超聲原理MPPT課件

1、 超聲概論超聲概論 醫(yī)用超聲技術(shù)的發(fā)展史醫(yī)用超聲技術(shù)的發(fā)展史 醫(yī)用超聲技術(shù)的新進(jìn)展醫(yī)用超聲技術(shù)的新進(jìn)展 超聲儀的安裝和維修保養(yǎng)超聲儀的安裝和維修保養(yǎng)內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介第1頁/共132頁 超聲波原理超聲波原理 醫(yī)用超聲的物理特性醫(yī)用超聲的物理特性 超聲儀器的組成超聲儀器的組成超聲概論超聲概論第2頁/共132頁 超聲波原理超聲波原理 反射反射 折射折射 散射散射 繞射繞射 衰減衰減 惠更斯原理惠更斯原理超聲概論超聲概論第3頁/共132頁超聲波原理超聲波原理 波動： 物體的機(jī)械性振動在具有質(zhì)點(diǎn)和彈性的媒介中的物體的機(jī)械性振動在具有質(zhì)點(diǎn)和彈性的媒介中的 傳播現(xiàn)象傳播現(xiàn)象 聲波聲波： 引起人耳聽覺器官有聲

2、音感覺的波動引起人耳聽覺器官有聲音感覺的波動超聲波定義超聲波定義: :第4頁/共132頁超聲波原理超聲波原理聲反射定義：聲反射定義：聲波傳播到兩種阻抗不同的介質(zhì)界面上，如界面尺寸遠(yuǎn)大于波長時，便會引起部 分或全部聲能的返回。第5頁/共132頁聲聲反射定律：反射定律：入射角入射角ii的正弦與反射角的正弦與反射角rr的的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的聲速正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的聲速C1C1與反射波在同一介質(zhì)中的聲速與反射波在同一介質(zhì)中的聲速C1C1之比。之比。超聲波原理超聲波原理_ Sin iSin r=_C 1C 1 第6頁/共132頁反射系數(shù)和阻抗的關(guān)系：反射系數(shù)和阻抗的關(guān)系：兩

3、種介質(zhì)的聲特性阻抗相差越懸殊，聲兩種介質(zhì)的聲特性阻抗相差越懸殊，聲反射就越強(qiáng)烈；反之，聲反射就弱，其強(qiáng)弱反射就越強(qiáng)烈；反之，聲反射就弱，其強(qiáng)弱可用反射系數(shù)可用反射系數(shù)KpKp來表示。來表示。 Kp與界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗Z1和Z2的關(guān)系公式超聲波原理超聲波原理Kp cosZ1Z2Z1Z2第7頁/共132頁 當(dāng)當(dāng) Z1Z1Z2Z2時，時， p p0 0 ， 無反射無反射 當(dāng)當(dāng) Z1Z1Z2 Z2 或或 Z1Z1Z2Z2時，有反射時，有反射 如如 Z1Z1Z2 Z2 或或 Z1Z1Z2Z2時，全反射時，全反射結(jié)論：結(jié)論：超聲波在界面上反射的大小取決于超聲波在界面上反射的大小取決于 界面兩邊介質(zhì)的聲阻

4、差。界面兩邊介質(zhì)的聲阻差。超聲波原理超聲波原理利用反射，提取信息，進(jìn)行診斷；皮膚與空氣聲阻差大，利用反射，提取信息，進(jìn)行診斷；皮膚與空氣聲阻差大，用耦合劑；不適肺、腸、骨等組織器官檢查用耦合劑；不適肺、腸、骨等組織器官檢查第8頁/共132頁折射定義：折射定義：因介質(zhì)中聲速的空間分布而引起的因介質(zhì)中聲速的空間分布而引起的聲傳播方向改變的過程。聲傳播方向改變的過程。折射定律：折射定律：入射角入射角ii的正弦與折射角的正弦與折射角tt的正的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的聲速弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的聲速c1c1與與折射波在第二介質(zhì)中的聲速折射波在第二介質(zhì)中的聲速c2c2之比之比 即：即：超

5、聲波原理超聲波原理_ Sin iSin t=_C 1C 2 第9頁/共132頁折射的產(chǎn)生折射的產(chǎn)生:當(dāng)聲波從一種小聲速介質(zhì)向大聲速固體介質(zhì)當(dāng)聲波從一種小聲速介質(zhì)向大聲速固體介質(zhì)入射時，聲波經(jīng)過這兩種介質(zhì)的分界面后出現(xiàn)折入射時，聲波經(jīng)過這兩種介質(zhì)的分界面后出現(xiàn)折射波，而且其折射角大于入射角，反之亦然。射波，而且其折射角大于入射角，反之亦然。超聲波原理超聲波原理第10頁/共132頁折射的應(yīng)用：折射的應(yīng)用：使折射角為使折射角為9090時的入射角稱為時的入射角稱為臨界角，當(dāng)入射角超過臨界角時，相應(yīng)的折射臨界角，當(dāng)入射角超過臨界角時，相應(yīng)的折射波消失，出現(xiàn)全反射。波消失，出現(xiàn)全反射。 側(cè)方聲影側(cè)方聲影

6、- - 誤診誤診 錯位錯位 - - 影響穿刺影響穿刺 全反射全反射 - - 無法檢查無法檢查注：作超聲檢查時，需盡可能將聲束垂直于注：作超聲檢查時，需盡可能將聲束垂直于界面，否則將會引起：界面，否則將會引起：超聲波原理超聲波原理第11頁/共132頁繞射定義：繞射定義：超聲波在介質(zhì)中傳播中，遇到尺寸相當(dāng)于聲超聲波在介質(zhì)中傳播中，遇到尺寸相當(dāng)于聲波波長的聲阻抗界面時，聲波將繞過此界面，繼波波長的聲阻抗界面時，聲波將繞過此界面，繼續(xù)向前傳播，致使超聲波無法檢測到該障礙物續(xù)向前傳播，致使超聲波無法檢測到該障礙物超聲波原理超聲波原理第12頁/共132頁散射定義散射定義：超聲波在介質(zhì)中傳播中，如遇到尺寸超

7、聲波在介質(zhì)中傳播中，如遇到尺寸遠(yuǎn)小于聲波波長的聲阻抗界面時，則聲波將使其遠(yuǎn)小于聲波波長的聲阻抗界面時，則聲波將使其成為新的聲源，其聲波能量向四面八方發(fā)射。成為新的聲源，其聲波能量向四面八方發(fā)射。 超聲儀收到的聲波是背向散射超聲儀收到的聲波是背向散射 血流中的紅細(xì)胞是多普勒超聲血流中的紅細(xì)胞是多普勒超聲 檢測血流的基礎(chǔ)檢測血流的基礎(chǔ) 各種軟組織從微觀的角度看都各種軟組織從微觀的角度看都 是非均勻組織，可產(chǎn)生散射是非均勻組織，可產(chǎn)生散射超聲波原理超聲波原理第13頁/共132頁散射的應(yīng)用散射的應(yīng)用：散射的強(qiáng)弱不僅取決于界面的聲散射的強(qiáng)弱不僅取決于界面的聲阻差，還與障礙物的大小和數(shù)量有關(guān)，此外還阻差，

