超聲成像專業(yè)知識(shí)講座課件

第一節(jié)超聲回波所攜帶的信息一、反射和散射回波二、超聲成像的三個(gè)物理假定

超聲反射回波1.反射回波人體組織和臟器的聲速、聲特性阻抗不同，界面上產(chǎn)生反射聲波(回波，也稱回波)，通常界面兩側(cè)介質(zhì)聲學(xué)性質(zhì)差異不大，大部分超聲穿過界面繼續(xù)傳播，至新界面處又產(chǎn)生回波，反射回波主要攜帶位置信息。一、反射和散射回波一、反射和散射回波超聲與人體組織臟器相互作用時(shí)，其波前方向、幅度、相位及頻率會(huì)因組織的非均勻性而發(fā)生變化，產(chǎn)生散射回波，主要攜帶組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)信息。超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，如幅度、頻率、相位、時(shí)間等含有目標(biāo)的多種信息。2.散射回波(1)基于回波掃描的超聲診斷技術(shù)利用超聲在不同組織中產(chǎn)生的反射和散射回波強(qiáng)度成像。(2)基于多普勒效應(yīng)的超聲診斷技術(shù)利用超聲在運(yùn)動(dòng)物體散射或反射聲波的頻移信息成像。3.超聲診斷技術(shù)獲取解剖學(xué)范疇檢測組織形態(tài)學(xué)信息。獲取器官功能和血流動(dòng)力學(xué)信息。一、反射和散射回波①聲束在介質(zhì)中直線傳播。②各介質(zhì)中聲速均勻一致。1.三個(gè)物理假定估計(jì)成像方位估計(jì)成像層面③各種介質(zhì)中介質(zhì)吸收系數(shù)均勻一致。確定增益補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)參數(shù)二、超聲成像的三個(gè)物理假定2.脈沖回波測距回波位置與往返路程和聲速的關(guān)系

