醫(yī)學(xué)超聲-緒論-課件

醫(yī)學(xué)超聲1ppt課件醫(yī)學(xué)超聲1ppt課件1第一章緒論醫(yī)學(xué)超聲簡介醫(yī)學(xué)超聲發(fā)展醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的分類2ppt課件第一章緒論醫(yī)學(xué)超聲簡介2ppt課件2精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”醫(yī)學(xué)超聲--緒論--ppt課件4精品資料精品資料5你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”醫(yī)學(xué)超聲--緒論--ppt課件6醫(yī)學(xué)超聲簡介醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)振動與波、聲、超聲機(jī)械波在生物組織中的傳播特性醫(yī)學(xué)超聲研究內(nèi)容醫(yī)學(xué)超聲物理醫(yī)學(xué)超聲工程醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用超聲診斷醫(yī)學(xué)設(shè)備的四大支柱：超聲設(shè)備、生化分析、x射線、核醫(yī)學(xué)及核磁共振設(shè)備超聲診斷的特點(diǎn)：無損傷、連續(xù)測量、實(shí)時(shí)性好、可對軟組織進(jìn)行診斷、廉價(jià)超聲治療熱效應(yīng)、空化效應(yīng)、生化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)超聲潔牙、超聲碎石機(jī)、高強(qiáng)度聚焦超聲治療7ppt課件醫(yī)學(xué)超聲簡介醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)7ppt課件7醫(yī)學(xué)超聲的發(fā)展 20世紀(jì)初：水聲應(yīng)用于航海和軍事?lián)Q能器：1917年：逆壓電效應(yīng)1955年：PZT壓電材料研制成功60年代：PVF醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備及成像方法1942年：工業(yè)超聲應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷1946年：A超50年代末：M超、B超成像方法、多普勒技術(shù)60年代：超聲全息、B型實(shí)時(shí)成像、陣列式換能器、電子線性掃描、扇形掃描、電子聚焦法等70年代后8ppt課件醫(yī)學(xué)超聲的發(fā)展 20世紀(jì)初：水聲應(yīng)用于航海和軍事8ppt課件89ppt課件9ppt課件910ppt課件10ppt課件1011ppt課件11ppt課件1112ppt課件12ppt課件1213ppt課件13ppt課件1314ppt課件14ppt課件14醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的分類按超聲波形分類按利用的物理特性分類按醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的體系分類15ppt課件醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的分類按超聲波形分類15ppt課件15第二章醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲的物理特性和傳播特性聲波動方程及其解多普勒效應(yīng)生物組織的超聲特性超聲生物效應(yīng)16ppt課件第二章醫(yī)學(xué)超聲的物理基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲的物理特性和傳播特性1616§2.1超聲波基本概念機(jī)械振動與機(jī)械波機(jī)械振動：彈性力的作用下，物體沿直線或曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動。機(jī)械波：機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程。聲波（包括超聲波和次聲波）屬于機(jī)械波。產(chǎn)生機(jī)械波的兩個(gè)條件：

1.要有機(jī)械振動的波源；

2.要有傳播機(jī)械振動的彈性介質(zhì)。17ppt課件§2.1超聲波基本概念機(jī)械振動與機(jī)械波17ppt課件17波長、頻率和波速

C=λf超聲波：f>20KHz聲波：20Hz<f<20KHz次聲波：f<20Hz超聲波的特點(diǎn)：

1.方向性好；

2.能量高；

3.傳播特性：相似于光波；

4.具有一定的穿透能力。18ppt課件波長、頻率和波速18ppt課件18聲波頻率的劃分：次聲波主要應(yīng)用于氣象探測、核爆炸及預(yù)報(bào)地震；特超聲波主要應(yīng)用于探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)；19ppt課件聲波頻率的劃分：次聲波主要應(yīng)用于氣象探測、核爆炸及預(yù)報(bào)地震；19二.超聲波的類型根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動方向分類縱波L：質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向相同的波橫波S：質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向垂直的波表面波R：質(zhì)點(diǎn)沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，又稱瑞利波板波：在板厚與波長相當(dāng)?shù)膹椥员“逯袀鞑サ牟ǚ譃椋篠H波與蘭姆波20ppt課件二.超聲波的類型根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動方向分類20ppt課件20根據(jù)波陣面的形狀分類平面波：波平面為互相平行的平面形狀的波柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波球面波：波陣面為同心球面的波21ppt課件根據(jù)波陣面的形狀分類21ppt課件21根據(jù)振動的持續(xù)時(shí)間分類連續(xù)波：波源持續(xù)不斷的振動所輻射的波脈沖波：波源振動間歇輻射的波22ppt課件根據(jù)振動的持續(xù)時(shí)間分類22ppt課件22三.超聲波的傳播速度