8、還與障礙物的大小和數(shù)量有關(guān)，此外還與聲波的頻率有著密切的關(guān)系，通常散射強(qiáng)度與聲波的頻率有著密切的關(guān)系，通常散射強(qiáng)度與聲波頻率呈正比。與聲波頻率呈正比。 散射發(fā)生在人體內(nèi)軟組織內(nèi)的微小界面；反射散射發(fā)生在人體內(nèi)軟組織內(nèi)的微小界面；反射 產(chǎn)生與體內(nèi)大器官的界面產(chǎn)生與體內(nèi)大器官的界面 散射與反射均為聲波能量衰減的重要因素散射與反射均為聲波能量衰減的重要因素 反射與散射均是回波型超聲儀的物理基礎(chǔ)反射與散射均是回波型超聲儀的物理基礎(chǔ)超聲波原理超聲波原理第14頁/共132頁衰減定義：衰減定義：聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播過程中，隨著傳聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播過程中，隨著傳 播距離的增大，聲波的能量逐漸減少播距離的增大，聲

9、波的能量逐漸減少影響因素：影響因素： 吸收：吸收：組織特性使聲能轉(zhuǎn)換為熱能 反射：反射：聲波的反射使得能量減弱 散射：散射：聲波的散射使得能量減弱 頻率：頻率：超聲衰減與超聲頻率呈正比 聲束擴(kuò)散：聲束擴(kuò)散：單位面積內(nèi)的能量減少超聲波原理超聲波原理第15頁/共132頁原因：原因： 反射、散射和吸收反射、散射和吸收聲能隨著距離增加而減少聲能隨著距離增加而減少超聲波原理超聲波原理第16頁/共132頁惠更斯原理定義：惠更斯原理定義： 聲介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子聲介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波的波源，這些子波的包跡就決定了新的波陣面波的波源，這些子波的包跡就決定了新的波陣面平面波平面

10、波球面波球面波超聲波原理超聲波原理第17頁/共132頁惠更斯原理應(yīng)用：惠更斯原理應(yīng)用：通過相位控制，使發(fā)射通過相位控制，使發(fā)射波束左右偏轉(zhuǎn)，獲得扇形圖像；波束左右偏轉(zhuǎn)，獲得扇形圖像；亦可使聲束聚焦，以提高橫向亦可使聲束聚焦，以提高橫向分辨力分辨力超聲波原理超聲波原理第18頁/共132頁 醫(yī)用超聲的物理特性醫(yī)用超聲的物理特性 基本概念基本概念 超聲波的發(fā)射和接受超聲波的發(fā)射和接受 超聲的分辨力超聲的分辨力/率率超聲概論超聲概論第19頁/共132頁頻率的概念：介質(zhì)在每秒鐘內(nèi)振動的次數(shù)為頻頻率的概念：介質(zhì)在每秒鐘內(nèi)振動的次數(shù)為頻率（率（f f）, ,單位為單位為HzHz 人耳的聽閾：人耳的聽閾：16

11、16Hz - 20KHzHz - 20KHz 超過人耳聽閾上限的聲波，超過人耳聽閾上限的聲波， 即大于即大于2020千赫的超聲波千赫的超聲波 （Ultrasonic waveUltrasonic wave）稱為超聲）稱為超聲 臨床常用的超聲頻率在臨床常用的超聲頻率在2 215 MHz15 MHz基本概念基本概念第20頁/共132頁 超聲波的發(fā)射和接受超聲波的發(fā)射和接受聲壓聲壓聲強(qiáng)聲強(qiáng)功率功率近場近場/ /遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場靶向性靶向性第21頁/共132頁定義：聲壓定義：聲壓( (P)P)是有聲波時介質(zhì)中的壓力與靜壓是有聲波時介質(zhì)中的壓力與靜壓 的差值，單位為的差值，單位為PaPa。 聲壓與介質(zhì)的密度聲壓

12、與介質(zhì)的密度( (),),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動速度動速度( (v)v)，以及超聲波在該介質(zhì)中的傳以及超聲波在該介質(zhì)中的傳播速度播速度( (c)c)呈正比，即：呈正比，即：Pvc聲壓聲壓第22頁/共132頁定義：聲強(qiáng)定義：聲強(qiáng)( (I)I)是在單位時間內(nèi)，通過與聲波傳是在單位時間內(nèi)，通過與聲波傳 播方向垂直的單位面積上的平均能量，單播方向垂直的單位面積上的平均能量，單 位是位是W/m2W/m2 聲強(qiáng)和聲壓的平方呈正比，與介質(zhì)密聲強(qiáng)和聲壓的平方呈正比，與介質(zhì)密度和聲速之和反比，即：度和聲速之和反比，即： I聲強(qiáng)聲強(qiáng)P2 2c 第23頁/共132頁定義：超聲功率指在單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的能量。定

13、義：超聲功率指在單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的能量。 單位是瓦單位是瓦( (W)W)或毫瓦或毫瓦( (mW)mW) 超聲儀發(fā)射的超聲能量用超聲功率表示，儀超聲儀發(fā)射的超聲能量用超聲功率表示，儀器的發(fā)射功率高，儀器的靈敏度也高，但安全性器的發(fā)射功率高，儀器的靈敏度也高，但安全性卻降低了卻降低了安全劑量安全劑量 10W/cm2 功率功率第24頁/共132頁定義：對于一個圓形的超聲換能器定義：對于一個圓形的超聲換能器( (聲源聲源) )，在接，在接 近聲源的一段距離近聲源的一段距離( (稱為近場稱為近場) )，聲束的直，聲束的直 徑略小于換能器的直徑，呈圓柱形。徑略小于換能器的直徑，呈圓柱形。近場內(nèi)聲壓、聲強(qiáng)

14、起伏變化大，是應(yīng)用的死區(qū)。近場內(nèi)聲壓、聲強(qiáng)起伏變化大，是應(yīng)用的死區(qū)。近場長度與聲源的尺寸、頻率和介質(zhì)聲速有關(guān)。近場長度與聲源的尺寸、頻率和介質(zhì)聲速有關(guān)。 即：即：近場近場L(近場近場) r2 第25頁/共132頁定義：離聲源距離較遠(yuǎn)的聲場，聲束則會產(chǎn)生擴(kuò)定義：離聲源距離較遠(yuǎn)的聲場，聲束則會產(chǎn)生擴(kuò) 散而呈喇叭形，此時的聲場稱為遠(yuǎn)場。散而呈喇叭形，此時的聲場稱為遠(yuǎn)場。遠(yuǎn)場的瞬時聲壓與瞬時質(zhì)點(diǎn)速度同相，故其聲壓分布遠(yuǎn)場的瞬時聲壓與瞬時質(zhì)點(diǎn)速度同相，故其聲壓分布 是隨距離增加而單調(diào)地下降，較平穩(wěn)。是隨距離增加而單調(diào)地下降，較平穩(wěn)。聲束在遠(yuǎn)場的擴(kuò)散由擴(kuò)散角聲束在遠(yuǎn)場的擴(kuò)散由擴(kuò)散角所決定，擴(kuò)散角所決定，擴(kuò)

15、散角的大的大 小亦與小亦與呈正比，與呈反比，即：呈正比，與呈反比，即：遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場 Sin0.61 r第26頁/共132頁定義：聲源在遠(yuǎn)場形成波束的這種方向特性稱為定義：聲源在遠(yuǎn)場形成波束的這種方向特性稱為 指向性。指向性。 同一換能器在不同頻率下工作，其指向同一換能器在不同頻率下工作，其指向 性將隨頻率的提高而趨明顯。性將隨頻率的提高而趨明顯。 指向性差的聲束不僅橫向分辨力差，且指向性差的聲束不僅橫向分辨力差，且 靈敏度低和易引入偽像。靈敏度低和易引入偽像。 常采用聚焦法改善聲束的特性。常采用聚焦法改善聲束的特性。靶向性靶向性第27頁/共132頁中間離聲束軸線最近的兩極小方向間的聲束中間離聲束軸