l：聲源至界面距離t：回波時(shí)間脈沖回波測距示意圖二、超聲成像的三個(gè)物理假定3.時(shí)間增益補(bǔ)償時(shí)間增益補(bǔ)償依據(jù)假設(shè)③建立，按衰減的幅度進(jìn)行補(bǔ)償，增益與掃描時(shí)間成正比。時(shí)間增益補(bǔ)償二、超聲成像的三個(gè)物理假定第二節(jié)A型超聲成像與M型超聲成像一、A型超聲成像二、M型超聲成像四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)超聲回波成像幅度調(diào)制回波脈沖波表示反射回波脈沖的幅度(縱軸)代表反射回波的強(qiáng)度脈沖的位置或脈沖之間的距離(橫軸)正比于反射界面位置或界面之間的距離.一、A型超聲成像M型超聲成像原理圖輝度調(diào)制回波光點(diǎn)顯示回波光點(diǎn)的強(qiáng)弱代表回波信號(hào)幅度的大小垂直掃描線(深度方向，縱軸)多個(gè)界面的回波形成一系列垂直亮點(diǎn)。在水平方向（橫軸）展開，可構(gòu)成一幅各反射界面位置及回波強(qiáng)度隨時(shí)間變化的活動(dòng)曲線圖。二、M型超聲成像二、M型超聲成像M型超聲心動(dòng)圖（二尖瓣波群）可進(jìn)行多種心功能參數(shù)的測量不能獲得真正的二維解剖圖像不適用于靜態(tài)臟器診查僅適用于以探頭為頂點(diǎn)的90°扇面內(nèi)解剖M型超聲成像：利用計(jì)算機(jī)軟件，逐幀將任意方向的取樣線與每條聲束線交叉點(diǎn)的灰度值及位置信息提取出來，并加以顯示，實(shí)現(xiàn)了二維時(shí)序圖像中任意方向上灰度、位置-時(shí)間函數(shù)的重現(xiàn)。解剖M型超聲成像二、M型超聲成像第三節(jié)B型超聲成像一、輝度調(diào)制式斷面圖像形成二、B型超聲成像中的電子掃描三、B型超聲成像中的圖像處理四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)1.B型超聲成像原理輝度調(diào)制回波；光點(diǎn)強(qiáng)弱代表回波信號(hào)幅度大??；快速移動(dòng)聲束線逐次獲得不同位置界面反射回波；B型超聲成像原理圖一、輝度調(diào)制式斷面圖像的形成2.掃描線形掃描扇形掃描聲束線沿特定方向的快速移動(dòng)聲束的線形掃描與扇形掃描一、輝度調(diào)制式斷面圖像的形成3.B型超聲心動(dòng)圖快速連續(xù)不斷地掃描，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，滿足實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示運(yùn)動(dòng)性臟器(心臟)二維形態(tài)的B型超聲成像也稱二維超聲心動(dòng)圖。二維超聲心動(dòng)圖（舒張期）B型、M型聯(lián)用一、輝度調(diào)制式斷面圖像的形成4.B型超聲與M型超聲的主要差別M型：幀掃描是與時(shí)間成線性關(guān)系慢變化顯示取樣線上各點(diǎn)動(dòng)態(tài)狀況B型：幀掃描與聲線實(shí)際位置嚴(yán)格對應(yīng)顯示斷面圖像輝度調(diào)制探頭固定輝度調(diào)制聲束運(yùn)動(dòng)一、輝度調(diào)制式斷面圖像的形成5.三種超聲成像比較B超成像原理圖M超、A超成像原理圖一、輝度調(diào)制式斷面圖像的形成1.電子線性掃描以電子開關(guān)或全數(shù)字化系統(tǒng)控制由若干個(gè)晶片并聯(lián)起來組成的探頭陣元組順序發(fā)射來實(shí)現(xiàn)。常規(guī)掃描示意圖(m=5)(1)常規(guī)掃描n個(gè)陣元構(gòu)成陣元組m個(gè)陣元構(gòu)成線陣(m一n＋1)條掃描線組成一幀線性掃描圖像二、B型超聲成像中的電子掃描二、B型超聲成像中的電子掃描隔行掃描示意圖(m=5，n=80)(2)隔行掃描相鄰陣元組錯(cuò)開兩個(gè)陣元先掃描奇數(shù)線，再掃描偶數(shù)線每幀圖像由(m一n＋1)條掃描線構(gòu)成防止前一次回波對后一次掃描干擾第一聲束是1、2、……n第二聲束是3、4、……n＋2飛躍掃描示意圖(m=5)(3)飛躍掃描二、B型超聲成像中的電子掃描半間距掃描示意圖

(4)半間距掃描二、B型超聲成像中的電子掃描半間距飛躍組合掃描示意圖(5)半間距飛躍組合掃描二、B型超聲成像中的電子掃描?間距掃描示意圖

(6)1/4間距掃描二、B型超聲成像中的電子掃描2.相控陣扇形性掃描利用線(或面)陣式換能器陣元發(fā)射時(shí)有一定的相位延遲，使合成聲束的軸線與線陣平面中心線有一夾角，隨夾角的變化可實(shí)現(xiàn)扇形掃描。相控陣扇形掃描原理圖d：晶片中心距離；t：延遲時(shí)間；