傳播速度與介質(zhì)的彈性模量（可壓縮性系數(shù)）和密度有關(guān)1.固體介質(zhì)中的聲速縱波：

橫波：表面波：2.液體和氣體介質(zhì)中的縱波速度縱波波速：其間存在固有關(guān)系：CL>CS>CR23ppt課件三.超聲波的傳播速度傳播速度與介質(zhì)的彈性模量233.

液體和氣體介質(zhì)中縱波聲速隨溫度變化24ppt課件3.液體和氣體介質(zhì)中縱波聲速隨溫度變化24ppt課件24四.波的疊加、干涉、繞射和惠更斯原理波的疊加原理波的干涉波的繞射惠更斯原理25ppt課件四.波的疊加、干涉、繞射和惠更斯原理波的疊加原理25ppt25五.超聲場的特征值

聲壓P：聲阻抗Z：聲強(qiáng)I：分貝和奈培的概念：輻射壓與聲功率（全吸收）：26ppt課件五.超聲場的特征值聲壓P：26ppt課件26§2.2波動方程及其解

超聲波是聲波的一種，其波動方程與聲波波動方程一致。一維位移波動方程的形式為：三維位移波動方程的形式為：聲壓波動方程與位移波動方程具有同樣形式。27ppt課件§2.2波動方程及其解超聲波是聲波的一種，其波27理想流體平面波動方程解的形式是：另一種等價(jià)的復(fù)數(shù)解的形式是：理想流體球面波動方程解的形式是：理想流體柱面波動方程解的形式是：28ppt課件理想流體平面波動方程解的形式是：28ppt課件28§2.3界面上的波的反射和透射一、垂直入射到平界面上的反射與透射聲壓反射率：聲壓透射率：聲強(qiáng)反射率：聲強(qiáng)透射率：能量守恒：討論：當(dāng)z2>z1時(shí)，r≈1，pr與p0同相位，類似駐波，聲壓振幅最大為pr+

p0；當(dāng)z1>z2時(shí)，r≈-1，pr與p0反相位，聲壓振幅為pr-

p0；當(dāng)z1>>z2時(shí)，r=-1，t=0,全反射，存在于固/氣或液/氣界面；當(dāng)z1≈z2時(shí)，r=0，t=1,幾乎全透射，無反射。29ppt課件§2.3界面上的波的反射和透射一、垂直入射到平界面上的反射29二、傾斜入射到平界面上的反射與透射（一）波型轉(zhuǎn)換和反射、折射定律波型轉(zhuǎn)換發(fā)生轉(zhuǎn)換的條件：只發(fā)生在傾斜入射場合；只發(fā)生在能同時(shí)傳播幾種波的介質(zhì)中，比如固體中。反射、折射定律30ppt課件二、傾斜入射到平界面上的反射與透射（一）波型轉(zhuǎn)換和反射、折射30反射、折射定律的特征：反射、折射波線與入射波線分別在法線兩側(cè)；任一種反射波或折射波所對應(yīng)的正弦與相應(yīng)的聲速之比恒等于一個(gè)定值；如果cl2>cs2>cl1，則：

