超聲成像原理

醫(yī)學(xué)超聲成像原理目錄什么是超聲？醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)由哪些主要構(gòu)成？超聲波是如何產(chǎn)生的？有哪些常用的醫(yī)學(xué)超聲成像模式？小結(jié)超聲的基本特性超聲波是一種機(jī)械波在生物系統(tǒng)中的超聲波通常起作用的只有縱波（縱波和橫波的區(qū)別？）超聲波的頻率>20kHz醫(yī)學(xué)診斷超聲頻率通常在MHz和10MHz量級應(yīng)用范圍：消化系統(tǒng)，心血管系統(tǒng)，婦產(chǎn)科，外科學(xué)，眼科學(xué)，神經(jīng)學(xué)，泌尿科，皮膚病學(xué)……成像基本原理脈沖波壓電裝置產(chǎn)生的脈沖波發(fā)送到人體組織后，超聲波碰到不同深度的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反射和散射，部分回波被壓電裝置接收。利用不同深度產(chǎn)生的回波的不同時延，獲得不同組織界面的反射、聲衰減、運(yùn)動目標(biāo)的相位偏移等有用信息。連續(xù)波較早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)超聲診斷，但通常只利用連續(xù)波多普勒技術(shù)檢測任意大小的運(yùn)動速度。聲速聲波在組織中的傳播速度取決于：介質(zhì)的硬度介質(zhì)微粒間具有大的吸引力(介質(zhì)表現(xiàn)的越硬)，微粒受周圍微粒振動的干擾引起運(yùn)動的加速度也越大，從而聲波在該介質(zhì)中傳播速度也越大介質(zhì)硬度由可壓縮度表示介質(zhì)的密度單個微粒的質(zhì)量越大，受周圍微粒振動的干擾引起運(yùn)動的加速度越小，從而聲波在該介質(zhì)中傳播速度也越小聲衰減聲強(qiáng)：垂直聲束方向上，單位面積內(nèi)每秒通過的聲能聲強(qiáng)衰減的影響因素：吸收、散射、聲束擴(kuò)散、反射、折射均勻介質(zhì)內(nèi)聲衰減為指數(shù)衰減衰減系數(shù)：單位距離內(nèi)聲強(qiáng)衰減的百分比系數(shù)聲衰減的對數(shù)表示聲衰減(dB)=-10log10(Ix/I0)=4.34xu=4.34聲衰減系數(shù)近似與頻率成正比u=kfk:dB/(mMHz)與x-ray的區(qū)別:x-ray低頻衰減大于高頻衰減對脈沖波的影響？聲阻抗與反射介質(zhì)的聲阻抗與介質(zhì)的密度和聲速成正比組織的聲阻抗決定了超聲束在兩個介質(zhì)界面上的反射和入射能量比。聲阻抗與折射服從Snell定理大部分生物組織聲速都非常相近(~1500m/s)，因此折射現(xiàn)象不嚴(yán)重。超聲圖像通常接收反射信號成像，因此通常只有垂直入射的信號才會產(chǎn)生有效回波。部分聲學(xué)參數(shù)值超聲頻率選擇依據(jù)穿透力(聲衰減)Vs分辨率(波長)高頻：高分辨率、低穿透力(淺表器官)低頻：低分辨率、高穿透力(腹部深部器官)典型應(yīng)用：胎兒：1MHz(1.5mm)眼睛：10MHz(0.15mm)皮膚：20MHz(0.075mm)醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)的構(gòu)成探頭-超聲換能器基本電路部分：通常由主控電路、發(fā)射電路、高頻信號放大電路、視頻信號放大和掃描發(fā)生器組成顯示部分用戶控制部分超聲波的產(chǎn)生原理：壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)換能