：合成聲束偏轉(zhuǎn)角度c：人體中的聲速二、B型超聲成像中的電子掃描相控陣接收原理圖掃描按時(shí)差對各晶片接收回波進(jìn)行時(shí)差補(bǔ)償，然后疊加獲得目標(biāo)空間位置正確信息，完成相控陣扇形掃描信號(hào)接收。二、B型超聲成像中的電子掃描1.動(dòng)態(tài)范圍在回波信號(hào)既不被噪聲淹沒也不飽和的前提下，允許儀器接收放大回波信號(hào)幅度的變化范圍。一般儀器在40～60dB動(dòng)態(tài)范圍越大，所顯示影像的層次越豐富，影像越清晰三、B型超聲成像中的圖像處理三、B型超聲成像中的圖像處理2.數(shù)字掃描變換器將回波的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行圖像后處理。(1)像素亮度后處理(2)空間后處理(3)時(shí)間后處理(4)圖像凍結(jié)1.聲像圖特征(1)根據(jù)圖像中的不同灰階，把回波信號(hào)分為：強(qiáng)回聲、高回聲、等回聲、低回聲和無回聲。回聲強(qiáng)度示意圖四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)(2)按顯示器上所形成狀態(tài)，回聲形態(tài)可劃分為:光團(tuán)、光斑、光環(huán)、光點(diǎn)、光帶等?；芈曅螒B(tài)示意圖(3)按圖像中光點(diǎn)的分布情況可分為：均勻或非均勻、密集或稀疏等不同類型。2.空間分辨力清晰區(qū)分細(xì)微組織的能力(1)橫向分辨力在與超聲波束垂直平面上能分辨開相鄰兩點(diǎn)間最小距離的能力。超聲束直徑小于兩點(diǎn)間距可將其分辨。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)(2)軸向分辨力超聲傳播方向上兩界面回波不重疊的最小距離設(shè)脈沖寬度t，兩界面可測最小距離d，聲速c若使兩界面回波剛好不重合，必須滿足脈沖寬度愈小，縱向可辨距離d愈小，軸向分辨率愈高四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)軸向可分辨示意圖軸向分辨不清示意圖四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)(3)側(cè)向分辨力超聲換能器長軸方向的分辨力線陣、面陣及相控陣換能器有側(cè)向分辨力與橫向分辨力之區(qū)別超聲換能器短軸方向的分辨力稱為橫向分辨力空間分辨力示意圖單晶或環(huán)型換能器側(cè)向分辨力與橫向分辨力相等四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)3.對比度分辨力是對超聲圖像中相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)能夠加以區(qū)分程度的量度超聲圖像對比度是畫面上相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)亮度之比，主要取決于反射特性和紋理反射特性主要由生物組織的阻抗特性決定兩種組織的聲特性阻抗差越大，其反射強(qiáng)度越大，其對比度也越好四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)4.時(shí)間分辨力單位時(shí)間成像的幅數(shù)，即幀頻，表示時(shí)間分辨力幀頻越高，獲取圖像的時(shí)間越短，即成像速度越快，其時(shí)間分辨力越高時(shí)間分辨力的極限合理選擇R、F和N

多聲束技術(shù)可突破上式的極限

四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)5.清晰均勻性(1)對比清晰度(2)圖像均勻性顯示相似振幅、不同灰階細(xì)微差別回聲的能力低對比度條件下、鑒別軟組織和細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力整個(gè)顯示畫面的均勻程度四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)6.偽像(1)偽像形成的原因?qū)嶋H情況下三個(gè)物理假定難滿足技術(shù)限制、方法不全診斷上的主觀偏差四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)1)圖像形狀與位置失真聲速不同造成散射體位置失真聲特性阻抗差異較大產(chǎn)生反射失真圓柱體后成像示意圖四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

2)圖像亮度失真聲束傳播路徑上媒質(zhì)的不均勻性，聲速與聲衰減變化及界面存在，改變回波強(qiáng)弱，而改變亮度。反射或折射回聲與原區(qū)域回聲疊加引起亮度增強(qiáng)造成圖像失真。不同類型后方回聲示意圖四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

(2)偽像分類

1)混響偽像多次反射形成混響偽像（a）膽囊內(nèi)顯示混響偽像；（b）膽囊內(nèi)無混響偽像識(shí)別方法：側(cè)動(dòng)探頭、加壓探測四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)2)切片厚度偽像也稱容積偽像切片厚度偽像（a）膽囊內(nèi)顯示切片厚度偽像；（b）膽囊內(nèi)無切片厚度偽像識(shí)別方法：側(cè)動(dòng)探頭、加壓探測四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

