行無損檢測(cè)(NTD)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以進(jìn)行超聲滅菌、。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以進(jìn)行超聲滅菌、超聲清洗、超聲霧化等。更重要的是做成各種超聲診超聲清洗、超聲霧化等。更重要的是做成各種超聲診斷儀器和治療儀器。斷儀器和

6、治療儀器。三、超聲波的產(chǎn)生三、超聲波的產(chǎn)生 振動(dòng)是聲學(xué)的基礎(chǔ)。只有聲源的振動(dòng)是聲學(xué)的基礎(chǔ)。只有聲源的振動(dòng)，才能發(fā)射出聲波。超聲波與普振動(dòng)，才能發(fā)射出聲波。超聲波與普通聲波一樣，是振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的通聲波一樣，是振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播。因此機(jī)械振動(dòng)源和彈性媒質(zhì)是傳播。因此機(jī)械振動(dòng)源和彈性媒質(zhì)是超聲波產(chǎn)生的基本條件。超聲波產(chǎn)生的基本條件。 例如：彈簧振子的無阻尼自由例如：彈簧振子的無阻尼自由振振動(dòng)。動(dòng)。 四、超聲波的分類四、超聲波的分類 1.按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系分類按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系分類 相對(duì)于波的傳播方向，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可以不相對(duì)于波的傳播方向，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向可以不同。

7、波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的同。波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方相互相垂直的稱為橫波，如圖傳播方相互相垂直的稱為橫波，如圖1(a)。橫波。橫波由切變彈性所引起，也稱切變波。因此它僅在具有由切變彈性所引起，也稱切變波。因此它僅在具有切變彈性介質(zhì)中傳播，即在固體和高粘滯流體中傳切變彈性介質(zhì)中傳播，即在固體和高粘滯流體中傳播。人體軟組織是一種似水介質(zhì)播。人體軟組織是一種似水介質(zhì)(骨骼則屬于固體骨骼則屬于固體)，因此不產(chǎn)生橫波。波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振因此不產(chǎn)生橫波。波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的稱為縱波。縱波是由動(dòng)方向與波的傳播方向一致的稱為縱波

8、?？v波是由壓縮彈性引起的?？v波通過時(shí)，介質(zhì)中各點(diǎn)出現(xiàn)周壓縮彈性引起的。縱波通過時(shí)，介質(zhì)中各點(diǎn)出現(xiàn)周期性的稀疏和稠密，如圖期性的稀疏和稠密，如圖1(b)因此也稱為疏密因此也稱為疏密波或壓縮波波或壓縮波 。 橫波橫波和和縱波縱波是波的兩種基本波型。因?yàn)槭遣ǖ膬煞N基本波型。因?yàn)槿梭w軟組織基本無切變彈性，橫波在人體人體軟組織基本無切變彈性，橫波在人體軟組織中不能傳播，而只能以縱波的方式軟組織中不能傳播，而只能以縱波的方式傳播。所以縱波是超聲診斷與治療中常用傳播。所以縱波是超聲診斷與治療中常用的波型。的波型。 傳播過程中，一種波型引起另一種波傳播過程中，一種波型引起另一種波型時(shí)稱為波型轉(zhuǎn)換。例如當(dāng)一縱波

9、以某一型時(shí)稱為波型轉(zhuǎn)換。例如當(dāng)一縱波以某一角度傳到一固體平面上，在界面上就發(fā)生角度傳到一固體平面上，在界面上就發(fā)生復(fù)雜的機(jī)械互作用，結(jié)果在固體中就有縱復(fù)雜的機(jī)械互作用，結(jié)果在固體中就有縱波與橫波同時(shí)傳播。超聲診斷中，在軟組波與橫波同時(shí)傳播。超聲診斷中，在軟組織與骨骼界面上就會(huì)發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。由于織與骨骼界面上就會(huì)發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。由于橫波的傳播速度與方向均不同于縱波，因橫波的傳播速度與方向均不同于縱波，因此會(huì)產(chǎn)生虛假的回波信號(hào)。此會(huì)產(chǎn)生虛假的回波信號(hào)。2.按波陣面的形狀分類按波陣面的形狀分類 波從波源出發(fā)，在介質(zhì)中向各個(gè)方向傳波從波源出發(fā)，在介質(zhì)中向各個(gè)方向傳播。在某一時(shí)刻介質(zhì)中周相相同的各點(diǎn)組播。

10、在某一時(shí)刻介質(zhì)中周相相同的各點(diǎn)組成的面稱為波面。顯然波面有無數(shù)個(gè)，最成的面稱為波面。顯然波面有無數(shù)個(gè)，最前面的一個(gè)波面也就是波源最初振動(dòng)狀態(tài)前面的一個(gè)波面也就是波源最初振動(dòng)狀態(tài)傳播的各點(diǎn)組成的面，通常又叫波陣面。傳播的各點(diǎn)組成的面，通常又叫波陣面。波面有各種形狀，波面為平面的波稱為平波面有各種形狀，波面為平面的波稱為平面波，波面為球面的波稱為球面波，波面面波，波面為球面的波稱為球面波，波面為柱面的稱為柱面波。為柱面的稱為柱面波。 平面波對(duì)于研究問題來說最為簡(jiǎn)單，平面波對(duì)于研究問題來說最為簡(jiǎn)單，所以我們以后討論公式時(shí)都指平面波。所以我們以后討論公式時(shí)都指平面波。超聲診斷中，探頭發(fā)射的超聲波在近場(chǎng)

11、超聲診斷中，探頭發(fā)射的超聲波在近場(chǎng)可視為平面波，在遠(yuǎn)場(chǎng)可視為球面波可視為平面波，在遠(yuǎn)場(chǎng)可視為球面波(或或球面的一部分球面的一部分)。但為了方便起見，我們但為了方便起見，我們把它都視為平面波。超聲波與人體內(nèi)微把它都視為平面波。超聲波與人體內(nèi)微小障礙物小障礙物(如紅細(xì)胞如紅細(xì)胞)發(fā)生作用時(shí)，障礙發(fā)生作用時(shí)，障礙物散射的超聲波是球面物散射的超聲波是球面。3、按發(fā)射超聲的類型分類、按發(fā)射超聲的類型分類 可分為連續(xù)波和脈沖波。連續(xù)可分為連續(xù)波和脈沖波。連續(xù)波目前只在連續(xù)波多普勒血流儀中波目前只在連續(xù)波多普勒血流儀中采用，采用，A型、型、M型、型、B型及脈沖多普型及脈沖多普勒血流儀均采用脈沖波。勒血流儀均

12、采用脈沖波。五、波參數(shù)五、波參數(shù)1、聲速、聲速 聲波在介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離，稱為聲速。聲速c與介質(zhì)的體積彈性系數(shù)B和密度p有關(guān)，在同一介質(zhì)中，聲波還隨其波型而異。在流體與氣體介質(zhì)中，縱向傳播的平面波其聲速為 由于介質(zhì)的彈性系數(shù)與溫度有關(guān)，因此聲速也與溫度有關(guān)。例如：空氣中的溫度每升高1 C，則聲速增加O.6ms。一般說來，聲速在常溫下有正溫度系數(shù)。 聲速一般不隨頻率而變，即無頻散(色散)現(xiàn)象。人體軟組織的聲學(xué)特性接近于水，一般僅考慮縱向聲波的作用。pBc/2.波長(zhǎng)、周期和頻率波長(zhǎng)、周期和頻率（1）波長(zhǎng)：）波長(zhǎng)：兩個(gè)相鄰?fù)辔唬ㄏ嗤駝?dòng)狀態(tài)）的振動(dòng)點(diǎn)之間的距兩個(gè)相鄰?fù)辔唬ㄏ嗤駝?dòng)狀態(tài)）的