16、線最近的兩極小方向間的聲束部分稱主瓣。在兩相鄰的極小方向間存有一部分稱主瓣。在兩相鄰的極小方向間存有一較主瓣小的聲束，稱為旁瓣。較主瓣小的聲束，稱為旁瓣。 主瓣內(nèi)聚集了大部分能量，故主瓣內(nèi)聚集了大部分能量，故 主瓣的立體角小，能量較集中主瓣的立體角小，能量較集中 旁瓣的高度越高，所占立體角旁瓣的高度越高，所占立體角 越大，故主瓣以外能量減少且越大，故主瓣以外能量減少且 較分散，因此產(chǎn)生偽像較分散，因此產(chǎn)生偽像靶向性靶向性 示意圖示意圖第28頁/共132頁基本概念分辨力/率的種類超聲的分辨力/率第29頁/共132頁縱向分辨力縱向分辨力(longitudinal resolution)：為區(qū)別聲束

17、軸線上兩個物體的距離，與超聲為區(qū)別聲束軸線上兩個物體的距離，與超聲的頻率有關(guān)。的頻率有關(guān)。 橫向分辨力橫向分辨力(transverse resolution)：是區(qū)分處于與聲束軸線垂直是區(qū)分處于與聲束軸線垂直平面兩個物體的能力，與聲平面兩個物體的能力，與聲束的寬度有關(guān)。束的寬度有關(guān)。超聲分辨力：是指能夠分辨有一定間距的界面的能力超聲分辨力：是指能夠分辨有一定間距的界面的能力 其導(dǎo)數(shù)為分辨率其導(dǎo)數(shù)為分辨率超聲的分辨力/率第30頁/共132頁超聲的分辨力/率時間分辨力時間分辨力/ /率率第31頁/共132頁 軸向（縱向）分辨力/率 橫向或側(cè)向分辨力/率 厚度分辨力/率空間分辨力/率第32頁/共13

18、2頁定義：指沿聲束軸方向不同深度定義：指沿聲束軸方向不同深度 超聲儀可區(qū)分的兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。超聲儀可區(qū)分的兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。取決于：取決于： 超聲頻率、脈沖長度高分辨力：高分辨力： 超聲頻率高、脈沖窄高頻探頭：高頻探頭： 小兒、淺表器官軸向（縱向）分辨力/率第33頁/共132頁探頭頻率越高探頭頻率越高分辨力越高分辨力越高頻率與穿透性頻率與穿透性(penetrability)呈反比呈反比軸向（縱向）分辨力/率第34頁/共132頁定義：是指在垂直于超聲波束軸的平面上定義：是指在垂直于超聲波束軸的平面上 可區(qū)分兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離?？蓞^(qū)分兩個點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。 取決于聲束的寬度 聲束越窄，

19、分辨力越高 聚焦提高橫向分辨力橫向或側(cè)向分辨力/率第35頁/共132頁定義：是區(qū)分探頭在厚度方向的橫向分辨力。定義：是區(qū)分探頭在厚度方向的橫向分辨力。 探頭有一定厚度，故圖像 為斷層信息的疊加。 它與探頭的曲面聚焦及距 換能器的距離有關(guān)。 厚度分辨力越好，組織的 切面情況越真實(shí)。厚度分辨力/率第36頁/共132頁 超聲儀器的組成超聲儀器的組成 探頭、壓電效應(yīng)探頭、壓電效應(yīng) 基本電路、通道數(shù)基本電路、通道數(shù) 顯示器顯示器超聲概論超聲概論第37頁/共132頁壓電振子壓電振子 匹配層匹配層 聚焦件聚焦件 背襯塊背襯塊探頭（換能器）的組成探頭（換能器）的組成第38頁/共132頁正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)（超

20、聲接收器）（超聲接收器）逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)（超聲發(fā)生器）（超聲發(fā)生器）探頭的核心是壓電振子，由它完成機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換超聲的壓電效應(yīng)超聲的壓電效應(yīng)第39頁/共132頁定義：由在外場作用下，晶體將產(chǎn)生幾何形變，定義：由在外場作用下，晶體將產(chǎn)生幾何形變， ( (亦稱電致伸縮效應(yīng)亦稱電致伸縮效應(yīng)) )。 在晶體表面施加電場，可引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心在晶體表面施加電場，可引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生位移，這一極化位移導(dǎo)致了晶體的發(fā)生位移，這一極化位移導(dǎo)致了晶體的幾何應(yīng)變幾何應(yīng)變。超聲的逆壓電效應(yīng)超聲的逆壓電效應(yīng)第40頁/共132頁結(jié)晶在其兩個受力界面上引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位結(jié)晶在其兩個受力

21、界面上引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移，移，在兩個界面產(chǎn)生等量異號電荷在兩個界面產(chǎn)生等量異號電荷。定義：由外力作用引起的電介質(zhì)表面荷電效應(yīng)。定義：由外力作用引起的電介質(zhì)表面荷電效應(yīng)。超聲的正壓電效應(yīng)超聲的正壓電效應(yīng)第41頁/共132頁壓電振子常用的材料是：壓電振子常用的材料是： 人造壓電陶瓷鋯鈦酸鉛：人造壓電陶瓷鋯鈦酸鉛： 優(yōu)點(diǎn)：電優(yōu)點(diǎn)：電聲轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、聲轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、 易成形、成本低；易成形、成本低； 缺點(diǎn)：頻率不夠高等；缺點(diǎn)：頻率不夠高等； 偏鈮酸鉛：頻率及頻寬均較鋯鈦酸鉛好。偏鈮酸鉛：頻率及頻寬均較鋯鈦酸鉛好。 聚偏氟乙烯薄膜：頻帶更寬，是理想的壓電材料。聚偏氟乙烯薄膜：頻

22、帶更寬，是理想的壓電材料。壓電振子壓電振子第42頁/共132頁作用：使高聲阻抗的壓電振子與低聲阻抗作用：使高聲阻抗的壓電振子與低聲阻抗 的人體組織間達(dá)到阻抗匹配，以提的人體組織間達(dá)到阻抗匹配，以提 高聲能的最大傳輸效率。高聲能的最大傳輸效率。組成：通常用四分之一波長厚度的阻抗匹組成：通常用四分之一波長厚度的阻抗匹 配層來實(shí)現(xiàn)。配層來實(shí)現(xiàn)。匹配層匹配層第43頁/共132頁 位置：位置：在探頭的匹配層與人體組織間；在探頭的匹配層與人體組織間； 材料：材料：常用塑料或樹脂制成；常用塑料或樹脂制成； 作用：作用：聲聚焦和換能器的保護(hù)層；聲聚焦和換能器的保護(hù)層； 原理：原理：透鏡材料的聲速大于周圍介質(zhì)聲

23、透鏡材料的聲速大于周圍介質(zhì)聲 速時聲束可折射效應(yīng)發(fā)生會聚。速時聲束可折射效應(yīng)發(fā)生會聚。聲透鏡聲透鏡第44頁/共132頁背襯塊背襯塊 位置：位置：位于壓電振子背后位于壓電振子背后 材料：材料：由鎢粉與環(huán)氧樹組成的強(qiáng)吸聲物由鎢粉與環(huán)氧樹組成的強(qiáng)吸聲物 作用：作用：防消除后向干擾；實(shí)現(xiàn)窄脈沖，防消除后向干擾；實(shí)現(xiàn)窄脈沖， 提高縱向分辨力提高縱向分辨力 原理：原理：透吸收背向聲波，使之能量消耗透吸收背向聲波，使之能量消耗第45頁/共132頁按控制掃查方式按控制掃查方式 電子式電子式 線陣型、相控陣型、凸陣型及線陣型、相控陣型、凸陣型及 環(huán)陣式探頭。環(huán)陣式探頭。 機(jī)械式機(jī)械式 擺動式、旋轉(zhuǎn)式探頭。擺動式