31ppt課件反射、折射定律的特征：31ppt課件31（二）臨界角32ppt課件（二）臨界角32ppt課件32（三）反射率與透射率（折射率）33ppt課件（三）反射率與透射率（折射率）33ppt課件33三、平面超聲波在曲面上的反射與透射（一）反射波球曲面：柱曲面：式中正負(fù)號：發(fā)散取“+”，聚焦取“-”。（二）透射波球面曲透射聲壓：柱面曲透射聲壓：式中正負(fù)號：發(fā)散取“+”，聚焦取“-”。（三）聲透鏡：34ppt課件三、平面超聲波在曲面上的反射與透射（一）反射波34ppt課件3435ppt課件35ppt課件35四、超聲波多層透射與聲耦合（一）聲耦合問題：（二）超聲波垂直入射到多層平界面上的反射與透射36ppt課件四、超聲波多層透射與聲耦合（一）聲耦合問題：36ppt課件36討論：如果l2<<λ時(shí)，即無耦合劑而且緊密接觸，類似于兩層界面情況；如果l2=nλ/2時(shí)，即半波長整數(shù)倍，結(jié)果基本同上；如果l2=(2n+1)λ/4時(shí),即四分之一波長奇數(shù)倍。理想情況下：T13=1，使所有超聲波能量全部透射到人體當(dāng)中。37ppt課件討論：37ppt課件37（三）超聲波傾斜入射到多層平界面上的反射與透射38ppt課件（三）超聲波傾斜入射到多層平界面上的反射與透射38ppt課件38§2.4散射d>>λ，反射；d<<λ，衍射；d≈λ，散射；39ppt課件§2.4散射d>>λ，反射；39ppt課件3940ppt課件40ppt課件40§2.5多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源與反射界面或散射體之間存在相對運(yùn)動時(shí)，接收到的聲波信號頻率與入射聲波頻率存在差別，頻差的幅值與相對運(yùn)動的速度成正比。1、聲源至運(yùn)動界面通路從運(yùn)動目標(biāo)上觀察到的入射聲波速度為：有效頻率是：2、運(yùn)動界面至接收器通路從接收器上接收到界面的速度為：接收聲波頻率是：41ppt課件§2.5多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源與反射界面或散射體之41在超聲波流量測量中，v<<c，多普勒頻移fd=fr-fi，則：當(dāng)發(fā)射角等于接收角時(shí)，則：矢量表達(dá)式：也即：42ppt課件在超聲波流量測量中，v<<c，多普勒頻移fd=fr-fi，則42§2.6生物組織的超聲特性一、生物組織二、超聲波的衰減三、生物組織超聲特性參數(shù)值43ppt課件§2.6生物組織的超聲特性一、生物組織43ppt課件43一、生物組織細(xì)胞是基本的組織單元，它組成了各種人體組織。人體軟組織分五個(gè)基本組織類型：1、上皮組織；2、肌肉組織；3、神經(jīng)組織；4、連締組織；5、液體組織。吸收超聲波的重要生物組織是膠原蛋白（膠原蛋白占人體蛋白質(zhì)的比例是30%～40%，在人體中起著細(xì)胞與細(xì)胞之間的連接支架作用，是大分子物質(zhì)。在膠質(zhì)中含有大量的膠原蛋白。）44ppt課件一、生物組織細(xì)胞是基本的組織單元，它組成了各種人體組織。4444二、超聲波總衰減（一）總衰減系數(shù)公式：其中μ是幅度衰減系數(shù)；μ0=-(1/z)ln(A0/AZ)Np/cm（二）衰減因素：1、擴(kuò)散衰減；2、散射衰減；

3、吸收衰減；4、反射衰減。 散射衰減和吸收衰減遵從指數(shù)衰減規(guī)律。（三）吸收衰減隨超聲頻率的變化：當(dāng)超聲頻率在1MHZ～15MHZ時(shí)，吸收衰減系數(shù)為：