13、振動(dòng)點(diǎn)之間的距離稱為波長(zhǎng)，用離稱為波長(zhǎng)，用表示。表示。 （2）頻率：）頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)即為頻率，用表示。單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)即為頻率，用表示。20kHz的聲波稱為超聲。的聲波稱為超聲。大多數(shù)醫(yī)用超聲，其工作大多數(shù)醫(yī)用超聲，其工作頻率為頻率為210MHz,其中其中2MHz，3.5MHz，5MHz，7.5MHz，10MHz是常用的頻率點(diǎn)。是常用的頻率點(diǎn)。(3)周期周期:振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)完成一次完全振動(dòng)（來回一次）所需的時(shí)間振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)完成一次完全振動(dòng)（來回一次）所需的時(shí)間成為振動(dòng)周期，單位為秒（成為振動(dòng)周期，單位為秒（s），常用字母），常用字母T來表示。來表示。 我們?cè)诔曉\斷中常用的量度單

14、位：我們?cè)诔曉\斷中常用的量度單位： 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 為為mm， 周期周期 為為 , 頻率為頻率為MHz， 波速波速 為為m/s。3.聲壓和聲強(qiáng)聲壓和聲強(qiáng) 超聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)密度時(shí)超聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)密度時(shí)疏時(shí)密，以致平衡區(qū)的壓力時(shí)弱時(shí)強(qiáng)，這樣就疏時(shí)密，以致平衡區(qū)的壓力時(shí)弱時(shí)強(qiáng)，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)周期性變化的壓力。單位面積上介產(chǎn)生了一個(gè)周期性變化的壓力。單位面積上介質(zhì)受到的壓力稱為聲壓，用質(zhì)受到的壓力稱為聲壓，用P表示。對(duì)于平面表示。對(duì)于平面波，可表示為：波，可表示為： Ppvc 式中，式中，P為介質(zhì)密度，為介質(zhì)密度，v為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，c為為聲速。聲速。 聲強(qiáng)度是

15、超聲診斷與治療中的一個(gè)重要聲強(qiáng)度是超聲診斷與治療中的一個(gè)重要參量。在單位時(shí)間內(nèi)，通過垂直于傳播方向參量。在單位時(shí)間內(nèi)，通過垂直于傳播方向上單位面積的超聲能量稱為超聲強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱上單位面積的超聲能量稱為超聲強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱聲強(qiáng)，用聲強(qiáng)，用I表示。表示。對(duì)于平面波，聲強(qiáng)對(duì)于平面波，聲強(qiáng)I為超聲為超聲強(qiáng)度的單位為強(qiáng)度的單位為Wcm2或或mWcm2或或uWcm2。 對(duì)于平面超聲波，它的總功率對(duì)于平面超聲波，它的總功率W為強(qiáng)度和為強(qiáng)度和面積面積s的乘積的乘積六、超聲的生物效應(yīng)六、超聲的生物效應(yīng) 超聲波是一種依靠介質(zhì)來傳播的聲波，它具有超聲波是一種依靠介質(zhì)來傳播的聲波，它具有機(jī)械能。因此，在傳播的過程中將不可避免

16、地和介機(jī)械能。因此，在傳播的過程中將不可避免地和介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生各種效應(yīng)。超聲應(yīng)用于人體所引質(zhì)相互作用，產(chǎn)生各種效應(yīng)。超聲應(yīng)用于人體所引起的生物效應(yīng)是醫(yī)學(xué)超聲學(xué)研究的一個(gè)重要課題。起的生物效應(yīng)是醫(yī)學(xué)超聲學(xué)研究的一個(gè)重要課題。這里簡(jiǎn)述生物材料中超聲的一些效應(yīng)。這里簡(jiǎn)述生物材料中超聲的一些效應(yīng)。 1、機(jī)械效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng) 聲波能量作用于介質(zhì)，會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)高速細(xì)微的聲波能量作用于介質(zhì)，會(huì)引起質(zhì)點(diǎn)高速細(xì)微的振動(dòng)，產(chǎn)生速度、加速度、聲壓、聲強(qiáng)等力學(xué)量的振動(dòng)，產(chǎn)生速度、加速度、聲壓、聲強(qiáng)等力學(xué)量的變化，從而引起機(jī)械效應(yīng)。利用超聲的機(jī)械效應(yīng)，變化，從而引起機(jī)械效應(yīng)。利用超聲的機(jī)械效應(yīng)，引起細(xì)胞的摩擦，增強(qiáng)細(xì)胞

17、的彌散作用，能促進(jìn)新引起細(xì)胞的摩擦，增強(qiáng)細(xì)胞的彌散作用，能促進(jìn)新陳代謝。但高強(qiáng)度超聲引起的振動(dòng)效應(yīng)，有可能超陳代謝。但高強(qiáng)度超聲引起的振動(dòng)效應(yīng)，有可能超過組織材料的彈性極限使之破裂，造成損傷。過組織材料的彈性極限使之破裂，造成損傷。2、溫?zé)嵝?yīng)、溫?zé)嵝?yīng) 由于生物組織對(duì)超聲有吸收作用，由于生物組織對(duì)超聲有吸收作用，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織產(chǎn)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織產(chǎn)生溫升。利用超聲的溫?zé)嵝?yīng)，能使局生溫升。利用超聲的溫?zé)嵝?yīng)，能使局部血管擴(kuò)張，加快血液循環(huán)，促進(jìn)病理部血管擴(kuò)張，加快血液循環(huán)，促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收消散。但施加足夠的功率，產(chǎn)物的吸收消散。但施加足夠的功率，會(huì)將組織材料

18、燒傷。超聲診斷中，由于會(huì)將組織材料燒傷。超聲診斷中，由于儀器功率級(jí)很低，產(chǎn)生的熱效應(yīng)是微不儀器功率級(jí)很低，產(chǎn)生的熱效應(yīng)是微不足道的。足道的。3、空化效應(yīng)、空化效應(yīng) 因超聲波作用而在軟組織和液體中形因超聲波作用而在軟組織和液體中形成的空泡，會(huì)隨著材料各處壓力的變化成的空泡，會(huì)隨著材料各處壓力的變化而改變其大小。在一定超聲壓力情下，而改變其大小。在一定超聲壓力情下，氣泡會(huì)破裂而產(chǎn)生沖擊，引起材料的破氣泡會(huì)破裂而產(chǎn)生沖擊，引起材料的破碎或位移，這就是空化效應(yīng)?？栈瘜?duì)生碎或位移，這就是空化效應(yīng)。空化對(duì)生物機(jī)體有很大的破壞作用，因此應(yīng)避免物機(jī)體有很大的破壞作用，因此應(yīng)避免強(qiáng)超聲照射眼睛、懷孕子宮等容易發(fā)

19、生強(qiáng)超聲照射眼睛、懷孕子宮等容易發(fā)生空化現(xiàn)象的部位，因?yàn)檫@些部位存在液空化現(xiàn)象的部位，因?yàn)檫@些部位存在液體介質(zhì)。體介質(zhì)。 4、化學(xué)效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng) 由于生物材料局部壓力與溫度的升高，會(huì)促使發(fā)生一由于生物材料局部壓力與溫度的升高，會(huì)促使發(fā)生一些正常壓力與溫度下可能出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為些正常壓力與溫度下可能出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)效應(yīng)。化學(xué)效應(yīng)。 以上幾種超聲效應(yīng)都不同程度地對(duì)人體組織有傷害作以上幾種超聲效應(yīng)都不同程度地對(duì)人體組織有傷害作用，因此在臨床使用中必須重視安全劑量問題。雖然目前用，因此在臨床使用中必須重視安全劑量問題。雖然目前普遍認(rèn)為超聲對(duì)人體危害甚微，但超聲劑量并不是越大