24、、旋轉(zhuǎn)式探頭。探頭的分類探頭的分類第46頁/共132頁按晶片數(shù)數(shù)量按晶片數(shù)數(shù)量 單晶片單晶片 A A超、超、M M超及擺動式機(jī)械探頭超及擺動式機(jī)械探頭 多晶片多晶片 線陣型、凸陣型、相控陣型和線陣型、凸陣型、相控陣型和 環(huán)形陣型等環(huán)形陣型等探頭的分類探頭的分類第47頁/共132頁構(gòu)成：由6-8個陣元沿一直線排列組合；每個陣元分 割成若干窄條振子。原理：陣元組依一定順序工作，用電子開關(guān)輪番地接 通，形成線性掃描。 評估：近場視野大，易受肋骨、氣體影響。線陣探頭線陣探頭第48頁/共132頁構(gòu)成：陣元的窄條振子被均勻分布在凸形圓弧上；原理：同線陣，只是其波束是作扇形掃描； 評估：能避開胸骨和肋骨遮擋

25、，無噪音凸陣探頭凸陣探頭第49頁/共132頁構(gòu)成：與線陣類似，僅陣元數(shù)少些，故結(jié)構(gòu)緊湊。原理：通過適當(dāng)調(diào)整、控制各單元激勵信號的相 延(或時延)，以實(shí)現(xiàn)聲速偏轉(zhuǎn)。 評估：優(yōu)點(diǎn)與凸陣相似，但旁瓣較明顯。相控陣探頭相控陣探頭第50頁/共132頁 超聲診斷儀除連續(xù)多普勒用連續(xù)波外，大多超聲診斷儀除連續(xù)多普勒用連續(xù)波外，大多用脈沖波，后者種類很多，但基本結(jié)構(gòu)大致相用脈沖波，后者種類很多，但基本結(jié)構(gòu)大致相同。同。 基本電路基本電路第51頁/共132頁 即同步觸發(fā)信號發(fā)生器，它周期性地產(chǎn)生同步觸發(fā)脈沖信號，分別觸發(fā)發(fā)射電路與掃描發(fā)生器中的時基掃描電路。 其下限應(yīng)不小于探測目其下限應(yīng)不小于探測目標(biāo)運(yùn)動波形最

26、高頻率的倍，標(biāo)運(yùn)動波形最高頻率的倍，而其上限則取決于聲波對人體而其上限則取決于聲波對人體的最大探查深度所需的時間。的最大探查深度所需的時間。超聲脈沖重復(fù)頻率決定于超聲脈沖重復(fù)頻率決定于觸發(fā)脈沖的重復(fù)頻率，其觸發(fā)脈沖的重復(fù)頻率，其選擇必須滿足如下要求：選擇必須滿足如下要求：主控電路主控電路第52頁/共132頁 發(fā)射電路受同步信號觸發(fā)后，產(chǎn)生發(fā)射電路受同步信號觸發(fā)后，產(chǎn)生高壓電脈沖去激發(fā)換能器，換能器受到激發(fā)高壓電脈沖去激發(fā)換能器，換能器受到激發(fā)后，便發(fā)射一定頻率和寬度的脈沖超聲波。后，便發(fā)射一定頻率和寬度的脈沖超聲波。 超聲波的穿透力和縱向分超聲波的穿透力和縱向分辨力很大程度上決定于發(fā)射電路的辨

27、力很大程度上決定于發(fā)射電路的特性，一般要求發(fā)射電路發(fā)射既有特性，一般要求發(fā)射電路發(fā)射既有一定幅度，持續(xù)時間又要短的脈沖一定幅度，持續(xù)時間又要短的脈沖波。波。發(fā)射頻率決定于晶片的發(fā)射頻率決定于晶片的特性和厚度，頻寬還決特性和厚度，頻寬還決定于探頭的結(jié)構(gòu)及發(fā)射定于探頭的結(jié)構(gòu)及發(fā)射電路的阻尼。電路的阻尼。發(fā)射電路發(fā)射電路第53頁/共132頁 換能器發(fā)出脈沖波后，即接收其來自換能器發(fā)出脈沖波后，即接收其來自人體內(nèi)的超聲回波并將它轉(zhuǎn)換為高頻電信號，人體內(nèi)的超聲回波并將它轉(zhuǎn)換為高頻電信號，繼而通過高頻信號放大電路放大。繼而通過高頻信號放大電路放大。 為獲得足夠的靈敏度與保為獲得足夠的靈敏度與保真度，高頻信

28、號放大電路應(yīng)足真度，高頻信號放大電路應(yīng)足夠大增益和帶寬。并根據(jù)不同夠大增益和帶寬。并根據(jù)不同需要，在高頻信號放大電路中需要，在高頻信號放大電路中設(shè)有設(shè)有TGCTGC。電路組成：電路組成：保護(hù)電路、保護(hù)電路、前置放大、高頻放大及前置放大、高頻放大及非線性放大的時間增益非線性放大的時間增益電路等組成。電路等組成。高頻信號放大電路高頻信號放大電路第54頁/共132頁 回波電信號經(jīng)高頻放大后，再作檢波，回波電信號經(jīng)高頻放大后，再作檢波，檢波后的視頻包絡(luò)信號，頻率較低，需經(jīng)過檢波后的視頻包絡(luò)信號，頻率較低，需經(jīng)過視頻信號放大器作適當(dāng)?shù)姆糯?。視頻信號放大器作適當(dāng)?shù)姆糯?。型超聲儀：型超聲儀： 將信號加至顯示

29、器將信號加至顯示器y y軸偏轉(zhuǎn)板軸偏轉(zhuǎn)板( (或偏轉(zhuǎn)線圈或偏轉(zhuǎn)線圈) )上，使電子水平掃描上，使電子水平掃描線產(chǎn)生垂直方向偏移線產(chǎn)生垂直方向偏移( (A A型型) )；型、型超聲儀：型、型超聲儀： 將信號加到顯示器的柵極上將信號加到顯示器的柵極上進(jìn)行圖象的亮度調(diào)制。進(jìn)行圖象的亮度調(diào)制。具有數(shù)字掃描變換器的具有數(shù)字掃描變換器的超聲儀是在信號合成及超聲儀是在信號合成及D/AD/A轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換后, ,經(jīng)視放放大經(jīng)視放放大去調(diào)節(jié)顯示器的亮度。去調(diào)節(jié)顯示器的亮度。視頻信號放大電路視頻信號放大電路第55頁/共132頁 掃描發(fā)生器產(chǎn)生的掃描電壓加到顯示掃描發(fā)生器產(chǎn)生的掃描電壓加到顯示器的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，使電子束按

30、一定的規(guī)律掃器的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，使電子束按一定的規(guī)律掃描。描。 通常把視頻放大器和掃通常把視頻放大器和掃描發(fā)生器統(tǒng)稱為顯示電路，而顯示描發(fā)生器統(tǒng)稱為顯示電路，而顯示系統(tǒng)則由顯示器件、顯示電路和有系統(tǒng)則由顯示器件、顯示電路和有關(guān)電路組成。關(guān)電路組成。 A A型、型、M M型及型及B B型超聲診斷儀的掃描型超聲診斷儀的掃描發(fā)生器都不相同。發(fā)生器都不相同。掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器第56頁/共132頁彩色多普勒超聲的工作原理圖彩色多普勒超聲的工作原理圖第57頁/共132頁 通道數(shù)通道數(shù)物理通道數(shù)物理通道數(shù) 線陣或凸陣探頭可連接多少個陣子線陣或凸陣探頭可連接多少個陣子有效通道數(shù)有效通道數(shù) 可連接的電子相控陣探頭