0.5～3.5dB/(cm.MHZ)。

80%的超聲波吸收衰減是膠原蛋白貢獻(xiàn)的。45ppt課件二、超聲波總衰減（一）總衰減系數(shù)公式：45ppt課件45三、生物組織超聲特性參數(shù)（一）聲速：超聲波在人體軟組織中的平均聲速（縱波聲速）值c=1540m/s。人體中骨骼聲速為軟組織的三倍左右。表2.2是超聲波在人體正常組織的傳播速度。（二）聲阻抗與聲壓反射系數(shù)：表2.3和表2.4分別是人體組織和某些材料的聲阻抗和聲壓反射系數(shù)。（三）超聲衰減系數(shù)：表2.5給出了人體組織對超聲波的吸收系數(shù)。表2.6是超聲在人體組織中的平均衰減系數(shù)。46ppt課件三、生物組織超聲特性參數(shù)（一）聲速：超聲波在人體軟組織中的平46超聲波衰減的主要因素是：吸收+散射+反射+擴(kuò)散。 吸收：取決于輻射頻率高低，頻率高則吸收大； 散射：取決于非均勻介質(zhì)不規(guī)則性、折射程度和散射顆粒的尺寸和統(tǒng)計(jì)程度。 反射：取決于傳播方向上界面聲阻抗差（反射系數(shù)）。 擴(kuò)散：取決于聲束的發(fā)散程度和聚焦特性（各種波前和惠更 斯原理）。 衰減因素中各自所占的比例： 吸收占20%～40%

散射占20%～30%

反射占30%

擴(kuò)散占10%～20%47ppt課件超聲波衰減的主要因素是：吸收+散射+反射+擴(kuò)散。47ppt課47§2.7超聲生物效應(yīng)一、超聲生物效應(yīng)的機(jī)理二、診斷超聲安全劑量閾值三、超聲生物效應(yīng)研究分類48ppt課件§2.7超聲生物效應(yīng)一、超聲生物效應(yīng)的機(jī)理48ppt課件48超生生物效應(yīng)機(jī)理（一）熱機(jī)理：1、分子振動和轉(zhuǎn)動能量發(fā)生可逆轉(zhuǎn)性的溫度增加；

2、導(dǎo)熱性差引起蛋白質(zhì)變性的分子結(jié)構(gòu)永久性的被改變。（二）機(jī)械作用：超聲波對細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接剪切力的效應(yīng)。

機(jī)械攪拌、相互擴(kuò)散、均勻化、凝聚作用、機(jī)械切削作用、機(jī)械粉碎作用（三）空化作用：空化定義為充有氣體或蒸汽的空腔在外場作用下發(fā)生振蕩的任何現(xiàn)象。其局部產(chǎn)生的高溫高壓以及放電現(xiàn)象，即超聲波正半波將液體拉開，產(chǎn)生波長相當(dāng)?shù)男馀荩?fù)半波擠壓氣泡，使其爆裂產(chǎn)生高壓能量，使得超聲波具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。（四）化學(xué)作用：產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)速度改變，或生物蛋白性質(zhì)改變。49ppt課件超生生物效應(yīng)機(jī)理（一）熱機(jī)理：1、分子振動和轉(zhuǎn)動能量發(fā)生可逆49診斷超聲安全劑量閾值診斷超聲劑量過高損害人體組織；過低則探測人體失去意義。一般來說，安全聲強(qiáng)劑量：10～100mW/cm2圖2.23示出了診斷超聲安全劑量分布范圍。圖3.49示出了全面的超聲波換能器超聲聲強(qiáng)的應(yīng)用基本參數(shù)。50ppt課件診斷超聲安全劑量閾值診斷超聲劑量過高損害人體組織；過低則探測5051ppt課件51ppt課件51第三章醫(yī)用超聲換能器壓電材料的特性與壓電效應(yīng)壓電振子醫(yī)用超聲換能器的種類與結(jié)構(gòu)超聲換能器的聲場特性超聲換能器重要性能的測定52ppt課件第三章醫(yī)用超聲換能器壓電材料的特性與壓電效應(yīng)52ppt課件52

