《醫(yī)學(xué)超聲儀器概論》課件

第三章醫(yī)用超聲儀器概論1醫(yī)學(xué)PPT第三章1醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論

超聲診斷儀器向人體內(nèi)發(fā)射超聲能量，并接收人體組織反射和散射的回波信號，根據(jù)其所攜帶的有關(guān)人體信息，加以檢測、放大等處理，并顯示出來，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。超聲治療儀器向人體發(fā)射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產(chǎn)生的各種生物效應(yīng)，對有疾病的組織起到治療作用。

其它超聲霧化設(shè)備超聲清洗設(shè)備超聲細(xì)胞粉碎設(shè)備2醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論超聲診斷儀器2醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理

超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結(jié)構(gòu)信息）。一、脈沖回波法原理脈沖回波技術(shù)利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過檢測臟器界面的反射波，實現(xiàn)組織定位，并檢測其特性。以A型超聲顯示為例說明脈沖回波法原理。3醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發(fā)射的瞬間，顯示器上光點垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過介質(zhì)1，光點在顯示器上形成水平掃描線。(c)當(dāng)超聲到達(dá)1、2介質(zhì)的分界面上，一部分能量經(jīng)界面反射，大部分能量通過界面繼續(xù)向前傳播；反射回聲到達(dá)探頭，換能器將回聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，并成為顯示器垂直偏轉(zhuǎn)板的輸入信號，顯示器上顯示回聲信號脈沖；(d)由2、3介質(zhì)分界面反射的回聲到達(dá)探頭，在顯示器上顯示出相應(yīng)的脈沖。4醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發(fā)射與接收是由同一換能器完成的，根據(jù)發(fā)射脈沖和回波脈沖的時間間隔T，計算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：

式中，c為介質(zhì)中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖5醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理二、超聲診斷儀器的基本構(gòu)成6醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理振蕩器，即同步觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的同步觸發(fā)脈沖，決定發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。發(fā)射器，受觸發(fā)后產(chǎn)生高壓電脈沖激勵超聲換能器。換能器，產(chǎn)生超聲脈沖，接收由目標(biāo)形成的回波脈沖信號并轉(zhuǎn)換成電信號，送入回波信息處理系統(tǒng)?；夭ㄐ畔⑻幚硐到y(tǒng)，由射頻信號接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處理超聲回波信息。顯示器，顯示圖象信息。掃描發(fā)生器，在振蕩器產(chǎn)生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩(wěn)定。7醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)表征超聲診斷儀性能的參數(shù)：聲系統(tǒng)參數(shù)

（1）聲輸出的強度、總功率等；（2）超聲場的時頻特性，如波形、持續(xù)時間、脈沖重復(fù)頻率、脈沖形狀、帶寬等；（3）聲場分布特性，如聚焦特性、波束形狀等。圖象特性參數(shù)（1）分辨率；（2）位置記錄精度；（3）深度測量精度；（4）幀頻等。

電氣特性參數(shù)

（1）靈敏度；（2）增益及TGC指標(biāo)；（3）壓縮特性及動態(tài)范圍；（4）顯示器的動態(tài)范圍等。8醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)表第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)一、分辨率超聲成像的分辨率有橫向分辨率（垂直波束方向）和縱向分辨率（平行波束方向）之分，縱向分辨率總是優(yōu)于橫向分辨率。1、橫向分辨率：區(qū)分處于垂直于聲束的平面上兩個物體的能力。聲束直徑尺寸直接影響橫向分辨率，波束越細(xì)，能分辨的尺度越小，橫向分辨率越高；在近場區(qū)橫向分辨率大致等于換能器的直徑。如何提高橫向分辨率：聚焦，使波束的有效直徑減??；對于聚焦換能器，若其直徑為D，系統(tǒng)焦距為F，波長為λ，由衍射理論可知，理論上可分辨最小距離為：