31、的振子數(shù)可連接的電子相控陣探頭的振子數(shù) 線陣、凸陣探頭發(fā)射接收時同時振動的陣子數(shù)線陣、凸陣探頭發(fā)射接收時同時振動的陣子數(shù)處理通道數(shù)處理通道數(shù) 加算處理后的最大可能控制通道數(shù)加算處理后的最大可能控制通道數(shù) 最大可連接陣子數(shù)最大可連接陣子數(shù)Multi Beam ProcessingMulti Beam Processing數(shù)數(shù)第58頁/共132頁 通道數(shù)通道數(shù)陣子數(shù)陣子數(shù)同時振動同時振動2727個陣子逐個按個陣子逐個按6 6個為一組發(fā)射個為一組發(fā)射/ /接收接收: : 共形成共形成2222根波束根波束第59頁/共132頁 通道數(shù)通道數(shù)陣子數(shù)陣子數(shù)同時振動同時振動同時振動陣子數(shù)越多同時振動陣子數(shù)越多

32、, , 可得到大的開口可得到大的開口如果增加陣子如果增加陣子, , 視野就會擴(kuò)大視野就會擴(kuò)大第60頁/共132頁顯示器顯示器 從人體反射回來的超聲信息最終是從顯示從人體反射回來的超聲信息最終是從顯示器或記錄儀上顯示的圖象中提取的。器或記錄儀上顯示的圖象中提取的。 超聲診斷儀的顯示器通 常 是 陰 極 射 線 管(CRT)，根據(jù)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的不同可分兩種，即靜電偏轉(zhuǎn)示波管和磁偏轉(zhuǎn)顯示管。第61頁/共132頁第62頁/共132頁第63頁/共132頁 第64頁/共132頁不同類型的超聲圖像顯示不同類型的超聲圖像顯示A A型型B B型型M M型型三維三維第65頁/共132頁 A型超聲儀型超聲儀 M型超聲儀

33、型超聲儀 B型超聲儀型超聲儀 彩色多普勒超聲儀彩色多普勒超聲儀 多普勒效應(yīng)和應(yīng)用多普勒效應(yīng)和應(yīng)用 實(shí)時三維超聲儀實(shí)時三維超聲儀醫(yī)用超聲技術(shù)的發(fā)展史醫(yī)用超聲技術(shù)的發(fā)展史第66頁/共132頁型超聲診斷儀型超聲診斷儀 以探頭接收到的超聲脈沖信號的幅度為縱坐標(biāo)，而以超聲脈沖的傳播時間為橫坐標(biāo)的一種顯示方式。型超聲適用于簡單解剖結(jié)構(gòu)的檢查、線型超聲適用于簡單解剖結(jié)構(gòu)的檢查、線密度測量，如腦中線檢查、眼科檢查密度測量，如腦中線檢查、眼科檢查DistanceAmplitude第67頁/共132頁型超聲診斷儀型超聲診斷儀第68頁/共132頁型超聲型超聲基本原理基本原理 將回波強(qiáng)度加到顯示器的控制極上作輝度調(diào)制

34、，代表深度的時基線加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，而在水平偏轉(zhuǎn)板上加一慢變化的時間掃描電壓，使深度的時基線以慢速沿方向移動，故靜止目標(biāo)的顯示像是一條水平亮跡，擺動著的單型顯像為一正弦曲線第69頁/共132頁TimeDistanceM-modeMotion型超聲型超聲基本原理基本原理第70頁/共132頁型超聲診斷儀型超聲診斷儀 顯示的局部亮度或光強(qiáng)代表回波的幅度的回波信息表示方法。在顯示屏上，以聲束掃查移動位置為橫坐標(biāo)，以超聲的傳播時間縱坐標(biāo)，并以回波幅度調(diào)制輝度，可得到探頭掃查經(jīng)過的平面內(nèi)的圖像Lateral distanceDepthBrightness第71頁/共132頁型超聲診斷儀型超聲診斷儀第72頁

35、/共132頁彩色多普勒超聲儀彩色多普勒超聲儀B B型超聲型超聲+ +血流多普勒信號血流多普勒信號+ +實(shí)時彩色血流實(shí)時彩色血流第73頁/共132頁彩色多普勒超聲儀彩色多普勒超聲儀第74頁/共132頁 多普勒效應(yīng)原理多普勒效應(yīng)原理 多普勒頻譜輸出方式多普勒頻譜輸出方式 多普勒頻譜的分類多普勒頻譜的分類多普勒效應(yīng)和應(yīng)用多普勒效應(yīng)和應(yīng)用第75頁/共132頁多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 定義：定義：聲源與接收器在連續(xù)介質(zhì)中存在著相對運(yùn)聲源與接收器在連續(xù)介質(zhì)中存在著相對運(yùn) 動時聲波頻率將發(fā)生改變。動時聲波頻率將發(fā)生改變。第76頁/共132頁探頭工作時，換能器發(fā)出超聲波，由運(yùn)動著的紅細(xì)胞發(fā)出散射回波，再由接收換能

36、器接收此回波。 在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)可用于在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)可用于檢測心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度、橫檢測心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度、橫膈的活動以及胎兒的呼吸等。膈的活動以及胎兒的呼吸等。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 第77頁/共132頁由此可見：當(dāng)血流流向換能器時，fd為正值(接收頻率高于發(fā)射頻率)；當(dāng)血流流離換能器時，fd為負(fù)值。當(dāng)角為2時，fd0。 頻譜多普勒超聲儀上通常將正頻移設(shè)為正向波，負(fù)頻移為負(fù)向波。而彩色多普勒則將正頻移設(shè)為紅色，負(fù)頻移為藍(lán)色。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 第78頁/共132頁多普勒頻移公式多普勒頻移公式頻移頻移= =收發(fā)超聲頻率之差收發(fā)超

37、聲頻率之差 2Vcos fd ：聲波波長，v：血流速度：聲波方向與血流方向夾角第79頁/共132頁 將血流方向與超聲束之間的夾角稱為多普勒角(Doppler angle)，測量到的血流速度v是真實(shí)血流速度(帶方向的血流速度矢量 )的分量，如圖所示： 檢測血流速度與實(shí)際流速的關(guān)系檢測血流速度與實(shí)際流速的關(guān)系 第80頁/共132頁 探測血流速度的誤差分析探測血流速度的誤差分析 由于多普勒角度不同，其估計(jì)誤差所導(dǎo)致的血流速度估計(jì)誤差并不由于多普勒角度不同，其估計(jì)誤差所導(dǎo)致的血流速度估計(jì)誤差并不同。圖顯示了不同多普勒角度情況下，每度多普勒角估計(jì)誤差所造成的同。圖顯示了不同多普勒角度情況下，每度多普勒角

38、估計(jì)誤差所造成的流速估計(jì)誤差。流速估計(jì)誤差。圖圖21 21 不同多普勒角的速度估計(jì)誤差不同多普勒角的速度估計(jì)誤差 圖圖2-2 2-2 不同多普勒角度情況下，流速估計(jì)誤差不同多普勒角度情況下，流速估計(jì)誤差 第81頁/共132頁多普勒超聲技術(shù)多普勒超聲技術(shù)頻譜多普勒頻譜多普勒彩色多普勒血流成像技術(shù)彩色多普勒血流成像技術(shù)多普勒效應(yīng)和應(yīng)用多普勒效應(yīng)和應(yīng)用第82頁/共132頁頻譜多普勒頻譜多普勒 多普勒超聲脈沖波進(jìn)入人體后，將產(chǎn)生一系列復(fù)雜的頻移信號，這些信號被接收器接收并處理之后，還必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)念l率分析和顯示，方能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫难餍畔ⅰ５?3頁/共132頁多普勒頻譜分析多普勒頻譜分析 利用數(shù)學(xué)的方法