3)旁瓣偽像旁瓣和主瓣同時(shí)檢測物體，兩者回聲重復(fù)造成旁瓣偽像旁瓣偽像示意圖（a）膀胱內(nèi)有旁瓣偽像；（b）膀胱內(nèi)無偽像四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)4)聲影膽結(jié)石聲像圖前方有強(qiáng)反射或聲衰減很大的物質(zhì)存在，在其后方出現(xiàn)聲線不能達(dá)到的區(qū)域。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

5)后方回聲增強(qiáng)后方回聲增強(qiáng)(肝囊腫)當(dāng)前方的病灶或器官的聲衰減甚小時(shí)，其后方回聲強(qiáng)于同深度的周圍組織。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)6)側(cè)壁回聲失落側(cè)壁回聲失落示意圖超聲入射角較大時(shí)，反射聲轉(zhuǎn)向他側(cè)不復(fù)回探頭的現(xiàn)象。側(cè)壁回聲失落(睪丸)四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

7)側(cè)后折射聲影側(cè)后折射聲影(乳腺)超聲從低聲速介質(zhì)進(jìn)入高聲速介質(zhì)，在入射角超過臨界角時(shí)，產(chǎn)生全反射，以致其后方出現(xiàn)聲影，也稱側(cè)邊聲影。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)8)多途徑反射偽像多途徑反射偽像示意圖聲束非垂直入射到組織內(nèi)某界面，并反射偏離到另一界面(不在聲束傳播方向上)，然后再反射直至被接收，顯示的位置與目標(biāo)實(shí)際位置相差甚遠(yuǎn)。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

9)鏡面?zhèn)蜗耒R面?zhèn)蜗袷疽鈭D鏡面?zhèn)蜗瘢ǜ闻K血管瘤）四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

10)折射偽像折射偽像示意圖折射偽像（a）膽囊壁重復(fù)偽像；（b）膽囊壁無重復(fù)偽像四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

11)聲速失真

聲速失真?zhèn)蜗袷疽鈭D通過低聲速結(jié)構(gòu)的回聲接收到得晚，而通過高聲速結(jié)構(gòu)的回聲接收到得早，結(jié)果使深部的圖像失真。平整的表面變得不平整；甚至使小結(jié)構(gòu)不能顯示。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)肝被膜破裂偽像由于超聲在肝內(nèi)富含脂肪的血管平滑肌脂肪瘤(L)中的傳播速度較慢，出現(xiàn)的肝被膜破裂偽像(左下方三角箭頭所示)。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)

這類偽像的克服或減弱標(biāo)志著設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量提高，及醫(yī)生對被檢者擺位及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的合理指導(dǎo)，從而有效控制圖像質(zhì)量。四、B超圖像及質(zhì)量評(píng)價(jià)偽像還可以來自設(shè)備硬件的損壞，信號(hào)采集、處理、掃描參數(shù)選擇，儀器調(diào)節(jié)不當(dāng)以及視野大小、位置選擇和人體擺位不當(dāng)?shù)?。第四?jié)頻譜多普勒一、連續(xù)波多普勒二、脈沖波多普勒接收頻率與發(fā)射頻率之差即為多普勒頻移fd流速的測量值只取決于多普勒頻移值最大可測血流速度受數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器工作速度的限制。連續(xù)波多普勒示意圖一、連續(xù)波多普勒一、連續(xù)波多普勒連續(xù)多普勒探頭連續(xù)地發(fā)射和接收脈沖波，多普勒超聲束內(nèi)所有回波信號(hào)均被記錄下來。優(yōu)點(diǎn)：能測量高速血流缺點(diǎn)：不能定位(1)距離選通1.距離選通與采樣容積距離選通與采樣容積選通深度(2)采樣容積S：聲束截面積脈沖波多普勒示意圖二、脈沖波多普勒2.脈沖重復(fù)頻率對血流測量的限制二、脈沖波多普勒脈沖重復(fù)頻率(PRF)也稱采樣頻率，一般為幾千Hz。(1)