儀器的圖象質(zhì)量主要取決于橫向分辨率，橫向分辨率好，圖象細(xì)膩，小結(jié)構(gòu)就能顯示清楚。9醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)一第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)2、縱向分辨率：在聲束軸線方向上對相鄰兩回聲點的分辨率。發(fā)射超聲頻率：聲波的縱向分辨率理論極限為聲波的半波長，頻率越高，波長越短。超聲脈沖的持續(xù)時間：脈沖持續(xù)時間越短，即脈沖越窄，縱向分辨率越高（一般要小于0.2μs）。發(fā)射電脈沖寬度及換能器阻尼影響縱向分辨率的因素討論用10MHz的脈沖超聲探測眼球，脈寬（脈沖持續(xù)時間）為2μs，聲速取1540m/s，求最小探測深度的理論值（縱向分辨率）？10醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)2第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)二、工作頻率超聲診斷儀的工作頻率，需要根據(jù)兩個方面的因素作最佳的選擇。從分辨率的角度，增高頻率，可以改善分辨率。頻率越高，波長越短，聲束的方向性越好，橫向和縱向分辨率都能提高。從穿透深度角度，工作頻率越高，衰減成正比地增加，必然使探測深度變小。若要求獲得較大的穿透深度，就得取較低的工作頻率。11醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)二第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)三、穿透深度（工作距離）指儀器發(fā)射的超聲波束可以穿透并能顯示出回聲圖象的被測介質(zhì)深度。提高儀器的穿透深度，主要有三個主要途徑降低工作頻率，但會影響圖象分辨率提高接收機的靈敏度和擴大動態(tài)范圍，使其能接收較遠(yuǎn)距離的微弱反射信號，但這要受到換能器的噪聲限制，信噪比極限對診斷超聲的最大穿透深度上的限制為300個波長左右。加大超聲發(fā)射功率：使遠(yuǎn)距離的微小聲阻抗差也能產(chǎn)生較強的反射回波，但要考慮安全劑量限制。12醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)三第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)四、頻幀指成像系統(tǒng)每秒鐘內(nèi)可成像的幀數(shù)。頻幀在10幀以下的稱為靜態(tài)成像系統(tǒng)，每秒在25幀以上的稱為實時成像系統(tǒng)，實時成像系統(tǒng)能顯示動態(tài)臟器的運動情況。超聲在人體組織中傳播，聲波到達(dá)1cm的距離再返回出發(fā)點，需要時間13μs。設(shè)要求穿透深度為Pcm，則在顯示器上形成一條聲線需要13Pμs,再設(shè)每幅圖象需要N條聲線，則形成一幅圖象需要13PNμs,故幀頻為上式表明，幀頻、線數(shù)和穿透深度三者的乘積為一常數(shù)。一般情況下，掃描線數(shù)越多，圖象連續(xù)性越好，更為清晰；幀頻越高，圖象越穩(wěn)定。13醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)四第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)五、脈沖重復(fù)頻率指脈沖工作的超聲儀器每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)，即探頭激勵脈沖的頻率。脈沖重復(fù)頻率決定了儀器的最大探測距離。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率F確定，其脈沖發(fā)射周期T=1/F，即為聲波往返可利用的最大時間，則理論最大可探測距離為：

1）最大可探測距離并不等于穿透深度，而儀器的穿透深度還受超聲功率、接收機靈敏度、超聲波頻率等因素影響。注意

2）脈沖重復(fù)頻率不可取得太高，否則將限制儀器的最大可探測距離；但也不可取太低，否則會影響圖象的幀頻或者線數(shù)。14醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)五第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)六、動態(tài)范圍指保證回聲既不被噪聲淹沒也不飽和的前提下，允許儀器接收回聲信號幅度的變化范圍，一般儀器在40—60dB。動態(tài)范圍大，所顯示圖象的層次豐富，圖象清晰。15醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)六第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式

超聲診斷儀器按超聲回波信號顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲（AmplitudeMode）

A型顯示即幅度顯示，以回波信號的幅度表示界面反射的強弱，是一種幅度調(diào)制型儀器。顯示探頭3.3A型超聲原理圖

反射強，振幅高反射弱，振幅低

特點：只能反映聲線方向上局部組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已基本淘汰?；芈曇圆ㄐ物@示16醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（BrightnessMode）

在A型超聲診斷儀的工作基礎(chǔ)上，加上換能器的平面掃描，當(dāng)換能器的位置逐漸改變時（或采用多元換能器），使顯示器上每一條時基線方向也相應(yīng)地改變，則每條顯示線代表了產(chǎn)生回波的每一個界面的空間位置，從而構(gòu)成一幅二維圖象。是一種輝度調(diào)制儀器。3.4B型超聲原理圖回聲以輝度顯示