20、越普遍認(rèn)為超聲對(duì)人體危害甚微，但超聲劑量并不是越大越好，好，目前國(guó)際上一般認(rèn)為超聲對(duì)人體的安全閾值為目前國(guó)際上一般認(rèn)為超聲對(duì)人體的安全閾值為10mWcm2。超聲強(qiáng)度安全劑量與曝照時(shí)間長(zhǎng)短密切超聲強(qiáng)度安全劑量與曝照時(shí)間長(zhǎng)短密切相關(guān)，超聲診斷安全劑量，應(yīng)該是包括時(shí)間在內(nèi)的劑量值。相關(guān)，超聲診斷安全劑量，應(yīng)該是包括時(shí)間在內(nèi)的劑量值。超聲的生物效應(yīng)是超聲物理研究的一個(gè)重要分支。目前這超聲的生物效應(yīng)是超聲物理研究的一個(gè)重要分支。目前這個(gè)領(lǐng)域中的許多問題尚未弄清，在檢查疾病時(shí)，尤其對(duì)孕個(gè)領(lǐng)域中的許多問題尚未弄清，在檢查疾病時(shí)，尤其對(duì)孕婦和小孩，應(yīng)該盡可能把超聲發(fā)射功率調(diào)小。但聲波來源婦和小孩，應(yīng)該盡可能把

21、超聲發(fā)射功率調(diào)小。但聲波來源于高頻機(jī)械振動(dòng)，振源取消，超聲亦停止傳輸，故應(yīng)用超于高頻機(jī)械振動(dòng)，振源取消，超聲亦停止傳輸，故應(yīng)用超聲波檢查和治療均無量積累。在診斷劑量?jī)?nèi)使用，不產(chǎn)生聲波檢查和治療均無量積累。在診斷劑量?jī)?nèi)使用，不產(chǎn)生可檢出的生物效應(yīng)，對(duì)人體是安全無損的?？蓹z出的生物效應(yīng)，對(duì)人體是安全無損的。七、醫(yī)用超聲換能器、醫(yī)用超聲換能器 醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)儀器中與人體直接耦合的環(huán)節(jié)，醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)儀器中與人體直接耦合的環(huán)節(jié)，其功能是把人體生理信息轉(zhuǎn)換成與之有確定函數(shù)關(guān)系其功能是把人體生理信息轉(zhuǎn)換成與之有確定函數(shù)關(guān)系的電信息，以便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳輸、處理和顯示。因此，的電信息，以便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳輸、處

22、理和顯示。因此，醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)的重要組成部分，它在新醫(yī)用傳感器是醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)的重要組成部分，它在新型醫(yī)學(xué)儀器的研制和醫(yī)學(xué)研究中，占有相當(dāng)重要的位型醫(yī)學(xué)儀器的研制和醫(yī)學(xué)研究中，占有相當(dāng)重要的位置。超聲診斷中，首先必須向人體發(fā)射超聲波，然后置。超聲診斷中，首先必須向人體發(fā)射超聲波，然后接收人體組織結(jié)構(gòu)信息的反射回波。這里起信息轉(zhuǎn)換接收人體組織結(jié)構(gòu)信息的反射回波。這里起信息轉(zhuǎn)換作用的是醫(yī)用超聲換能器作用的是醫(yī)用超聲換能器(一種醫(yī)用傳感器一種醫(yī)用傳感器)，由它完，由它完成電一聲和聲一電轉(zhuǎn)換。換能器的性能狀況直接關(guān)系成電一聲和聲一電轉(zhuǎn)換。換能器的性能狀況直接關(guān)系著醫(yī)用超聲設(shè)備的性能。實(shí)用中，壓

23、電換能器在超聲著醫(yī)用超聲設(shè)備的性能。實(shí)用中，壓電換能器在超聲診斷中占主要地位。診斷中占主要地位。醫(yī)用壓電材料醫(yī)用壓電材料 醫(yī)用超聲換能器的核心是壓電振子，它是采用具有壓電醫(yī)用超聲換能器的核心是壓電振子，它是采用具有壓電效應(yīng)的壓電材料制成的。效應(yīng)的壓電材料制成的。 石英單晶體具有顯著的壓電效應(yīng)，另外一些人工培養(yǎng)的石英單晶體具有顯著的壓電效應(yīng)，另外一些人工培養(yǎng)的晶體也具有壓電性，如磷酸二氫氨、硫酸鋰及鈮酸鉛等。晶體也具有壓電性，如磷酸二氫氨、硫酸鋰及鈮酸鉛等。 壓電多晶體中，以壓電陶瓷為主。首先研制出來的是鈦壓電多晶體中，以壓電陶瓷為主。首先研制出來的是鈦酸鋇，酸鋇，1995年發(fā)展了鋯鈦酸鉛，從而

24、取代了鈦酸鋇。年發(fā)展了鋯鈦酸鉛，從而取代了鈦酸鋇。 一般單晶體材料只要按一定的方向切割，就具有壓電效一般單晶體材料只要按一定的方向切割，就具有壓電效應(yīng)。而多晶體壓電陶瓷材料需要一溫度稱為居里點(diǎn)。石英的居應(yīng)。而多晶體壓電陶瓷材料需要一溫度稱為居里點(diǎn)。石英的居里點(diǎn)在里點(diǎn)在550，鋯鈦酸鉛，鋯鈦酸鉛(PzT)為為330上下上下，而鈦酸鋇僅為而鈦酸鋇僅為120左右。所謂極化，就是將材料加熱到居里點(diǎn)以上，然后在強(qiáng)電左右。所謂極化，就是將材料加熱到居里點(diǎn)以上，然后在強(qiáng)電場(chǎng)中慢慢冷卻，使電疇沿著極化場(chǎng)的方向排列。用它作為換能場(chǎng)中慢慢冷卻，使電疇沿著極化場(chǎng)的方向排列。用它作為換能器發(fā)射聲波時(shí)，電場(chǎng)加在兩個(gè)電極

25、上，電極表面垂直于極化軸，器發(fā)射聲波時(shí)，電場(chǎng)加在兩個(gè)電極上，電極表面垂直于極化軸，產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)。產(chǎn)生縱向壓電效應(yīng)。探頭的結(jié)構(gòu)及其作用探頭的結(jié)構(gòu)及其作用 不管何種超聲診斷儀，不管何種超聲診斷儀，A型、型、B型、型、M型或多普勒型，其探頭的結(jié)構(gòu)大致相型或多普勒型，其探頭的結(jié)構(gòu)大致相同，主要都是由四部分組成：同，主要都是由四部分組成：晶片、吸晶片、吸聲背塊、匹配層及導(dǎo)線。聲背塊、匹配層及導(dǎo)線。為了討論方便，為了討論方便，以最簡(jiǎn)單的以最簡(jiǎn)單的A型探頭為例說明探頭各部分型探頭為例說明探頭各部分的要求及作用。的要求及作用。1.探頭結(jié)構(gòu)探頭結(jié)構(gòu)1晶片晶片 最常用的壓電換能器形狀是振動(dòng)圓片型。此外，為獲得

26、聚焦聲場(chǎng)，或最常用的壓電換能器形狀是振動(dòng)圓片型。此外，為獲得聚焦聲場(chǎng)，或某種聲場(chǎng)分布，還可采用其他形狀，如球殼圓片形、圓筒形換能器等，如某種聲場(chǎng)分布，還可采用其他形狀，如球殼圓片形、圓筒形換能器等，如圖圖28。 目前各種超聲診斷儀探頭均采用鋯鈦酸鉛類壓電陶瓷晶體。其制作過程目前各種超聲診斷儀探頭均采用鋯鈦酸鉛類壓電陶瓷晶體。其制作過程比較復(fù)雜。首先要按特定的配方配料，經(jīng)過混合、預(yù)燒、粉碎、壓片、燒比較復(fù)雜。首先要按特定的配方配料，經(jīng)過混合、預(yù)燒、粉碎、壓片、燒結(jié)和上電極結(jié)和上電極(被涂銀被涂銀)形成陶瓷片，再經(jīng)過高壓處理，才具有壓電性能。超形成陶瓷片，再經(jīng)過高壓處理，才具有壓電性能。超聲換能器