醫(yī)學(xué)超聲診斷與治療設(shè)備中的最重要部件之一是超聲波發(fā)射與接收換能器。 對于超聲設(shè)備而言，大多數(shù)采用聲電換能器來實(shí)現(xiàn)。 聲電換能換能器按工作原理分為電場式、磁場式 電場式：利用所產(chǎn)生的力效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電能量相互轉(zhuǎn)換，內(nèi)部儲能元件是電容； 磁場式：利用磁場的力效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲電能量互相轉(zhuǎn)換，內(nèi)部儲能元件是電感。 醫(yī)學(xué)超聲工程中，大多使用壓電式超聲換能器，其對外電特性呈容性。 本章內(nèi)容安排：壓電材料壓電振子壓電換能器53ppt課件 醫(yī)學(xué)超聲診斷與治療設(shè)備中的最重要部件之一是超聲波發(fā)射53p53§3.1壓電效應(yīng)與壓電材料特性一、壓電效應(yīng)——壓電效應(yīng)是可逆的（一）正壓電效應(yīng)（二）逆壓電效應(yīng)54ppt課件§3.1壓電效應(yīng)與壓電材料特性一、壓電效應(yīng)——壓電效應(yīng)是可54壓電逆壓電55ppt課件壓電逆壓電55ppt課件55二、壓電材料（一）壓電單晶體（二）壓電陶瓷（三）壓電高分子聚合材料56ppt課件二、壓電材料56ppt課件56三、壓電方程壓電材料既是彈性體，又是介電體。因而既具有力學(xué)性，又具有電學(xué)性；作為彈性體有彈性模量：T/S=c； 作為介電體有介電常數(shù)：D/E=ε。矩陣形式的狀態(tài)方程是：57ppt課件三、壓電方程矩陣形式的狀態(tài)方程是：57ppt課件57四、壓電體參數(shù)（一）機(jī)械品質(zhì)因數(shù)（二）機(jī)電耦合系數(shù)（三）壓電系數(shù)

1、發(fā)射系數(shù)（1）壓電應(yīng)變系數(shù)d

（2）壓電應(yīng)力系數(shù)e 2、接收系數(shù)（1）壓電電壓系數(shù)g

（2）壓電勁度系數(shù)h（四）頻率常數(shù)：（五）居里點(diǎn)：壓電性能消失的臨界溫度點(diǎn)58ppt課件四、壓電體參數(shù)58ppt課件58§3.2壓電振子一、壓電振子的振動模式振動模式伸縮振動切變振動彎曲振動能陷振動厚度振動長度振動徑向振動厚度切變面切變厚度彎曲長度彎曲NEXT59ppt課件§3.2壓電振子一、壓電振子的振動模式振動模式伸縮振動切變5960ppt課件60ppt課件60或61ppt課件或61ppt課件6162ppt課件62ppt課件6263ppt課件63ppt課件6364ppt課件64ppt課件64二、醫(yī)用超聲換能器的結(jié)構(gòu)

（一）單振元換能器主體壓電振子吸聲塊匹配保護(hù)層殼體外殼接插件導(dǎo)線65ppt課件二、醫(yī)用超聲換能器的結(jié)構(gòu)

（一）單振元換能器主體壓電振子吸聲65（二）機(jī)械掃描換能器（三）聲學(xué)聚焦換能器66ppt課件（二）機(jī)械掃描換能器66ppt課件66（四）多陣元換能器67ppt課件（四）多陣元換能器67ppt課件6768ppt課件68ppt課件6869ppt課件69ppt課件69（五）超聲連續(xù)波多普勒換能器

1、分隔式

2、分離式

3、重疊式70ppt課件（五）超聲連續(xù)波多普勒換能器70ppt課件70（六）特殊用途換能器特殊用途換能器穿刺活檢換能器腔內(nèi)換能器兒科換能器眼科換能器手術(shù)換能器71ppt課件（六）特殊用途換能器特殊用途穿刺活檢腔內(nèi)換能器兒科換能器眼科71三、壓電振子的等效電路兩種等效方法——力電類比等效電路法、波動傳輸法72ppt課件三、壓電振子的等效電路72ppt課件7273ppt課件73ppt課件73四、壓電振子的諧振特性（一）壓電振子作為彈性體 當(dāng)施加的機(jī)械振動的頻率等于其固有頻率，將產(chǎn)生機(jī)械諧振。正壓電效應(yīng)：機(jī)械能-〉電能（二）壓電振子作為壓電體所施加的電壓頻率等于其固有頻率，產(chǎn)生電諧振。逆壓電效應(yīng)：電能-〉機(jī)械能

74ppt課件四、壓電振子的諧振特性74ppt課件74壓電振子阻抗隨頻率的變化關(guān)系：電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)：電路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)：結(jié)論應(yīng)用：