為了形成一幅二維圖象，成像系統(tǒng)必須獲得以下三組基本數(shù)據(jù)：（1）回波信號；（2）換能器的位置數(shù)據(jù)；（3）表示脈沖發(fā)射到回波接收之間延時的定時數(shù)據(jù)。17醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式二第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度調(diào)制儀器，顯示器上每個光點的亮度表示回波信號的幅度。

按掃描方式分類，B超已經(jīng)發(fā)展了四代，包括手動直線掃描、機械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。

B超圖像由不同亮度的像素構(gòu)成，像素亮度由反射回聲的強弱所決定。

黑色：沒有反射灰色：中等反射白色：反射較強

18醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查，而扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對心臟的檢查。圖3.5B型超聲斷層掃描與成像19醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（ConstantdepthMode）C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調(diào)制的二維切面圖象

，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C型顯象平面與B型顯象平面是相互垂直的，改變C型掃查深度，便可獲得若干不同深度的C型切面圖象。

圖3.6C型超聲成像原理20醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式三第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.7F型超聲成像原理

C型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。如果使掃查面距探頭的深度發(fā)生變化，且掃查平面根據(jù)成像需要可設(shè)置為斜面、曲面，則構(gòu)成了F型超聲。21醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.8心博的M超聲影像

由于探頭位置固定，心臟有規(guī)律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發(fā)生節(jié)律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動圖。四、M型超聲（MotionMode）回聲以時間曲線顯示

M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運動，垂直掃描線上的各點將發(fā)生位置上的變動，定時地采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。22醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.9M型超聲診斷儀基本原理結(jié)構(gòu)圖23醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（MotionMode）它可視為一種持殊的B型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。P型超聲診斷儀所使用的探頭稱為徑向掃描探頭，如尿道探頭，直腸探頭都屬于徑向掃描探頭。掃描時探頭置于體腔內(nèi)，如食道、胃或直腸等。

圖3.10P型超聲示意圖

六、D型超聲（DopplerMode）超聲的多普勒效應(yīng)，顯示人體內(nèi)部運動器官的運動狀態(tài)。24醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式五第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式

為形成一幅二維圖象，換能器要與人體之間作相對運動，或聲線的位置與方向要按一定規(guī)律改變，以獲得不同位置不同方向上的回聲信號（回聲線），這一過程稱為掃查。

波束方向的改變，可以機械方式改變換能器位置或發(fā)射方向，也可以電子方式控制換能器陣列的工作狀態(tài)來實現(xiàn)。一、簡單掃查與復(fù)合掃查1.簡單掃查：各聲線在探查區(qū)內(nèi)不相交線掃線掃：換能器作橫向平移，線距均勻，但視場的橫向尺寸由換能器移動距離所限制，縱向尺寸由超聲波穿透深度所限制。25醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式扇掃弧掃徑掃扇掃：換能器在被檢查目前的上方作擺動，聲線不均勻，近距離處密度大，遠(yuǎn)處稀疏。優(yōu)點是可通過狹小的窗口檢查待查部位，如通過肋骨之間的間隙檢查心臟?；撸郝暰€與扇掃相反。徑掃：（P型超聲）26醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式扇掃第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式2.復(fù)合掃查：組合了兩種或者兩種以上掃查方式，聲線相交，一般用于水路耦合掃描，通常采用機械方式掃描。復(fù)合掃描方式

復(fù)合掃描可從不同的角度觀察組織，因此成像時需要足夠多的線數(shù)，因此成像速度較簡單掃描，一般只能靜態(tài)成像。27醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式2.第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式二、機械掃查與電子掃查1.機械掃查：借助電動機帶動換能器擺動或者轉(zhuǎn)動，同時利用位置傳感器連續(xù)地檢測換能器地瞬時取向，并產(chǎn)生位置信號，使顯示器的掃描線有相應(yīng)的取向。擺動式扇掃B超儀探頭利用直流電機或步進(jìn)電機驅(qū)動，通過凸輪、曲柄、連桿機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往返擺動，從而帶動單個晶體換能器在一定角度(30°～90°之間)范圍內(nèi)產(chǎn)生扇形超聲掃描。28醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式二、第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式?旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀采用4個（或3個）性能相同的換能器，等角度安放在一個圓形轉(zhuǎn)輪上，馬達(dá)帶動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，每個換能器靠近收/發(fā)窗口時開始發(fā)射和接收超聲波,各換能器交替工作。29醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式?第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式2.電子掃查：用電子方式控制多元換能器的工作狀態(tài)，主要有兩種工作方式：線陣、相控陣。線陣：由開關(guān)控制器控制每個振元，使其輪流工作。

