第八章超聲波成像ppt課件

1、第八章 超聲波成像原理設(shè)備與臨床應(yīng)用超聲成像ultrasonograghy, USG 定義： 利用超聲波的物理特性和人體組織器官的聲學(xué)特性相互作用而產(chǎn)生的信息，經(jīng)處理后形成圖形和曲線，借此進(jìn)行疾病診斷的一種物理檢查方法。超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)USG特點(diǎn)： 對(duì)軟組織的分辨能力強(qiáng) 信息的顯示有多種方法USG優(yōu)點(diǎn)： 無損傷、無痛苦、無輻射 實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確、方便超聲發(fā)展概況40年代 探索階段50年代 A型、M型超聲儀70年代 灰階實(shí)時(shí)超聲B型） 雙功能超聲儀（ B型+頻譜）80年代 彩色多普勒超聲儀 （ B型+ 彩色+頻譜）90年代 新技術(shù) （超聲造影、諧波成像、 超高頻探頭、三維超聲等）第一章第一章

2、醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 超聲波的定義及特性超聲波的定義及特性一、自然界中的波分為：一、自然界中的波分為： 1、電磁波、電磁波 2、 機(jī)械波機(jī)械波二、超聲波為機(jī)械波的一種二、超聲波為機(jī)械波的一種 次聲波：次聲波：f20Hz 可聞聲波：可聞聲波：20Hzf20kHz 醫(yī)學(xué)超聲：醫(yī)學(xué)超聲：200kHzf40MHz 診斷超聲：診斷超聲：1MHzfC液液C氣氣 。 人體軟組織聲速為人體軟組織聲速為1540m/s 二、波長(zhǎng)，周期和頻率二、波長(zhǎng)，周期和頻率 1、波長(zhǎng)：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)兩個(gè)相鄰?fù)辔稽c(diǎn)之間、波長(zhǎng)：聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)兩個(gè)相鄰?fù)辔稽c(diǎn)之間距離；距離； 2、周期：波向前移動(dòng)一個(gè)波

3、長(zhǎng)所用的時(shí)間；、周期：波向前移動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)所用的時(shí)間； 3、頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過的波數(shù)；、頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過的波數(shù)； 三者之間的關(guān)系：三者之間的關(guān)系：=CT=c/f波長(zhǎng)決定了極限分辨率，而頻率決定了探測(cè)深度。波長(zhǎng)決定了極限分辨率，而頻率決定了探測(cè)深度。三、聲阻抗：聲場(chǎng)中某一位置的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)三、聲阻抗：聲場(chǎng)中某一位置的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比，即振動(dòng)速度之比，即P/v=ZP/v=Z，只與介質(zhì)的聲學(xué)特性，只與介質(zhì)的聲學(xué)特性有關(guān)，又叫特征阻抗。有關(guān)，又叫特征阻抗。 對(duì)于平面波有：對(duì)于平面波有：Z=cZ=c四、聲壓和聲強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上介質(zhì)受到的壓力稱四、聲壓和聲強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上介質(zhì)受到的壓力稱為聲壓

4、。為聲壓。 對(duì)于平面波：對(duì)于平面波： 聲壓：聲壓：P=cv=ZV P=cv=ZV 聲強(qiáng)：聲強(qiáng)：I=P2/c I=P2/c 聲功率：聲功率：W=Is sW=Is s為面積為面積超聲的傳播特性 指向性 反射、折射、散射和繞射 吸收與衰減 分辨力與穿透力 多普勒效應(yīng) 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),遇到不同聲阻抗的分界面,會(huì)產(chǎn)生反射和折射, 反射波的強(qiáng)度由反射系數(shù)決定：反射聲波的強(qiáng)度與入射聲波的強(qiáng)度之比，用air表示； 透射波的強(qiáng)度由透射系數(shù)決定：透射聲波的強(qiáng)度與入射聲波的強(qiáng)度之比，用ait表示。 按聲速和聲阻抗的不同，人體組織可分為三類：按聲速和聲阻抗的不同，人體組織可分為三類： 1、 氣體和充氣的肺氣體和充