器種類：壓電陶瓷、高分子復(fù)合材料、陶瓷復(fù)合材料探頭衍射（繞射）現(xiàn)象超聲發(fā)射波束可以看成探頭表面無數(shù)點(diǎn)源產(chǎn)生的無方向性球面聲波的相干疊加近場聲束維持發(fā)射孔徑的形狀，而在遠(yuǎn)場聲束發(fā)生擴(kuò)散近場長度與孔徑平方和頻率成正比聚焦未聚焦的換能器發(fā)射的聲波空間分辨率最好情況下與孔徑的尺寸相當(dāng)，而且遠(yuǎn)場分辨率急劇下降聚焦的目的：獲得好的橫向分辨率聚焦的種類：聲透鏡曲面探頭電子聚焦常用的超聲成像模式A(Amplitude)型B(Brightness)型M(Movement)型D(Doppler)型CD(ColorDoppler)型A-mode根據(jù)回波包絡(luò)峰值確定不同界面的距離應(yīng)用較少（腦中線測量、眼科）B-mode通過聲束掃描獲得不同方位回波的幅度，對不同方位的回波幅度利用亮度調(diào)制獲得兩維的圖像顯示。B-mode圖像分辨率軸向(axial)分辨率：超聲束軸線上，能分辨兩點(diǎn)間的最小距離。與波長有關(guān)。只有當(dāng)兩點(diǎn)距離大于波長的1/2時，超聲才能分別產(chǎn)生兩個回聲。橫向(lateral)分辨率：垂直于軸線平面上，能分辨相鄰兩點(diǎn)間的最小距離。與超聲束直徑有關(guān)，只有當(dāng)超聲束直徑小于兩點(diǎn)距離時，才能把這兩點(diǎn)顯示出來。厚度(elevational)分辨率：又稱厚度分辨率與側(cè)向分辨率在一平面上，是相互垂方向軸線上的分辨力。時間(temporal)分辨率：幀頻，顯示圖象的實(shí)時程度。B-mode臨床應(yīng)用基礎(chǔ)利用超聲波在生物組織中的傳播特性，不同的組織與器官具有獨(dú)特的聲像圖特征液性結(jié)構(gòu)為無回聲暗區(qū)。實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)為強(qiáng)弱不等的各種回聲均質(zhì)性實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)為均勻的低回聲或等回聲非均質(zhì)性結(jié)構(gòu)為混合性回聲鈣化或含氣性結(jié)構(gòu)則呈極強(qiáng)回聲并伴后方聲影M-mode運(yùn)動組織的檢查典型應(yīng)用：心臟檢查D-mode典型應(yīng)用：血流速度的定量檢測CWVsPWCWPW發(fā)射連續(xù)波發(fā)射脈沖波獨(dú)立的發(fā)射和接收陣元共用發(fā)射和接收陣元檢測回波的頻率偏移(多普勒效應(yīng))檢測不同時刻脈沖回波的相位偏移無頻率混跌有頻率混跌無空間分辨力有空間分辨力CWV發(fā)射接收PWCD-mode典型應(yīng)用：血流速度的定性檢測（與D-mode相比）以及血流灌注的判斷（與B-mode相比）超聲診斷從形態(tài)學(xué)過渡到血液動力學(xué)，同時獲得人體解剖信息和功能信息CD-mode原理基礎(chǔ)為脈沖多普勒技術(shù)檢測某采樣容積內(nèi)多普勒信號的平均頻率、頻譜寬度和平均功率。流速估計(jì)方法自相關(guān)法（窄帶彩色血流成像系統(tǒng)）正交解調(diào)后的音頻信號處理互相關(guān)法（寬帶彩色血流成像系統(tǒng)）射頻信號處理小結(jié)對人體無明顯的危害（與X-ray,放射性核成像相比）快速、相對廉價、輕便（與X-ray,CT,MRI,r照相機(jī)相比）實(shí)時成像（與其他許多成像方式相比）較好的分辨率（優(yōu)于放射性核成像，劣于CT,MRI）；根據(jù)超聲聲波波長