最大探測深度Rmax下一次脈沖發(fā)射之前最后到達(dá)換能器的回波信號(hào)對應(yīng)的位置深部。不發(fā)生距離模糊的條件(2)最大多普勒頻移fdmax最大流速vmax產(chǎn)生的多普勒頻移(3)取樣定理(4)脈沖重復(fù)頻率對血流測量的限制由得最大可測流速vmax與最大可測深度Rmax相互制約二、脈沖波多普勒3.高脈沖重復(fù)頻率多普勒優(yōu)點(diǎn)：能測量高速血流缺點(diǎn)：不能定位介于脈沖多普勒和連續(xù)多普勒之間的一種技術(shù)用較高的頻率間斷地發(fā)射和接收超聲脈沖獲取血流信息高脈沖重復(fù)頻率多普勒示意圖二、脈沖波多普勒在任意時(shí)刻形成的多普勒頻移信號(hào)都是具有多種頻率和振幅的復(fù)雜信號(hào)，這些信號(hào)還必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)仡l譜分析和顯示，才能從中獲取血流速度的大小和方向、血管深度及內(nèi)徑尺寸、血流速度的二維分布等信息。三、頻譜分析與顯示三、頻譜分析與顯示1.頻譜分析多普勒頻移值越大血流速度越大多普勒頻移為正(血細(xì)胞朝向探頭運(yùn)動(dòng))多普勒頻移為負(fù)(血細(xì)胞背離探頭運(yùn)動(dòng))(1)多普勒頻移信號(hào)回波信號(hào)頻率分布示意圖紅細(xì)胞流速不一多普勒頻移值不一紅細(xì)胞數(shù)量不一回波信號(hào)多種頻率振幅信號(hào)不一回波信號(hào)多種振幅血流脈動(dòng)頻率與振幅隨時(shí)間變化多種頻率和振幅組成隨時(shí)間變化的復(fù)雜信號(hào)須實(shí)時(shí)分析每一信號(hào)頻率、振幅及其隨時(shí)間變化過程三、頻譜分析與顯示(2)實(shí)時(shí)頻譜分析利用傅立葉理論實(shí)時(shí)分析多普勒信號(hào)頻率、振幅及其隨時(shí)間變化過程。把組成復(fù)雜振動(dòng)的各個(gè)簡諧振動(dòng)的頻率和振幅找出來，列成頻譜加以分析。實(shí)時(shí)頻譜分析的方法主要是采用快速傅里葉變換。三、頻譜分析與顯示2.頻譜顯示(1)音頻輸出頻移信號(hào)聲訊號(hào)層流音頻帶很窄音樂樣單純音調(diào)湍流音頻帶很寬粗糙的搔抓樣噪音低速血流聲音低調(diào)、沉悶音頻信號(hào)失真較少可正確判斷血流性質(zhì)聲音響度反映振幅大小高速血流聲音高調(diào)、尖銳音調(diào)高低反映頻率高低三、頻譜分析與顯示1)振幅-時(shí)間譜縱坐標(biāo)代表振幅，以振幅對數(shù)值顯示幫助確定取樣容積位置橫坐標(biāo)代表時(shí)間主要用途：協(xié)助判斷異常血流起源三、頻譜分析與顯示(1)音頻輸出2)速度(頻移)-時(shí)間譜肱動(dòng)脈血流頻譜圖(速度-時(shí)間譜)橫坐標(biāo)為頻移時(shí)間，表示血流持續(xù)時(shí)間縱坐標(biāo)為速度(頻移)幅度，反映血流速度的大小零位基線以上頻移信號(hào)正值，血流方向朝向探頭零位基線以下頻移信號(hào)負(fù)值，血流方向背離探頭三、頻譜分析與顯示肱動(dòng)脈血流頻譜圖(速度-時(shí)間譜)頻譜輝度反映采樣容積或探查聲束內(nèi)具有相同流速紅細(xì)胞相對數(shù)量多少數(shù)量越多頻譜灰度越亮數(shù)量越少頻譜灰度越暗頻譜離散度以頻譜垂直距離寬度表示，代表某一瞬間采