5、氣的肺 2、液體和軟組織、液體和軟組織 3、骨骼和礦物化后的組織、骨骼和礦物化后的組織 由于這三類材料存在較大的阻抗差別，聲波很難從由于這三類材料存在較大的阻抗差別，聲波很難從一類材料傳到另一類材料區(qū)域中去，在液體和軟組織中，一類材料傳到另一類材料區(qū)域中去，在液體和軟組織中，聲速和阻抗變化不大，使得聲反射量適中，既保證了界聲速和阻抗變化不大，使得聲反射量適中，既保證了界面回波的顯像觀察，亦保證了聲波可穿透足夠的深度，面回波的顯像觀察，亦保證了聲波可穿透足夠的深度，而且接收回波的時(shí)延與目標(biāo)深度成近似正比的關(guān)系，這而且接收回波的時(shí)延與目標(biāo)深度成近似正比的關(guān)系，這是是B超診斷成像的物理基礎(chǔ)。超診斷成

6、像的物理基礎(chǔ)。三、散射和繞射三、散射和繞射 反射和折射的前提條件是：反射界面對(duì)于反射和折射的前提條件是：反射界面對(duì)于入射波波長(zhǎng)來說是無限大的，即入射波波長(zhǎng)來說是無限大的，即d。1、若、若d與與接近，則發(fā)生繞射，超聲波僅繞過障接近，則發(fā)生繞射，超聲波僅繞過障礙物的邊緣前進(jìn)，礙物的邊緣前進(jìn)，2、若、若d，那么 聲學(xué)上稱： r r0遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū) （4軸向聲強(qiáng)分布特點(diǎn) 近場(chǎng)區(qū)：聲強(qiáng)軸向起伏分布，但平均強(qiáng)度不變 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：聲強(qiáng)軸向單調(diào)衰減，I 1r244422220Dar20ar二、徑向聲場(chǎng)分布二、徑向聲場(chǎng)分布r=定值定值, 可變）可變） （1） 徑向近場(chǎng)分布徑向近場(chǎng)分布 近場(chǎng)衍射現(xiàn)象：聲束截平面上聲強(qiáng)分布為許

7、多最近場(chǎng)衍射現(xiàn)象：聲束截平面上聲強(qiáng)分布為許多最 大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的同心圓環(huán)，環(huán)的數(shù)量隨著大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的同心圓環(huán)，環(huán)的數(shù)量隨著距距 離的增加而減少。離的增加而減少。 聲能幾乎不擴(kuò)散，聲束寬度接近相等等于聲能幾乎不擴(kuò)散，聲束寬度接近相等等于D）。）。 （2） 徑向遠(yuǎn)場(chǎng)分布徑向遠(yuǎn)場(chǎng)分布 波束如圖波束如圖26所示。所示。 遠(yuǎn)場(chǎng)聲強(qiáng)呈多個(gè)瓣形，遠(yuǎn)場(chǎng)聲強(qiáng)呈多個(gè)瓣形， 主瓣最強(qiáng)主瓣最強(qiáng)( 98% )， 旁瓣多但較弱。旁瓣多但較弱。 （3） 主瓣角主瓣角 又稱半發(fā)射角或擴(kuò)散角，表示聲束集中程度又稱半發(fā)射角或擴(kuò)散角，表示聲束集中程度 Sin 0.61a 一般一般角很小，角很小，sin ，故有，故有 0.61

8、a = 0.61cfa 可見：可見： f ，和，和 a （4） 徑向聲場(chǎng)簡(jiǎn)化圖徑向聲場(chǎng)簡(jiǎn)化圖 如圖如圖25(a)，聲束成錐形發(fā)散，半發(fā)散角為，聲束成錐形發(fā)散，半發(fā)散角為 近場(chǎng)中零值點(diǎn)，可能引起盲點(diǎn)。遠(yuǎn)場(chǎng)中旁瓣，近場(chǎng)中零值點(diǎn)，可能引起盲點(diǎn)。遠(yuǎn)場(chǎng)中旁瓣，會(huì)造成會(huì)造成 顯示位置、距離測(cè)量等失真。需采取措施改顯示位置、距離測(cè)量等失真。需采取措施改善。善。 第三節(jié)探頭的結(jié)構(gòu)及其作用第三節(jié)探頭的結(jié)構(gòu)及其作用超聲探頭超聲探頭超聲檢測(cè)用換能器超聲檢測(cè)用換能器各種超聲診斷儀，探頭基本結(jié)構(gòu)各種超聲診斷儀，探頭基本結(jié)構(gòu)大致相同，以型為例。大致相同，以型為例。一、探頭的基本結(jié)構(gòu)一、探頭的基本結(jié)構(gòu) 壓電晶片壓電晶片 吸