39、對多普勒信號的頻率、振幅及其隨時間而變化的過程進(jìn)行實(shí)時分析的一種技術(shù)。在多普勒超聲中，實(shí)時頻譜分析的方法主要采用快速富立葉轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對一個復(fù)雜信號進(jìn)行實(shí)時頻譜分析，經(jīng)過分析后，就能鑒別信號中的各種頻率移動和這些頻移信號的有關(guān)流向，將復(fù)雜的混合信號分解為單個的頻率元素，最后形成實(shí)時顯示的血流頻譜。第84頁/共132頁多普勒頻譜顯示多普勒頻譜顯示多普勒信號經(jīng)過頻譜分析之后多普勒信號經(jīng)過頻譜分析之后, ,通通過兩種方式加以輸出，一種是音頻過兩種方式加以輸出，一種是音頻輸出，另一種是圖象輸出。輸出，另一種是圖象輸出。第85頁/共132頁多普勒的輸出多普勒的輸出 - - 音頻信號音頻信

40、號 多普勒的發(fā)射和接收頻率均為超聲，但其頻移的數(shù)值常為1-20干赫，恰為可聞聲。故頻移信號被放大后輸入揚(yáng)聲器中，成為音頻信號。 音頻信號可反映血流的性質(zhì)，其高低反映頻音頻信號可反映血流的性質(zhì)，其高低反映頻 率的高低，而響度則反映振幅的高低。率的高低，而響度則反映振幅的高低。 血流在流經(jīng)心腔和大血管的不同部位時，可血流在流經(jīng)心腔和大血管的不同部位時，可 將產(chǎn)生不同的音頻信號。將產(chǎn)生不同的音頻信號。 借助于音頻信號，可正確地判斷血流的性質(zhì)借助于音頻信號，可正確地判斷血流的性質(zhì) 并指導(dǎo)聲束的方向。并指導(dǎo)聲束的方向。 第86頁/共132頁多普勒的輸出多普勒的輸出 - - 圖像信號圖像信號 頻譜顯示是多

41、普勒頻移信號圖象輸出的主要方式。在這種顯示中，可得到以下信息：頻移時間：頻移時間：以橫坐標(biāo)的數(shù)值表示，代表血流持續(xù)的時間，以橫坐標(biāo)的數(shù)值表示，代表血流持續(xù)的時間， 單位為秒。單位為秒。頻移大?。侯l移大小：以縱坐標(biāo)的數(shù)值表示，代表血流速度的大小，以縱坐標(biāo)的數(shù)值表示，代表血流速度的大小， 單位常以米秒。單位常以米秒。第87頁/共132頁多普勒圖像信號輸出多普勒圖像信號輸出 頻移方向：頻移方向：以頻譜圖的基線為界，基線以上的頻移信號以頻譜圖的基線為界，基線以上的頻移信號 為正值，基線以下的頻移信號為負(fù)值。為正值，基線以下的頻移信號為負(fù)值。信號振幅：信號振幅：以頻譜的灰度表示，代表取樣容積或探查聲以頻

42、譜的灰度表示，代表取樣容積或探查聲 束內(nèi)具有相同流速的血細(xì)胞數(shù)量的多少。束內(nèi)具有相同流速的血細(xì)胞數(shù)量的多少。頻率范圍：頻率范圍：以縱坐標(biāo)上頻譜的寬度表示，代表某一瞬取以縱坐標(biāo)上頻譜的寬度表示，代表某一瞬取 樣容積中血細(xì)胞速度分布范圍。樣容積中血細(xì)胞速度分布范圍。第88頁/共132頁多普勒分類多普勒分類 - - 連續(xù)波多普勒信號連續(xù)波多普勒信號 理論上最大流速的測值無限制性。 定量分析狹窄、分流 和返流性病， 其主要缺點(diǎn)是缺乏空 間分辨能力。 探頭用雙晶片，一個連續(xù)發(fā)射脈沖波，另一個探頭用雙晶片，一個連續(xù)發(fā)射脈沖波，另一個連續(xù)接收并轉(zhuǎn)換成電信號和放大，經(jīng)過基本電路連續(xù)接收并轉(zhuǎn)換成電信號和放大，經(jīng)

43、過基本電路的處理，即可在顯示器上得到多普勒頻移隨時間的處理，即可在顯示器上得到多普勒頻移隨時間變化的圖譜。變化的圖譜。第89頁/共132頁連續(xù)波多普勒信號連續(xù)波多普勒信號第90頁/共132頁距離選通：距離選通：沿超聲束不同深度的沿超聲束不同深度的 某一區(qū)域作多普勒檢查某一區(qū)域作多普勒檢查取樣容積：取樣容積：其大小等于脈沖波的其大小等于脈沖波的 波長與數(shù)目的乘積。波長與數(shù)目的乘積。突出優(yōu)點(diǎn)：突出優(yōu)點(diǎn)：疾病的定位診斷和血疾病的定位診斷和血 流量的定量測定。流量的定量測定。主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：受脈沖重復(fù)頻率的限受脈沖重復(fù)頻率的限 制，易出現(xiàn)頻率失真。制，易出現(xiàn)頻率失真。 其超聲脈沖波的發(fā)射與接收均以

44、一個探頭其超聲脈沖波的發(fā)射與接收均以一個探頭進(jìn)行，它是在一選擇性的時間延遲后，才開進(jìn)行，它是在一選擇性的時間延遲后，才開始接受回聲信號。始接受回聲信號。多普勒分類多普勒分類 脈沖波多普勒信脈沖波多普勒信號號第91頁/共132頁脈沖波多普勒信號脈沖波多普勒信號第92頁/共132頁尼奎斯特極限尼奎斯特極限 根據(jù)取樣定位，脈沖重復(fù)頻率必須大根據(jù)取樣定位，脈沖重復(fù)頻率必須大于多普勒頻移于多普勒頻移( (fd)fd)的二倍，才能準(zhǔn)確顯示的二倍，才能準(zhǔn)確顯示頻移的方向和大小，即：頻移的方向和大小，即：fdfd1/2PRF1/2PRF，脈脈沖重復(fù)頻率的沖重復(fù)頻率的1 12 2為為尼奎斯特極限尼奎斯特極限。如

45、果。如果多普勒頻移值超過這一極限，脈沖式多普多普勒頻移值超過這一極限，脈沖式多普勒所檢出的頻率改變就會出現(xiàn)大小和方向勒所檢出的頻率改變就會出現(xiàn)大小和方向的偽差，稱為頻率失真，或頻率混疊。的偽差，稱為頻率失真，或頻率混疊。第93頁/共132頁 高脈沖重復(fù)頻率式多普勒是在脈沖多普勒基高脈沖重復(fù)頻率式多普勒是在脈沖多普勒基礎(chǔ)上加以改進(jìn)礎(chǔ)上加以改進(jìn), ,在探頭換能器發(fā)射一組超聲脈在探頭換能器發(fā)射一組超聲脈沖沖 波后波后, ,回聲信號尚未返回來時回聲信號尚未返回來時, ,又發(fā)射一又發(fā)射一組新的組新的 超聲脈沖波超聲脈沖波. .在同一超聲束的不同深在同一超聲束的不同深度可有一個以上取樣容積度可有一個以上取