27、對(duì)壓電元件的要求是多方面的，最重要的幾點(diǎn)要求是：聲換能器對(duì)壓電元件的要求是多方面的，最重要的幾點(diǎn)要求是：(1)可加可加工性，即可按照要求加工成所需的形狀和達(dá)到所要求的精度。而且不易損工性，即可按照要求加工成所需的形狀和達(dá)到所要求的精度。而且不易損壞；壞；(2)各部分性能的一致性，對(duì)多元線陣換能器、多元凸陣換能器及相各部分性能的一致性，對(duì)多元線陣換能器、多元凸陣換能器及相控陣換能器來說，尤為重要；控陣換能器來說，尤為重要；(3)壓電元件的銀層要牢固；壓電元件的銀層要牢固；(4)性能的穩(wěn)定性能的穩(wěn)定性和可靠性要高。性和可靠性要高。 壓電晶片的作用有：壓電晶片的作用有：(1)由其厚度確定發(fā)射超聲的頻

28、率；由其厚度確定發(fā)射超聲的頻率；(2)發(fā)射超聲波發(fā)射超聲波和接收反射回聲，即起電一聲和聲一電轉(zhuǎn)換作用；和接收反射回聲，即起電一聲和聲一電轉(zhuǎn)換作用；(3)由晶片形狀確定聲由晶片形狀確定聲柬的形狀和聲場(chǎng)分布。柬的形狀和聲場(chǎng)分布。2.吸聲背塊吸聲背塊 由于壓電元件具有雙向輻射作用，當(dāng)發(fā)射脈沖激勵(lì)時(shí)，它由于壓電元件具有雙向輻射作用，當(dāng)發(fā)射脈沖激勵(lì)時(shí)，它不僅向前輻射聲能，而且也向后進(jìn)行輻射。超聲診斷中，需要不僅向前輻射聲能，而且也向后進(jìn)行輻射。超聲診斷中，需要的是來自前方的回波信號(hào)，而避免來自后方的雜波干擾。為了的是來自前方的回波信號(hào)，而避免來自后方的雜波干擾。為了消除后方干擾，就必須使背襯塊象無限大的

29、吸聲媒質(zhì)那樣，使消除后方干擾，就必須使背襯塊象無限大的吸聲媒質(zhì)那樣，使后向輻射的聲能幾乎全部消耗在其中。后向輻射的聲能幾乎全部消耗在其中。 對(duì)吸聲背塊材料有兩點(diǎn)主要的要求：對(duì)吸聲背塊材料有兩點(diǎn)主要的要求：(1)吸聲背塊的聲阻吸聲背塊的聲阻抗抗Z最好等于壓電晶體的聲阻抗最好等于壓電晶體的聲阻抗Z，以使來自壓電晶體的背向輻以使來自壓電晶體的背向輻射的超聲波全部進(jìn)入吸聲背塊中；射的超聲波全部進(jìn)入吸聲背塊中；(2)吸聲背塊對(duì)超聲要有強(qiáng)吸聲背塊對(duì)超聲要有強(qiáng)的吸收能力，使進(jìn)入吸聲背塊的超聲很快衰減，不再反射到晶的吸收能力，使進(jìn)入吸聲背塊的超聲很快衰減，不再反射到晶體中去。為此，常用環(huán)氧樹脂為基質(zhì)，加入聲阻

30、抗很大的鎢粉體中去。為此，常用環(huán)氧樹脂為基質(zhì)，加入聲阻抗很大的鎢粉混合而成，混合時(shí)根據(jù)阻抗指標(biāo)來取鎢粉和樹脂的比例。為了混合而成，混合時(shí)根據(jù)阻抗指標(biāo)來取鎢粉和樹脂的比例。為了提高材料的吸聲性能，經(jīng)常加入適量的橡膠粉。橡膠粉與環(huán)氧提高材料的吸聲性能，經(jīng)常加入適量的橡膠粉。橡膠粉與環(huán)氧樹脂的特性阻抗相接近，在鎢粉和樹脂混合物中加上樹脂的特性阻抗相接近，在鎢粉和樹脂混合物中加上510(體積體積)的橡膠粉時(shí)，就能增加衰減的橡膠粉時(shí)，就能增加衰減5.68.OdB/MHzcm。 吸聲背塊的主要作用有：吸聲背塊的主要作用有：(1)吸收晶體背向輻射的吸收晶體背向輻射的超聲，減少或消除晶體兩端之間超聲的多次反射

31、對(duì)反超聲，減少或消除晶體兩端之間超聲的多次反射對(duì)反射超聲的干擾；射超聲的干擾；(2)對(duì)晶片增大阻尼，使發(fā)射窄脈沖，對(duì)晶片增大阻尼，使發(fā)射窄脈沖，從而提高分辨率。為提、高分辨率，除適當(dāng)提高發(fā)射從而提高分辨率。為提、高分辨率，除適當(dāng)提高發(fā)射頻率外，一般均希望發(fā)射的超聲脈沖，在滿足功率需頻率外，一般均希望發(fā)射的超聲脈沖，在滿足功率需要的條件下盡可能短。為了得到窄脈沖，除了發(fā)射電要的條件下盡可能短。為了得到窄脈沖，除了發(fā)射電路的激勵(lì)脈沖寬度要盡量窄外，還要求換能器工作在路的激勵(lì)脈沖寬度要盡量窄外，還要求換能器工作在重阻尼的狀態(tài)下，吸聲背塊就是保證換能器在重阻尼重阻尼的狀態(tài)下，吸聲背塊就是保證換能器在重

32、阻尼狀態(tài)下工作。狀態(tài)下工作。 從效率看，采用厚度為半波和距負(fù)載較遠(yuǎn)的那一從效率看，采用厚度為半波和距負(fù)載較遠(yuǎn)的那一端為低阻抗的換能器可得到最高的效率。如采用空氣端為低阻抗的換能器可得到最高的效率。如采用空氣背襯，換能器背表面幾乎發(fā)生全反射，因此可將全部背襯，換能器背表面幾乎發(fā)生全反射，因此可將全部能量發(fā)射到負(fù)載中去。能量發(fā)射到負(fù)載中去。3.匹配層匹配層 壓電晶體和人體皮膚聲阻抗存在很大差別，如果換能器與人體直接接壓電晶體和人體皮膚聲阻抗存在很大差別，如果換能器與人體直接接觸并發(fā)射超聲，超聲在晶體和皮膚界面上會(huì)發(fā)生反射，而不能有效進(jìn)入人觸并發(fā)射超聲，超聲在晶體和皮膚界面上會(huì)發(fā)生反射，而不能有效進(jìn)

33、入人體，達(dá)不到檢查的目的。所以，換能器和人體之間必須進(jìn)行適當(dāng)匹配，在體，達(dá)不到檢查的目的。所以，換能器和人體之間必須進(jìn)行適當(dāng)匹配，在換能器表面增加匹配層。換能器表面增加匹配層。 匹配層的主要作用有：匹配層的主要作用有：(1)使晶體輻射的超聲有效進(jìn)入人體，實(shí)現(xiàn)對(duì)人使晶體輻射的超聲有效進(jìn)入人體，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體組織的檢查。為此，對(duì)匹配層提出了嚴(yán)格要求。其一，匹配層的聲阻抗體組織的檢查。為此，對(duì)匹配層提出了嚴(yán)格要求。其一，匹配層的聲阻抗必須等于晶體聲阻抗和皮膚聲阻抗的幾何平均值，即必須等于晶體聲阻抗和皮膚聲阻抗的幾何平均值，即z=Z矗矗z直；其二，匹配層的厚度必須等于此材料中超聲波長(zhǎng)的直；其二，匹配層的厚