相控陣：工作時所有的振元被同時激勵，通過控制加到各個振元上激勵信號的相位（控制延時）來改變超聲波的發(fā)射方向。Time30醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式2.第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式

按超聲探頭與被查者皮膚接觸與否，掃查方式可分為直接耦合式與水路耦合式。直接接觸式：超聲波通過探頭與人體皮膚間的耦合層直接向人體入射。具有聲程短、穿透深度可達(dá)最大；可取探頭與皮膚垂直的方向，取比較有利的檢測角度。2.水路耦合式：探頭與皮膚之間用一定厚度的水或者其它液體作耦合劑。其特點：（1）探頭與皮膚不直接接觸，因此換能器大小不受限制，宜采用直徑較大，聚焦較強的換能器，提高分辨率；（2）如果配合多元換能器，容易實現(xiàn)簡單和復(fù)合掃查結(jié)合；（3）較容易實現(xiàn)自動化；（4）容易對人體表面彎曲厲害的部位及直接接觸不易耦合到的部位進(jìn)行掃查。31醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式三、第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式四、實時成像與非實時成像實時成像（動態(tài)成像）：實時地顯示組織與器官的圖象，對于掃查運動器官非常重要，要求頻幀25幀/s以上。按成像速度分

2.非實時成像（靜態(tài)成像）：凡是采用手動方式移動換能器來移動掃查聲線的只能是靜態(tài)成像。32醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式四、第三章醫(yī)用超聲儀器概論33醫(yī)學(xué)PPT第三章1醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論

超聲診斷儀器向人體內(nèi)發(fā)射超聲能量，并接收人體組織反射和散射的回波信號，根據(jù)其所攜帶的有關(guān)人體信息，加以檢測、放大等處理，并顯示出來，為醫(yī)生提供診斷依據(jù)。超聲治療儀器向人體發(fā)射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產(chǎn)生的各種生物效應(yīng)，對有疾病的組織起到治療作用。

其它超聲霧化設(shè)備超聲清洗設(shè)備超聲細(xì)胞粉碎設(shè)備34醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論超聲診斷儀器2醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理

超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結(jié)構(gòu)信息）。一、脈沖回波法原理脈沖回波技術(shù)利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過檢測臟器界面的反射波，實現(xiàn)組織定位，并檢測其特性。以A型超聲顯示為例說明脈沖回波法原理。35醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發(fā)射的瞬間，顯示器上光點垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過介質(zhì)1，光點在顯示器上形成水平掃描線。(c)當(dāng)超聲到達(dá)1、2介質(zhì)的分界面上，一部分能量經(jīng)界面反射，大部分能量通過界面繼續(xù)向前傳播；反射回聲到達(dá)探頭，換能器將回聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，并成為顯示器垂直偏轉(zhuǎn)板的輸入信號，顯示器上顯示回聲信號脈沖；(d)由2、3介質(zhì)分界面反射的回聲到達(dá)探頭，在顯示器上顯示出相應(yīng)的脈沖。36醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發(fā)射與接收是由同一換能器完成的，根據(jù)發(fā)射脈沖和回波脈沖的時間間隔T，計算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：

式中，c為介質(zhì)中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖37醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理二、超聲診斷儀器的基本構(gòu)成38醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理振蕩器，即同步觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的同步觸發(fā)脈沖，決定發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。發(fā)射器，受觸發(fā)后產(chǎn)生高壓電脈沖激勵超聲換能器。換能器，產(chǎn)生超聲脈沖，接收由目標(biāo)形成的回波脈沖信號并轉(zhuǎn)換成電信號，送入回波信息處理系統(tǒng)?；夭ㄐ畔⑻幚硐到y(tǒng)，由射頻信號接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處理超聲回波信息。顯示器，顯示圖象信息。掃描發(fā)生器，在振蕩器產(chǎn)生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩(wěn)定。39醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.1醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)表征超聲診斷儀性能的參數(shù)：聲系統(tǒng)參數(shù)

（1）聲輸出的強度、總功率等；（2）超聲場的時頻特性，如波形、持續(xù)時間、脈沖重復(fù)頻率、脈沖形狀、帶寬等；（3）聲場分布特性，如聚焦特性、波束形狀等。圖象特性參數(shù)（1）分辨率；（2）位置記錄精度；（3）深度測量精度；（4）幀頻等。