46、樣容積, ,由于脈沖頻率增加由于脈沖頻率增加了兩倍了兩倍, ,檢檢 測到的最大頻移也就增加了一倍測到的最大頻移也就增加了一倍. .多普勒分類多普勒分類 高脈沖波重復(fù)頻率多普高脈沖波重復(fù)頻率多普勒勒第94頁/共132頁彩色多普勒血流圖彩色多普勒血流圖& &能量圖能量圖彩色的深淺取決于取樣容積彩色的深淺取決于取樣容積中紅細(xì)胞數(shù)量；強(qiáng)調(diào)的是血中紅細(xì)胞數(shù)量；強(qiáng)調(diào)的是血流量流量, ,不表示血流方向不表示血流方向紅藍(lán)代表血流的方向紅藍(lán)代表血流的方向顏色色深淺代表血流速度顏色色深淺代表血流速度第95頁/共132頁常用多普勒技術(shù)比較常用多普勒技術(shù)比較：脈沖連續(xù)彩色距離選通能否能空間定位否否能高

47、速血流測量否能否圖像質(zhì)量好好好操作難度易難易對二維圖像的影響小小大第96頁/共132頁三維超聲診斷儀三維超聲診斷儀將立體圖象以投影圖或透視圖表現(xiàn)在平面上將立體圖象以投影圖或透視圖表現(xiàn)在平面上的顯示方式，可從各個角度來觀察該立體目標(biāo)。的顯示方式，可從各個角度來觀察該立體目標(biāo)。第97頁/共132頁三維超聲診斷儀三維超聲診斷儀第98頁/共132頁 諧波成像技術(shù)諧波成像技術(shù) 復(fù)合成像技術(shù)復(fù)合成像技術(shù) 組織多普勒技術(shù)組織多普勒技術(shù) 實(shí)時三維超聲技術(shù)實(shí)時三維超聲技術(shù)醫(yī)用超聲技術(shù)的新進(jìn)展醫(yī)用超聲技術(shù)的新進(jìn)展第99頁/共132頁 諧波技術(shù)原理諧波技術(shù)原理 組織諧波技術(shù)組織諧波技術(shù) 造影諧波技術(shù)造影諧波技術(shù)諧波

48、成像技術(shù)諧波成像技術(shù)第100頁/共132頁二次諧波成像的原理二次諧波成像的原理 傳播時傳播時 發(fā)射超聲波的中心頻率為發(fā)射超聲波的中心頻率為f f0 0，其能量比較高，在彈性其能量比較高，在彈性介質(zhì)中非線性傳播時，不僅含有介質(zhì)中非線性傳播時，不僅含有f f0 0的基波，而且有的基波，而且有2 2 f f0 0的諧波，的諧波，超聲波傳播的非線性效應(yīng)超聲波傳播的非線性效應(yīng)反射時反射時 在超聲造影成像時聲波沖擊造影劑微泡，微泡可能在在超聲造影成像時聲波沖擊造影劑微泡，微泡可能在2 2倍或更高倍數(shù)的聲波頻率上振動，作為新的聲源而發(fā)射倍或更高倍數(shù)的聲波頻率上振動，作為新的聲源而發(fā)射2 2f f0 0的的諧

49、波反回到探頭。接收造影劑的這種二次諧波就能很好地顯示諧波反回到探頭。接收造影劑的這種二次諧波就能很好地顯示造影劑回聲信號。這種非線性現(xiàn)象主要表現(xiàn)有三個方面造影劑回聲信號。這種非線性現(xiàn)象主要表現(xiàn)有三個方面：第101頁/共132頁 聲波速度的非線性改變聲波速度的非線性改變諧波的產(chǎn)生諧波的產(chǎn)生 超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，使介質(zhì)在壓力大的區(qū)域，分子緊密排列，而在壓力低的區(qū)域，分子排列疏松，圖超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時，使介質(zhì)在壓力大的區(qū)域，分子緊密排列，而在壓力低的區(qū)域，分子排列疏松，圖4-24-2。 介質(zhì)這一密度上的變化使聲波的速度處于壓縮區(qū)要比疏松區(qū)稍快，若介質(zhì)這一密度上的變化使聲波的速度處于壓縮區(qū)

50、要比疏松區(qū)稍快，若c c0 0為同一介質(zhì)中的傳播速度，為同一介質(zhì)中的傳播速度，c c1 1為壓縮區(qū)為壓縮區(qū)的聲速，的聲速，c c2 2為疏松區(qū)的速度則為疏松區(qū)的速度則c c1 1 c c0 0 c c2 2。介質(zhì)中各點(diǎn)傳播的聲速不同而導(dǎo)致聲波傳播過程中形態(tài)上發(fā)生輕微變化，介質(zhì)中各點(diǎn)傳播的聲速不同而導(dǎo)致聲波傳播過程中形態(tài)上發(fā)生輕微變化，即產(chǎn)生畸變。圖即產(chǎn)生畸變。圖1111波峰變尖，這就意味著諧波頻率的產(chǎn)生，這種尖峰特征比波的圓飩的波谷傳播更快。波峰變尖，這就意味著諧波頻率的產(chǎn)生，這種尖峰特征比波的圓飩的波谷傳播更快。 此種現(xiàn)象與海浪涌向岸邊時逐漸演變?yōu)榧舛傅牟ɡ祟愃疲思夥宕磔^高的諧波頻率，

51、而近海岸邊的則代表此種現(xiàn)象與海浪涌向岸邊時逐漸演變?yōu)榧舛傅牟ɡ祟愃疲思夥宕磔^高的諧波頻率，而近海岸邊的則代表基波頻率?；l率。圖圖4-2 介質(zhì)的壓縮與疏松介質(zhì)的壓縮與疏松圖圖4-3 4-3 脈沖波傳播過程中產(chǎn)生諧波示意圖脈沖波傳播過程中產(chǎn)生諧波示意圖第102頁/共132頁諧波能量的非線性改變：諧波能量的非線性改變： 超波在彈性介質(zhì)中傳播時，不僅產(chǎn)生諧波頻率，而且諧波頻率能量隨超波在彈性介質(zhì)中傳播時，不僅產(chǎn)生諧波頻率，而且諧波頻率能量隨傳播距離而呈非線性改變。圖傳播距離而呈非線性改變。圖4-4 4-4 在近場表淺處，超聲波僅由基波頻率在近場表淺處，超聲波僅由基波頻率組成。但傳播后，能量會

52、在二次諧波頻率處產(chǎn)生。組成。但傳播后，能量會在二次諧波頻率處產(chǎn)生。 其基波強(qiáng)度隨傳播距離而減少，但諧波強(qiáng)度呈非線性改變。在表淺處其基波強(qiáng)度隨傳播距離而減少，但諧波強(qiáng)度呈非線性改變。在表淺處諧波能量較低，采用諧波成像，可克眼來原于腹壁和接近腹壁的反射和諧波能量較低，采用諧波成像，可克眼來原于腹壁和接近腹壁的反射和散射的基波偽象，而傳播數(shù)厘米后，諧波能量明顯增加，產(chǎn)生具有一定散射的基波偽象，而傳播數(shù)厘米后，諧波能量明顯增加，產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的諧波頻率。強(qiáng)度的諧波頻率。圖圖4-4 4-4 諧波能量變化示意圖諧波能量變化示意圖第103頁/共132頁基波能量與諧波能量的非線性改變基波能量與諧波能量的非線