34、度必須等于此材料中超聲波長(zhǎng)的14倍，即倍，即d=入階入階(2)把晶體和人體隔開，一方面保護(hù)晶體，使晶體免受機(jī)械或化把晶體和人體隔開，一方面保護(hù)晶體，使晶體免受機(jī)械或化學(xué)的損壞，另一方面，保護(hù)人體免受激勵(lì)電壓的傷害，兼有匹配和保護(hù)作學(xué)的損壞，另一方面，保護(hù)人體免受激勵(lì)電壓的傷害，兼有匹配和保護(hù)作用。匹配層應(yīng)選用衰減系數(shù)低，而且耐磨損的材料，常采用環(huán)氧樹脂、二用。匹配層應(yīng)選用衰減系數(shù)低，而且耐磨損的材料，常采用環(huán)氧樹脂、二酊脂、乙二氨等材料精心配成。另外，匹配層還可以增刪酊脂、乙二氨等材料精心配成。另外，匹配層還可以增刪 一、超聲診斷設(shè)備的基本原理一、超聲診斷設(shè)備的基本原理 醫(yī)用超聲診斷設(shè)備是采用

35、實(shí)時(shí)回波方醫(yī)用超聲診斷設(shè)備是采用實(shí)時(shí)回波方式，利用人體不同類型組織之間、病理組式，利用人體不同類型組織之間、病理組織與正常組織之間的聲學(xué)特性差異、生理織與正常組織之間的聲學(xué)特性差異、生理結(jié)構(gòu)變化的物理效應(yīng)，經(jīng)超聲波掃描探查、結(jié)構(gòu)變化的物理效應(yīng)，經(jīng)超聲波掃描探查、接收、處理所得信息，顯示出人體內(nèi)部的接收、處理所得信息，顯示出人體內(nèi)部的臟器邊緣結(jié)構(gòu)截面（結(jié)構(gòu)型成像）和血流臟器邊緣結(jié)構(gòu)截面（結(jié)構(gòu)型成像）和血流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)型成像）為臨床應(yīng)用的的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)型成像）為臨床應(yīng)用的醫(yī)用診斷儀器。醫(yī)用診斷儀器。 二、醫(yī)用超聲診斷設(shè)備技術(shù)的發(fā)展醫(yī)用超聲診斷設(shè)備技術(shù)的發(fā)展 從從20世紀(jì)世紀(jì)60年代進(jìn)入臨床使

36、用以來，年代進(jìn)入臨床使用以來，醫(yī)用超醫(yī)用超聲診斷設(shè)備聲診斷設(shè)備在探頭（換能器）制造、成像原理、在探頭（換能器）制造、成像原理、信號(hào)檢測(cè)和處理方法等方面都有不同程度的發(fā)展。信號(hào)檢測(cè)和處理方法等方面都有不同程度的發(fā)展。與此同時(shí)，超聲診斷設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)也在不斷的與此同時(shí)，超聲診斷設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)也在不斷的更新與完善。更新與完善。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲診斷亦從單隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲診斷亦從單一器官擴(kuò)大到人體的全身，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從一一器官擴(kuò)大到人體的全身，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從一維掃描及顯示到三維掃描及顯示，以確保圖象的維掃描及顯示到三維掃描及顯示，以確保圖象的清晰和診斷的準(zhǔn)確性。清晰和診斷的

37、準(zhǔn)確性。三、一維超聲掃描及顯示：三、一維超聲掃描及顯示： 脈沖回波法原理是醫(yī)用超聲診斷設(shè)脈沖回波法原理是醫(yī)用超聲診斷設(shè)備的基本工作原理。采用超聲脈沖回備的基本工作原理。采用超聲脈沖回波測(cè)距離的技術(shù)（聲束固定不動(dòng)）的波測(cè)距離的技術(shù)（聲束固定不動(dòng)）的診斷方法稱為一維超聲檢查，診斷方法稱為一維超聲檢查，人們常人們常把把A型和型和M型醫(yī)用超聲設(shè)備稱為一維超型醫(yī)用超聲設(shè)備稱為一維超聲掃描及顯示。聲掃描及顯示。 A型超聲診斷儀的探頭（換能器）以型超聲診斷儀的探頭（換能器）以固定方式向人體發(fā)射超聲波，通過人體反固定方式向人體發(fā)射超聲波，通過人體反射回波并加以放大，在屏幕上顯示回波的射回波并加以放大，在屏幕上

38、顯示回波的幅值和形態(tài)?？v坐標(biāo)顯示反射回波的輻度幅值和形態(tài)?？v坐標(biāo)顯示反射回波的輻度波形；橫坐標(biāo)代表被測(cè)物體的深度。波形；橫坐標(biāo)代表被測(cè)物體的深度。A型型超聲診斷儀能測(cè)量人體臟器的徑值和鑒別超聲診斷儀能測(cè)量人體臟器的徑值和鑒別病變的物理性質(zhì)，是現(xiàn)代各種超聲成像的病變的物理性質(zhì)，是現(xiàn)代各種超聲成像的物理基礎(chǔ)。物理基礎(chǔ)。 M型超聲診斷儀的探頭（換能器）型超聲診斷儀的探頭（換能器）以固定位置和方向?qū)θ梭w發(fā)射超聲波以固定位置和方向?qū)θ梭w發(fā)射超聲波束。將被接受的回波幅度信號(hào)加于顯束。將被接受的回波幅度信號(hào)加于顯示器的陰極作亮度調(diào)制，代表深度的示器的陰極作亮度調(diào)制，代表深度的時(shí)基線加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，并按時(shí)間

39、時(shí)基線加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，并按時(shí)間順序展開，形成一幅一維空間各點(diǎn)運(yùn)順序展開，形成一幅一維空間各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)按時(shí)間展開的軌跡圖。動(dòng)按時(shí)間展開的軌跡圖。四、二維超聲掃描及顯示四、二維超聲掃描及顯示 B型醫(yī)用超聲設(shè)備稱為二維超聲掃描及顯示，它將型醫(yī)用超聲設(shè)備稱為二維超聲掃描及顯示，它將超聲脈沖回波系統(tǒng)中得到的回波幅度信號(hào)加至示波器超聲脈沖回波系統(tǒng)中得到的回波幅度信號(hào)加至示波器陰極，以調(diào)制時(shí)基線的亮度，并加以平面掃描，取得陰極，以調(diào)制時(shí)基線的亮度，并加以平面掃描，取得二維掃描圖象。按照不同的掃描方式，又可分為電子二維掃描圖象。按照不同的掃描方式，又可分為電子線性掃描、電子凸陣掃描、機(jī)械扇型掃描和相控陣掃線性掃

40、描、電子凸陣掃描、機(jī)械扇型掃描和相控陣掃描等。描等。 此外，此外，B型顯示還有兩種特殊的模式：型顯示還有兩種特殊的模式：C型和型和P型。型。C型模式顯型模式顯示的是某一深度的切面像，示的是某一深度的切面像，P型模式則通過型模式則通過探頭的介入，從屏中心向四面作徑向掃描。探頭的介入，從屏中心向四面作徑向掃描。 綜上所述，無論是綜上所述，無論是A超、超、B超和超和M超，都是利用聲超，都是利用聲阻抗信息成像。阻抗信息成像。五、五、三維三維超聲成像技術(shù)超聲成像技術(shù) 20世紀(jì)世紀(jì)80年代，實(shí)現(xiàn)了三維年代，實(shí)現(xiàn)了三維超聲成像技術(shù)，現(xiàn)已形超聲成像技術(shù)，現(xiàn)已形成了表面成像、透明成像和多平面成像（或稱斷面成像）