9、聲背塊吸聲背塊 匹配層匹配層 電極、導(dǎo)線電極、導(dǎo)線 聲隔離層聲隔離層 保護(hù)層保護(hù)層 外殼外殼. 壓電晶片壓電晶片（1晶片形狀：圓片形、矩形、球殼圓片形、圓筒形晶片形狀：圓片形、矩形、球殼圓片形、圓筒形（2） 作用 發(fā)射、接收超聲，即：電聲、聲電轉(zhuǎn)換（3） 要求 可加工性 銀層牢固 各部分性能一致性 性能穩(wěn)定性和可靠性（4） 特性 晶片厚度確定發(fā)射超聲的頻率 晶片形狀確定聲束的形狀和聲場(chǎng)分布2吸聲背塊吸聲背塊 （1作用作用 吸收晶體背向輻射的超聲，減少或消除晶體兩端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造成的干擾之間超聲的多次反射造成的干擾 增大晶片阻尼，使發(fā)射脈沖窄，從

10、而提高分辨率增大晶片阻尼，使發(fā)射脈沖窄，從而提高分辨率（2） 要求要求 與壓電晶體的聲阻抗相等，以全部吸收背向輻射與壓電晶體的聲阻抗相等，以全部吸收背向輻射 對(duì)超聲的吸收力強(qiáng)，很快衰減，不再反射對(duì)超聲的吸收力強(qiáng)，很快衰減，不再反射 （3組成組成 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 + 鎢粉鎢粉 + 橡膠粉橡膠粉 空氣背襯，幾乎全反射，效率最高，用于超聲治療儀。空氣背襯，幾乎全反射，效率最高，用于超聲治療儀。3匹配層匹配層（1作用作用 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。換能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。換能器和人體之間聲阻抗匹配，條件：器和人體之間聲阻抗匹配，條件： 增加換

11、能器的帶寬增加換能器的帶寬 隔開晶體和人體，保護(hù)晶體，免受機(jī)械、化學(xué)隔開晶體和人體，保護(hù)晶體，免受機(jī)械、化學(xué) 損壞；保護(hù)人體，免受激勵(lì)電壓的傷害。損壞；保護(hù)人體，免受激勵(lì)電壓的傷害。（2要求要求 衰減系數(shù)低衰減系數(shù)低 耐磨損耐磨損（3資料資料 環(huán)氧樹脂、二酊脂、乙二氨等環(huán)氧樹脂、二酊脂、乙二氨等4) 12 (,匹匹皮晶匹nlZZZ4電極、導(dǎo)線電極、導(dǎo)線 （1） 作用 傳輸電信號(hào)（2） 構(gòu)造 晶體兩面的銀層為電極，各引出一根導(dǎo)線5聲隔離層（1） 作用 殼體與振動(dòng)體之間聲隔離，防止超聲傳至外殼引起 反射，產(chǎn)生干擾（2） 資料 軟木、橡膠、尼龍等 二、單片換能器的基本型式二、單片換能器的基本型式1非聚焦換能器非聚焦換能器 換能元件：平面圓片壓電陶瓷換能元件：平面圓片壓電陶瓷 工作模式：厚度振動(dòng)工作模式：厚度振動(dòng)2聚焦換能器聲學(xué)聚焦）聚焦換能器聲學(xué)聚焦） 球面曲面壓電體聚焦球面曲面壓電體聚焦 聲透鏡聚焦聲透鏡聚焦 凹透鏡凹透鏡 c透