53、性改變 諧波頻率能量的高低與基波頻率能量有關(guān)，弱的基波頻率幾乎不產(chǎn)生諧波頻率能量，而強(qiáng)的基波產(chǎn)生較大的諧波能量 這種非線性改變對于基波能量弱的旁瓣產(chǎn)生的諧波，則極少會使諧波成像產(chǎn)生旁瓣偽像影響。圖圖4-5 4-5 基波能量與諧波能量關(guān)系示意圖基波能量與諧波能量關(guān)系示意圖第104頁/共132頁 2.二次諧波的接收二次諧波的接收 二次諧波接收是提取二次諧波接收是提取2 2f f0 0的諧波回聲信號，包括自的諧波回聲信號，包括自然組織與造影劑的諧波信號。然組織與造影劑的諧波信號。( (圖圖4-6)4-6)。圖圖4-6 4-6 諧波信號的接收示意諧波信號的接收示意圖圖第105頁/共132頁 現(xiàn)在已在彩

54、超中采取多種技術(shù)措施使二次諧波與基波相現(xiàn)在已在彩超中采取多種技術(shù)措施使二次諧波與基波相分離，而提取純凈的二次諧波成像，它可以是一個僅使諧波分離，而提取純凈的二次諧波成像，它可以是一個僅使諧波頻率能通過的銳利接收濾波器。（圖頻率能通過的銳利接收濾波器。（圖4-74-7）。同時，接收系）。同時，接收系統(tǒng)應(yīng)具有很寬的動態(tài)范圍，才能更好地接收非常弱的諧波信統(tǒng)應(yīng)具有很寬的動態(tài)范圍，才能更好地接收非常弱的諧波信號成像。號成像。 圖圖4-7 4-7 銳利濾波器的過濾作用銳利濾波器的過濾作用 若是寬帶濾波，使基波和諧波混合，而窄帶濾波時，若是寬帶濾波，使基波和諧波混合，而窄帶濾波時，只有諧波能量通過。只有諧波

55、能量通過。第106頁/共132頁組織諧波及造影劑諧波成像組織諧波及造影劑諧波成像 隨著非線性學(xué)論理的發(fā)展，對超聲波在人體組織隨著非線性學(xué)論理的發(fā)展，對超聲波在人體組織傳播的研究表明：超聲波與人體組織（傳播的研究表明：超聲波與人體組織（介質(zhì)介質(zhì)）作用，其）作用，其傳播、反射（和散射）時都具有非線性效應(yīng)。傳播、反射（和散射）時都具有非線性效應(yīng)。 這種非這種非線性效應(yīng)使發(fā)射的基波頻率線性效應(yīng)使發(fā)射的基波頻率f f0 0會出現(xiàn)會出現(xiàn)n n f f0 0頻率的諧波頻率的諧波( (n=1/2, 2, 3 )n=1/2, 2, 3 )。這種傳播和反射非線性效應(yīng)所產(chǎn)這種傳播和反射非線性效應(yīng)所產(chǎn)生的諧波頻率決定

56、了諧波成像的不同應(yīng)用。生的諧波頻率決定了諧波成像的不同應(yīng)用。 諧波成像分自然組織諧波成像及造影劑諧波成像諧波成像分自然組織諧波成像及造影劑諧波成像第107頁/共132頁 組織諧波成像與圖像質(zhì)量組織諧波成像與圖像質(zhì)量 諧波成像可以明顯改變超聲圖像質(zhì)量諧波成像可以明顯改變超聲圖像質(zhì)量，表現(xiàn)在：，表現(xiàn)在： 1).1).消除近場偽像干擾消除近場偽像干擾 表層腹壁或接近腹壁表層腹壁或接近腹壁的反射和散射會產(chǎn)生超聲偽像，但這些偽的反射和散射會產(chǎn)生超聲偽像，但這些偽像基波能量強(qiáng)，而諧波能量極少，當(dāng)采用諧波成像時，則近場的偽像將大像基波能量強(qiáng)，而諧波能量極少，當(dāng)采用諧波成像時，則近場的偽像將大部分被消除。部分

57、被消除。 基波聲束旁瓣基波聲束旁瓣會產(chǎn)生明顯的旁瓣偽像，而二次諧波聲束旁瓣能會產(chǎn)生明顯的旁瓣偽像，而二次諧波聲束旁瓣能量與中心聲束能量相比呈反比例降低，即使二次諧波信號強(qiáng)度放大與基波量與中心聲束能量相比呈反比例降低，即使二次諧波信號強(qiáng)度放大與基波的信號強(qiáng)度相當(dāng)時，二次諧波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次諧波成的信號強(qiáng)度相當(dāng)時，二次諧波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次諧波成像時，就能明顯地消除聲束旁瓣偽像并使主瓣變細(xì)（圖像時，就能明顯地消除聲束旁瓣偽像并使主瓣變細(xì)（圖4-94-9）。）。 圖圖4-9 4-9 基波二次諧波聲束輪廓示意圖基波二次諧波聲束輪廓示意圖第108頁/共132頁 2)2)消除

58、近場混響消除近場混響 聲束在表淺組織內(nèi)表層與肋骨之間產(chǎn)生混響聲束在表淺組織內(nèi)表層與肋骨之間產(chǎn)生混響, , 對圖像顯對圖像顯示常出現(xiàn)模糊霧狀改變。因此時，尚未形成明顯的諧波能量，示常出現(xiàn)模糊霧狀改變。因此時，尚未形成明顯的諧波能量，這些混響是由基波頻率的能量形成，當(dāng)聲束穿過表淺層進(jìn)入這些混響是由基波頻率的能量形成，當(dāng)聲束穿過表淺層進(jìn)入組織后，諧波信號能量明顯。在接收時，消除基波后，二次組織后，諧波信號能量明顯。在接收時，消除基波后，二次諧波成像使紊亂和模糊影像被消除，得到了更為清晰的圖像諧波成像使紊亂和模糊影像被消除，得到了更為清晰的圖像。組織諧波成像不需要注入造影劑，而需要高靈敏度的組織諧波成

59、像不需要注入造影劑，而需要高靈敏度的接收系統(tǒng)。包括探頭的靈敏度和大的動態(tài)范圍及信號處理技接收系統(tǒng)。包括探頭的靈敏度和大的動態(tài)范圍及信號處理技術(shù)（提高信術(shù)（提高信/ /噪比及接收微弱諧波信號的能力）。噪比及接收微弱諧波信號的能力）。 第109頁/共132頁 超聲造影諧波成像超聲造影諧波成像 聲速非線性而產(chǎn)生的諧波成分，它是聲波在組織中傳播而產(chǎn)聲速非線性而產(chǎn)生的諧波成分，它是聲波在組織中傳播而產(chǎn)生的；生的； 基波與諧波沖擊基波與諧波沖擊UCAUCA微氣泡產(chǎn)生反射與散射的增強(qiáng)信號，即微氣泡產(chǎn)生反射與散射的增強(qiáng)信號，即UCAUCA微泡的反射非線性又產(chǎn)生入射信號的基波和諧波，但接收微泡的反射非線性又產(chǎn)生

60、入射信號的基波和諧波，但接收時，只接取時，只接取2 2f f0 0的諧波信號，但它是二種效果的綜合。即：的諧波信號，但它是二種效果的綜合。即：1)1)頻率為頻率為2 2f f0 0的入射諧波和微氣泡對此反射的二次諧波。的入射諧波和微氣泡對此反射的二次諧波。頻率為頻率為f f0 0 的入射基波和微氣泡界面對比的非線性反射的入射基波和微氣泡界面對比的非線性反射產(chǎn)生的產(chǎn)生的2 2f f0 0的諧波。對于自然組織諧波成像，它包括：的諧波。對于自然組織諧波成像，它包括：聲速非線性而產(chǎn)生的諧波即聲速非線性而產(chǎn)生的諧波即2 2f f0 0； 2) 2)基波與非線性界面反射而產(chǎn)生頻率為基波與非線性界面反射而產(chǎn)生頻率為2 2f