41、成了表面成像、透明成像和多平面成像（或稱斷面成像）三種成像模式。三維超聲成像是基于二維超聲成像的探三種成像模式。三維超聲成像是基于二維超聲成像的探頭，按空間順序采集一系列的二維圖像并存入二維重建頭，按空間順序采集一系列的二維圖像并存入二維重建工作站中，計(jì)算機(jī)對(duì)按照規(guī)律采集的二維圖像進(jìn)行空間工作站中，計(jì)算機(jī)對(duì)按照規(guī)律采集的二維圖像進(jìn)行空間定位，并對(duì)所采集的空隙進(jìn)行像素補(bǔ)差平衡，形成一個(gè)定位，并對(duì)所采集的空隙進(jìn)行像素補(bǔ)差平衡，形成一個(gè)三維立體數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行圖像的后處理，然后通過計(jì)算機(jī)三維立體數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行圖像的后處理，然后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維重建，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來的就是重建好進(jìn)行三維重建，在計(jì)算機(jī)

42、屏幕上顯示出來的就是重建好的三維圖像。的三維圖像。 隨著三維隨著三維超聲成像技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已有靜態(tài)超聲成像技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已有靜態(tài)三維三維超聲、動(dòng)態(tài)超聲、動(dòng)態(tài)三維三維超聲和實(shí)時(shí)超聲和實(shí)時(shí)三維三維超聲，在臨床上用超聲，在臨床上用于心臟、腦、腎、胎兒、前列腺、腹部腫瘤和動(dòng)脈硬化于心臟、腦、腎、胎兒、前列腺、腹部腫瘤和動(dòng)脈硬化的診斷。的診斷。六、多普勒原理在超聲診斷技術(shù)中的六、多普勒原理在超聲診斷技術(shù)中的成功應(yīng)用成功應(yīng)用 超聲多普勒頻移現(xiàn)象是由于聲源與接收器或超聲多普勒頻移現(xiàn)象是由于聲源與接收器或回波目標(biāo)（反射體、散射體）相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的回波目標(biāo)（反射體、散射體）相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物理效應(yīng)。

43、目前臨床所用設(shè)備的工作模式分為連物理效應(yīng)。目前臨床所用設(shè)備的工作模式分為連續(xù)波多普勒（續(xù)波多普勒（CWD）、）、脈沖波多普勒（脈沖波多普勒（PWD）和彩色多普勒血流成像（和彩色多普勒血流成像（CFM）三種，涉及的回三種，涉及的回波目標(biāo)包括血液中的紅血球、心肌、血管壁以及波目標(biāo)包括血液中的紅血球、心肌、血管壁以及與運(yùn)動(dòng)器官緊臨的組織，而信息展現(xiàn)和提供方式與運(yùn)動(dòng)器官緊臨的組織，而信息展現(xiàn)和提供方式則包括了多普勒頻譜、彩色血流圖和可聽聲信號(hào)則包括了多普勒頻譜、彩色血流圖和可聽聲信號(hào)三種。三種。 在具體產(chǎn)品中，國(guó)內(nèi)通稱的在具體產(chǎn)品中，國(guó)內(nèi)通稱的“彩超彩超”，即，即國(guó)外所稱的國(guó)外所稱的“三功式（三功式（

44、triplex）”儀器，集二儀器，集二維（維（2D）灰階成像、多普勒彩色血流圖、多灰階成像、多普勒彩色血流圖、多普勒能量圖、連續(xù)和脈沖波多普勒頻譜、多普普勒能量圖、連續(xù)和脈沖波多普勒頻譜、多普勒聲音信號(hào)等多種信息形式；國(guó)外所稱的勒聲音信號(hào)等多種信息形式；國(guó)外所稱的“雙雙功（功（duplex）”儀器，即國(guó)內(nèi)所指帶有脈沖多儀器，即國(guó)內(nèi)所指帶有脈沖多普勒頻譜和可聽聲信號(hào)輸出的高檔黑白超；經(jīng)普勒頻譜和可聽聲信號(hào)輸出的高檔黑白超；經(jīng)顱多普勒血流儀、多普勒胎兒臍血流儀只提供顱多普勒血流儀、多普勒胎兒臍血流儀只提供與血液流速對(duì)應(yīng)的頻譜和聲音；胎兒心率（音）與血液流速對(duì)應(yīng)的頻譜和聲音；胎兒心率（音）儀以聲音監(jiān)

45、測(cè)胎兒心率；而近年上市的胎兒監(jiān)儀以聲音監(jiān)測(cè)胎兒心率；而近年上市的胎兒監(jiān)護(hù)儀則集臍血流和心率檢測(cè)于一身。護(hù)儀則集臍血流和心率檢測(cè)于一身。六、彩色多譜勒血流成像技術(shù)彩色多譜勒血流成像技術(shù) 1982年由美國(guó)和日本率先研制成彩色多譜勒年由美國(guó)和日本率先研制成彩色多譜勒血流成像技術(shù)。它是利用回波信號(hào)的頻移而獲取血流成像技術(shù)。它是利用回波信號(hào)的頻移而獲取血流的運(yùn)動(dòng)信息，使超聲診斷水平大幅度提高，血流的運(yùn)動(dòng)信息，使超聲診斷水平大幅度提高，是超聲診斷技術(shù)的突破。彩色多譜勒血流成像技是超聲診斷技術(shù)的突破。彩色多譜勒血流成像技術(shù)能顯示人體的血流，二、三維超聲成像顯示人術(shù)能顯示人體的血流，二、三維超聲成像顯示人體的

46、解剖結(jié)構(gòu)，二者為人們提供了人體解剖結(jié)構(gòu)體的解剖結(jié)構(gòu)，二者為人們提供了人體解剖結(jié)構(gòu)的完整信息。的完整信息。20世紀(jì)世紀(jì)90年代，先后發(fā)展了年代，先后發(fā)展了4種彩種彩色多普勒技術(shù)：多譜勒能量圖、能量多普勒和色多普勒技術(shù)：多譜勒能量圖、能量多普勒和血管造影；彩色多普勒能量圖；彩色多普勒血管造影；彩色多普勒能量圖；彩色多普勒組織成像；多譜勒能量運(yùn)動(dòng)成像。組織成像；多譜勒能量運(yùn)動(dòng)成像。 彩色多普勒速度能量圖是近年來開發(fā)的彩色多普勒速度能量圖是近年來開發(fā)的新技術(shù)，能更簡(jiǎn)單的對(duì)血流顯像。尤其是可新技術(shù)，能更簡(jiǎn)單的對(duì)血流顯像。尤其是可顯示心肌內(nèi)的冠脈穿插支，為冠心病的研究顯示心肌內(nèi)的冠脈穿插支，為冠心病的研究

47、開拓了新領(lǐng)域。近年來開展的開拓了新領(lǐng)域。近年來開展的AQ（超聲聲超聲聲學(xué)定量技術(shù)）、學(xué)定量技術(shù)）、CK（彩色室壁運(yùn)動(dòng)成像技彩色室壁運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)）技術(shù)可用于心內(nèi)膜自動(dòng)描記，能直觀地術(shù)）技術(shù)可用于心內(nèi)膜自動(dòng)描記，能直觀地觀察心臟室壁運(yùn)動(dòng)。此外，高檔次的心臟彩觀察心臟室壁運(yùn)動(dòng)。此外，高檔次的心臟彩超可對(duì)超可對(duì)100多種心臟參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各類多種心臟參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各類心臟疾病的臨床診斷具有極高價(jià)值。心臟疾病的臨床診斷具有極高價(jià)值。 新近推出的實(shí)時(shí)三維超聲心電圖更新近推出的實(shí)時(shí)三維超聲心電圖更是超聲醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)突破。它操是超聲醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)突破。它操作簡(jiǎn)單、成像快速、圖像清晰，可形作簡(jiǎn)單、成像