電氣特性參數(shù)

（1）靈敏度；（2）增益及TGC指標(biāo)；（3）壓縮特性及動態(tài)范圍；（4）顯示器的動態(tài)范圍等。40醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)表第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)一、分辨率超聲成像的分辨率有橫向分辨率（垂直波束方向）和縱向分辨率（平行波束方向）之分，縱向分辨率總是優(yōu)于橫向分辨率。1、橫向分辨率：區(qū)分處于垂直于聲束的平面上兩個物體的能力。聲束直徑尺寸直接影響橫向分辨率，波束越細(xì)，能分辨的尺度越小，橫向分辨率越高；在近場區(qū)橫向分辨率大致等于換能器的直徑。如何提高橫向分辨率：聚焦，使波束的有效直徑減??；對于聚焦換能器，若其直徑為D，系統(tǒng)焦距為F，波長為λ，由衍射理論可知，理論上可分辨最小距離為：

儀器的圖象質(zhì)量主要取決于橫向分辨率，橫向分辨率好，圖象細(xì)膩，小結(jié)構(gòu)就能顯示清楚。41醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)一第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)2、縱向分辨率：在聲束軸線方向上對相鄰兩回聲點的分辨率。發(fā)射超聲頻率：聲波的縱向分辨率理論極限為聲波的半波長，頻率越高，波長越短。超聲脈沖的持續(xù)時間：脈沖持續(xù)時間越短，即脈沖越窄，縱向分辨率越高（一般要小于0.2μs）。發(fā)射電脈沖寬度及換能器阻尼影響縱向分辨率的因素討論用10MHz的脈沖超聲探測眼球，脈寬（脈沖持續(xù)時間）為2μs，聲速取1540m/s，求最小探測深度的理論值（縱向分辨率）？42醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)2第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)二、工作頻率超聲診斷儀的工作頻率，需要根據(jù)兩個方面的因素作最佳的選擇。從分辨率的角度，增高頻率，可以改善分辨率。頻率越高，波長越短，聲束的方向性越好，橫向和縱向分辨率都能提高。從穿透深度角度，工作頻率越高，衰減成正比地增加，必然使探測深度變小。若要求獲得較大的穿透深度，就得取較低的工作頻率。43醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)二第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)三、穿透深度（工作距離）指儀器發(fā)射的超聲波束可以穿透并能顯示出回聲圖象的被測介質(zhì)深度。提高儀器的穿透深度，主要有三個主要途徑降低工作頻率，但會影響圖象分辨率提高接收機的靈敏度和擴大動態(tài)范圍，使其能接收較遠(yuǎn)距離的微弱反射信號，但這要受到換能器的噪聲限制，信噪比極限對診斷超聲的最大穿透深度上的限制為300個波長左右。加大超聲發(fā)射功率：使遠(yuǎn)距離的微小聲阻抗差也能產(chǎn)生較強的反射回波，但要考慮安全劑量限制。44醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)三第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)四、頻幀指成像系統(tǒng)每秒鐘內(nèi)可成像的幀數(shù)。頻幀在10幀以下的稱為靜態(tài)成像系統(tǒng)，每秒在25幀以上的稱為實時成像系統(tǒng)，實時成像系統(tǒng)能顯示動態(tài)臟器的運動情況。超聲在人體組織中傳播，聲波到達(dá)1cm的距離再返回出發(fā)點，需要時間13μs。設(shè)要求穿透深度為Pcm，則在顯示器上形成一條聲線需要13Pμs,再設(shè)每幅圖象需要N條聲線，則形成一幅圖象需要13PNμs,故幀頻為上式表明，幀頻、線數(shù)和穿透深度三者的乘積為一常數(shù)。一般情況下，掃描線數(shù)越多，圖象連續(xù)性越好，更為清晰；幀頻越高，圖象越穩(wěn)定。45醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)四第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)五、脈沖重復(fù)頻率指脈沖工作的超聲儀器每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)，即探頭激勵脈沖的頻率。脈沖重復(fù)頻率決定了儀器的最大探測距離。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率F確定，其脈沖發(fā)射周期T=1/F，即為聲波往返可利用的最大時間，則理論最大可探測距離為：