48、快速、圖像清晰，可形象地顯示心臟結(jié)構(gòu)的立體圖像、腔室象地顯示心臟結(jié)構(gòu)的立體圖像、腔室大小、血管走向、瓣膜形態(tài)與活動(dòng)規(guī)大小、血管走向、瓣膜形態(tài)與活動(dòng)規(guī)律，對(duì)心血管疾病的診斷具有重大意律，對(duì)心血管疾病的診斷具有重大意義。義。第二節(jié)第二節(jié) B型超聲診斷設(shè)備的分檔及性能要求型超聲診斷設(shè)備的分檔及性能要求一、性能要求一、性能要求 二、設(shè)備的分檔原則二、設(shè)備的分檔原則 三、定義三、定義 1軸向（縱向）分辨力軸向（縱向）分辨力 2. 側(cè)向（橫向）分辨力側(cè)向（橫向）分辨力3. 探測(cè)深度探測(cè)深度 4. 幾何位置精度幾何位置精度 5. 超聲體模超聲體模 醫(yī)用醫(yī)用B型超聲診斷儀圖像質(zhì)量表征型超聲診斷儀圖像質(zhì)量表征

49、在臨床上廣泛應(yīng)用超聲診斷儀對(duì)患者進(jìn)在臨床上廣泛應(yīng)用超聲診斷儀對(duì)患者進(jìn)行疾患診查和計(jì)劃生育工作，其質(zhì)量問題涉行疾患診查和計(jì)劃生育工作，其質(zhì)量問題涉及到人類的生命健康及生命繁衍。如何提高及到人類的生命健康及生命繁衍。如何提高圖像質(zhì)量，以盡可能獲取真實(shí)豐富的人體信圖像質(zhì)量，以盡可能獲取真實(shí)豐富的人體信息，便成為該領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)的息，便成為該領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)的焦點(diǎn)，圖像質(zhì)量的表征方法就是其中關(guān)鍵的焦點(diǎn)，圖像質(zhì)量的表征方法就是其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過以下技術(shù)參數(shù)來表征圖像質(zhì)量。環(huán)節(jié)，通過以下技術(shù)參數(shù)來表征圖像質(zhì)量。 1. 盲區(qū)盲區(qū) 盲區(qū)是指盲區(qū)是指B超設(shè)備可以識(shí)別的最近回波目超設(shè)備可以識(shí)別

50、的最近回波目標(biāo)深度。標(biāo)深度。盲區(qū)小則有利于檢查出接近體表的盲區(qū)小則有利于檢查出接近體表的病灶，這個(gè)性能主要取決于放大器的特性。病灶，這個(gè)性能主要取決于放大器的特性。此外減小進(jìn)入放大器的發(fā)射脈沖幅度和調(diào)節(jié)此外減小進(jìn)入放大器的發(fā)射脈沖幅度和調(diào)節(jié)放大器時(shí)間常數(shù)，也會(huì)影響盲區(qū)大小。但是，放大器時(shí)間常數(shù)，也會(huì)影響盲區(qū)大小。但是，對(duì)于有水囊的換能器測(cè)試，其盲區(qū)無意義。對(duì)于有水囊的換能器測(cè)試，其盲區(qū)無意義。 2. 探測(cè)深度探測(cè)深度 B超設(shè)備在圖像正常顯示允許的最大靈敏度超設(shè)備在圖像正常顯示允許的最大靈敏度和亮度條件下所觀測(cè)到回波目標(biāo)的最大深和亮度條件下所觀測(cè)到回波目標(biāo)的最大深度稱為探測(cè)深度。度稱為探測(cè)深度。

51、該值越大，越能在生物該值越大，越能在生物體內(nèi)更大范圍進(jìn)行檢查。影響性能的因素體內(nèi)更大范圍進(jìn)行檢查。影響性能的因素有以下幾種原因：有以下幾種原因： （1）換能器靈敏度）換能器靈敏度 換能器在發(fā)射和接收超聲波過程中，實(shí)換能器在發(fā)射和接收超聲波過程中，實(shí)現(xiàn)了電現(xiàn)了電聲和聲聲和聲電轉(zhuǎn)換效能。靈敏電轉(zhuǎn)換效能。靈敏度越高，探測(cè)深度越大。靈敏度主要取決度越高，探測(cè)深度越大。靈敏度主要取決于晶片的機(jī)電性能和換能器聲、電匹配層于晶片的機(jī)電性能和換能器聲、電匹配層的匹配情況。的匹配情況。 （2）發(fā)射功率）發(fā)射功率 提高換能器輻射的聲功率可提高探測(cè)深度。提高換能器輻射的聲功率可提高探測(cè)深度。但是提高聲功率要增大電路

52、的發(fā)射電壓。這不但是提高聲功率要增大電路的發(fā)射電壓。這不僅給整機(jī)設(shè)計(jì)帶來困難，而且必須限制聲功率僅給整機(jī)設(shè)計(jì)帶來困難，而且必須限制聲功率在安全計(jì)量閥值內(nèi)，其技術(shù)指標(biāo)常用聲強(qiáng)來表在安全計(jì)量閥值內(nèi)，其技術(shù)指標(biāo)常用聲強(qiáng)來表示，即示，即聲強(qiáng)應(yīng)不大于聲強(qiáng)應(yīng)不大于10mW/cm2。 （3）接收放大器增益）接收放大器增益 提高接收放大器增益可提高探測(cè)深度。但提高接收放大器增益可提高探測(cè)深度。但是放大器增益的提高，在放大回波弱信號(hào)的同是放大器增益的提高，在放大回波弱信號(hào)的同時(shí)，也放大了系統(tǒng)噪聲信號(hào)，從而使有用信號(hào)時(shí)，也放大了系統(tǒng)噪聲信號(hào)，從而使有用信號(hào)淹沒在噪聲中，故增益要適中。淹沒在噪聲中，故增益要適中。

53、（4）工作頻率）工作頻率 生物體內(nèi)組織的聲衰減系數(shù)和頻率成直線關(guān)系。生物體內(nèi)組織的聲衰減系數(shù)和頻率成直線關(guān)系。降低工作頻率將有助于增大探測(cè)深度。但是，這樣做降低工作頻率將有助于增大探測(cè)深度。但是，這樣做必然導(dǎo)致分辯力降低。為此，有些新型號(hào)必然導(dǎo)致分辯力降低。為此，有些新型號(hào)B超采用了超采用了動(dòng)態(tài)頻率掃描和動(dòng)態(tài)濾波技術(shù)，以使近、中場(chǎng)的分辯動(dòng)態(tài)頻率掃描和動(dòng)態(tài)濾波技術(shù)，以使近、中場(chǎng)的分辯力和較大的探測(cè)深度得到兼顧。力和較大的探測(cè)深度得到兼顧。 必須指出，許多國(guó)家廠家的產(chǎn)品介紹中所說的探必須指出，許多國(guó)家廠家的產(chǎn)品介紹中所說的探測(cè)深度與本文所指有著原則區(qū)別。他們所指的，是根測(cè)深度與本文所指有著原則區(qū)別

54、。他們所指的，是根據(jù)掃描線數(shù)、幀頻的前提下，按媒質(zhì)聲速為據(jù)掃描線數(shù)、幀頻的前提下，按媒質(zhì)聲速為1540/s從理論上算出聲線長(zhǎng)度，而現(xiàn)在所指則是在真實(shí)人體從理論上算出聲線長(zhǎng)度，而現(xiàn)在所指則是在真實(shí)人體或質(zhì)檢用標(biāo)準(zhǔn)超聲體模中最遠(yuǎn)回波目標(biāo)的實(shí)測(cè)深度?；蛸|(zhì)檢用標(biāo)準(zhǔn)超聲體模中最遠(yuǎn)回波目標(biāo)的實(shí)測(cè)深度。IE和各國(guó)和各國(guó)B超質(zhì)量管理文件中所指均為后者。超質(zhì)量管理文件中所指均為后者。頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其幅值衰減越小，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其幅值衰減越小，則探測(cè)深度越大，但分辨力變差了。相反，頻則探測(cè)深度越大，但分辨力變差了。相反，頻率越高，探測(cè)深度越小，但分辨力變好了。為率越高，探測(cè)深度越小，但分辨力變好了。為

55、了提高整機(jī)的工作性能，一般采取動(dòng)態(tài)頻率掃了提高整機(jī)的工作性能，一般采取動(dòng)態(tài)頻率掃描和動(dòng)態(tài)跟蹤濾波技術(shù)，使高分辨力和探測(cè)深描和動(dòng)態(tài)跟蹤濾波技術(shù)，使高分辨力和探測(cè)深度得以兼顧應(yīng)用。盡管如此，為了滿足臨床的度得以兼顧應(yīng)用。盡管如此，為了滿足臨床的需要，仍需要設(shè)計(jì)不同頻率的換能器來診斷生需要，仍需要設(shè)計(jì)不同頻率的換能器來診斷生物體的不同部位。物體的不同部位。3.軸向分辨力（縱向分辨力）軸向分辨力（縱向分辨力）指沿聲束軸線方向，指沿聲束軸線方向，B超圖像顯示中能夠分辯超圖像顯示中能夠分辯兩個(gè)回波的最小距離。該值越小，聲像圖上縱向界兩個(gè)回波的最小距離。該值越小，聲像圖上縱向界面的層理越清晰。面的層理越清晰

56、。對(duì)于連續(xù)超聲波，可達(dá)到的理論對(duì)于連續(xù)超聲波，可達(dá)到的理論分辨力等于半個(gè)波長(zhǎng)。因此，頻率越高，分辨力越分辨力等于半個(gè)波長(zhǎng)。因此，頻率越高，分辨力越好。由于生物組織界面并不是完全相同的靶點(diǎn)，所好。由于生物組織界面并不是完全相同的靶點(diǎn)，所以實(shí)際中不可能達(dá)到理論分辨力的數(shù)值，而是相當(dāng)以實(shí)際中不可能達(dá)到理論分辨力的數(shù)值，而是相當(dāng)于于2-3個(gè)波長(zhǎng)數(shù)值。在超聲脈沖回波系統(tǒng)，軸向分個(gè)波長(zhǎng)數(shù)值。在超聲脈沖回波系統(tǒng)，軸向分辨力與超聲脈沖的有效脈寬（持續(xù)時(shí)間）有關(guān)。脈辨力與超聲脈沖的有效脈寬（持續(xù)時(shí)間）有關(guān)。脈沖越窄，軸向分辨力越好，為了提高這一特性，目沖越窄，軸向分辨力越好，為了提高這一特性，目前換能器普遍采用

57、多層最佳阻抗匹配技術(shù)，同時(shí)在前換能器普遍采用多層最佳阻抗匹配技術(shù)，同時(shí)在改善這一特性中，為了保證脈沖前沿陡峭，在接收改善這一特性中，為了保證脈沖前沿陡峭，在接收放大器中各廠家都采用了最好的動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器。放大器中各廠家都采用了最好的動(dòng)態(tài)跟蹤濾波器。4.側(cè)向分辨力（橫向分辨力）側(cè)向分辨力（橫向分辨力）指在超聲束的掃查平面內(nèi)，垂直于聲束軸線的指在超聲束的掃查平面內(nèi)，垂直于聲束軸線的方向上能夠區(qū)分兩個(gè)回波目標(biāo)的最小距離。該值越方向上能夠區(qū)分兩個(gè)回波目標(biāo)的最小距離。該值越小，聲像圖橫向界面的層理越清晰。其影響因素包小，聲像圖橫向界面的層理越清晰。其影響因素包括：括：（1）聲束寬度）聲束寬度聲束越窄，側(cè)

58、向分辨力越好。而聲束寬度與晶聲束越窄，側(cè)向分辨力越好。而聲束寬度與晶片直徑和工作頻率有關(guān)。但是換能器尺寸不可能做片直徑和工作頻率有關(guān)。但是換能器尺寸不可能做得很大，頻率不能無限高。因此設(shè)計(jì)者采取了透鏡、得很大，頻率不能無限高。因此設(shè)計(jì)者采取了透鏡、可變孔徑技術(shù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了分段動(dòng)態(tài)聚焦和連可變孔徑技術(shù)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了分段動(dòng)態(tài)聚焦和連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦，從而提高了側(cè)向分辨力。續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦，從而提高了側(cè)向分辨力。（2）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍在聲束即換能器產(chǎn)生的有方向性聲場(chǎng)內(nèi)，聲壓在聲束即換能器產(chǎn)生的有方向性聲場(chǎng)內(nèi)，聲壓(或或聲強(qiáng)聲強(qiáng))并不是均勻分布的。遠(yuǎn)場(chǎng)的普遍規(guī)律是，在掃描并不是均勻分布的。遠(yuǎn)場(chǎng)的普

59、遍規(guī)律是，在掃描平面內(nèi)與聲軸垂直的直線上，與聲軸焦點(diǎn)處聲壓最高，平面內(nèi)與聲軸垂直的直線上，與聲軸焦點(diǎn)處聲壓最高，隨離開聲軸的距離向兩側(cè)單調(diào)降低。這樣，在顯示系隨離開聲軸的距離向兩側(cè)單調(diào)降低。這樣，在顯示系統(tǒng)的統(tǒng)的30dB動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，聲束寬度必須隨增益的升降而動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，聲束寬度必須隨增益的升降而相應(yīng)的變寬和變窄，而目標(biāo)回波聲像的橫向尺寸也相相應(yīng)的變寬和變窄，而目標(biāo)回波聲像的橫向尺寸也相應(yīng)地拉長(zhǎng)和縮短。這就是在超聲體模上，即可由兩條應(yīng)地拉長(zhǎng)和縮短。這就是在超聲體模上，即可由兩條靶線聲像的橫向間隙，又可由一條靶線聲像的橫向?qū)挵芯€聲像的橫向間隙，又可由一條靶線聲像的橫向?qū)挾扰凶x其側(cè)向分辯力的原因所在

60、。但是，無論用哪種度判讀其側(cè)向分辯力的原因所在。但是，無論用哪種方法，都必須明確：不指明增益條件而籠統(tǒng)地談?wù)摵头椒ǎ急仨毭鞔_：不指明增益條件而籠統(tǒng)地談?wù)摵捅容^橫向分辯力是毫無意義的。比較橫向分辯力是毫無意義的。(3)顯示器亮度：顯示器亮度：由于幾何分辯力的限制，由光電構(gòu)成的所有回波由于幾何分辯力的限制，由光電構(gòu)成的所有回波圖像都有不同程度的模糊，即亮度由中心向四周逐漸圖像都有不同程度的模糊，即亮度由中心向四周逐漸降低。這樣，在不同亮度條件下，兩橫向相鄰回波目降低。這樣，在不同亮度條件下，兩橫向相鄰回波目標(biāo)聲像的間隙情況就會(huì)有不同表現(xiàn)。標(biāo)聲像的間隙情況就會(huì)有不同表現(xiàn)。(4)媒質(zhì)中的聲衰減：媒質(zhì)