1）最大可探測距離并不等于穿透深度，而儀器的穿透深度還受超聲功率、接收機靈敏度、超聲波頻率等因素影響。注意

2）脈沖重復(fù)頻率不可取得太高，否則將限制儀器的最大可探測距離；但也不可取太低，否則會影響圖象的幀頻或者線數(shù)。46醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)五第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)六、動態(tài)范圍指保證回聲既不被噪聲淹沒也不飽和的前提下，允許儀器接收回聲信號幅度的變化范圍，一般儀器在40—60dB。動態(tài)范圍大，所顯示圖象的層次豐富，圖象清晰。47醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.2超聲診斷儀的主要參數(shù)六第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式

超聲診斷儀器按超聲回波信號顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲（AmplitudeMode）

A型顯示即幅度顯示，以回波信號的幅度表示界面反射的強弱，是一種幅度調(diào)制型儀器。顯示探頭3.3A型超聲原理圖

反射強，振幅高反射弱，振幅低

特點：只能反映聲線方向上局部組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已基本淘汰?；芈曇圆ㄐ物@示48醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（BrightnessMode）

在A型超聲診斷儀的工作基礎(chǔ)上，加上換能器的平面掃描，當(dāng)換能器的位置逐漸改變時（或采用多元換能器），使顯示器上每一條時基線方向也相應(yīng)地改變，則每條顯示線代表了產(chǎn)生回波的每一個界面的空間位置，從而構(gòu)成一幅二維圖象。是一種輝度調(diào)制儀器。3.4B型超聲原理圖回聲以輝度顯示

為了形成一幅二維圖象，成像系統(tǒng)必須獲得以下三組基本數(shù)據(jù)：（1）回波信號；（2）換能器的位置數(shù)據(jù)；（3）表示脈沖發(fā)射到回波接收之間延時的定時數(shù)據(jù)。49醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式二第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度調(diào)制儀器，顯示器上每個光點的亮度表示回波信號的幅度。

按掃描方式分類，B超已經(jīng)發(fā)展了四代，包括手動直線掃描、機械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。

B超圖像由不同亮度的像素構(gòu)成，像素亮度由反射回聲的強弱所決定。

黑色：沒有反射灰色：中等反射白色：反射較強

50醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查，而扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對心臟的檢查。圖3.5B型超聲斷層掃描與成像51醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（ConstantdepthMode）C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調(diào)制的二維切面圖象

，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C型顯象平面與B型顯象平面是相互垂直的，改變C型掃查深度，便可獲得若干不同深度的C型切面圖象。

圖3.6C型超聲成像原理52醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式三第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.7F型超聲成像原理

C型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。如果使掃查面距探頭的深度發(fā)生變化，且掃查平面根據(jù)成像需要可設(shè)置為斜面、曲面，則構(gòu)成了F型超聲。53醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.8心博的M超聲影像

由于探頭位置固定，心臟有規(guī)律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發(fā)生節(jié)律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動圖。四、M型超聲（MotionMode）回聲以時間曲線顯示

M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運動，垂直掃描線上的各點將發(fā)生位置上的變動，定時地采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。54醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖3.9M型超聲診斷儀基本原理結(jié)構(gòu)圖55醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式圖第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（MotionMode）它可視為一種持殊的B型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。P型超聲診斷儀所使用的探頭稱為徑向掃描探頭，如尿道探頭，直腸探頭都屬于徑向掃描探頭。掃描時探頭置于體腔內(nèi)，如食道、胃或直腸等。

圖3.10P型超聲示意圖

六、D型超聲（DopplerMode）超聲的多普勒效應(yīng)，顯示人體內(nèi)部運動器官的運動狀態(tài)。56醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.3超聲診斷儀的顯示型式五第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式

為形成一幅二維圖象，換能器要與人體之間作相對運動，或聲線的位置與方向要按一定規(guī)律改變，以獲得不同位置不同方向上的回聲信號（回聲線），這一過程稱為掃查。

波束方向的改變，可以機械方式改變換能器位置或發(fā)射方向，也可以電子方式控制換能器陣列的工作狀態(tài)來實現(xiàn)。一、簡單掃查與復(fù)合掃查1.簡單掃查：各聲線在探查區(qū)內(nèi)不相交線掃線掃：換能器作橫向平移，線距均勻，但視場的橫向尺寸由換能器移動距離所限制，縱向尺寸由超聲波穿透深度所限制。57醫(yī)學(xué)PPT第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式第三章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論3.4超聲診斷儀的掃查方式扇