1、發(fā)射時(shí)，調(diào)諧到串聯(lián)諧振，發(fā)射能量最大；

2、接收時(shí)：調(diào)諧到并聯(lián)諧振，接受靈敏度最高。75ppt課件壓電振子阻抗隨頻率的變化關(guān)系：75ppt課件7576ppt課件76ppt課件76§3.3醫(yī)用超聲換能器種類、結(jié)構(gòu)與特性一、醫(yī)用超聲換能器分類77ppt課件§3.3醫(yī)用超聲換能器種類、結(jié)構(gòu)與特性一、醫(yī)用超聲換能器分77三、超聲換能器的應(yīng)用特性（一）頻率特性

1、工作頻率與頻率調(diào)配

2、頻帶寬度 綜合匹配：換能器帶寬=超聲信號系統(tǒng)帶寬（二）阻抗匹配

1、功率匹配

2、電阻抗匹配

3、聲阻抗匹配78ppt課件三、超聲換能器的應(yīng)用特性（一）頻率特性78ppt課件78（三）吸收特性（四）靈敏度（五）輻射特性79ppt課件（三）吸收特性79ppt課件79§3.4超聲換能器的聲場特性一單陣元換能器的超聲場（一）平面圓型換能器的超聲場

1.聲源軸上的聲壓分布

2、聲束指向性80ppt課件§3.4超聲換能器的聲場特性一單陣元換能器的超聲場（一）平80方向銳度角、主波束寬度81ppt課件方向銳度角、主波束寬度81ppt課件81（二）振幅漸變式圓片換能器的超聲場82ppt課件（二）振幅漸變式圓片換能器的超聲場82ppt課件82（三）矩形平面換能器的超聲場

1、聲源軸上的聲壓分布

2、聲束指向性83ppt課件（三）矩形平面換能器的超聲場83ppt課件83（四）聚焦換能器的超聲場

f：焦距，D：孔徑，λ：波長討論：換能器直徑越大，焦點(diǎn)直徑d越小；工作頻率越高，焦點(diǎn)直徑d越小。84ppt課件（四）聚焦換能器的超聲場84ppt課件84二.多陣元換能器的超聲場（一）線陣換能器的超聲場

1、聲壓分布85ppt課件二.多陣元換能器的超聲場（一）線陣換能器的超聲場85ppt課852、聲束指向性

（1）xoz平面的指向性函數(shù)

（2）柵瓣刪除條件86ppt課件2、聲束指向性86ppt課件86

（3）方向銳度角和半功率開角 方向銳度角：

半功率開角：

（4）定向準(zhǔn)確度

（5）旁瓣級87ppt課件 （3）方向銳度角和半功率開角87ppt課件87討論： 主瓣越尖銳旁瓣越小則橫向分辨率越高，n越大；

n增大換能器聲孔徑加大，換能器復(fù)雜度提高成本加大；

88ppt課件討論：88ppt課件88（二）相控陣換能器的超聲場

1.聲壓分布89ppt課件（二）相控陣換能器的超聲場89ppt課件892、聲束指向性

（1）xoz平面的指向性函數(shù)

（2）柵瓣刪除條件90ppt課件2、聲束指向性90ppt課件90（3）方向銳度角和半功率開角 方向銳度角：

半功率開角：

（4）定向準(zhǔn)確度

（5）旁瓣級91ppt課件（3）方向銳度角和半功率開角91ppt課件91§3.5超聲換能器性能的測定一.超聲場的輻射分布測定 （一）超聲光衍射法 （二）水浸法測超聲場92ppt課件§3.5超聲換能器性能的測定一.超聲場的輻射分布測定92p92二.超聲換能器頻率特性的測定

（一）頻譜分析法93ppt課件二.超聲換能器頻率特性的測定 （一）頻譜分析法93ppt課件93（二）掃頻測量法（三）水浸法測量連續(xù)波多普勒換能器94ppt課件（二）掃頻測量法94ppt課件94第四章超聲信號、信道與指標(biāo)超聲信號形式及其特性超聲信號與系統(tǒng)的主要指標(biāo)超聲波發(fā)射方式和發(fā)射通道超聲波信號模擬接收處理通道接收相關(guān)處理原理各種顯示管的原理95ppt課件第四章超聲信號、信道與指標(biāo)超聲信號形式及其特性95ppt課95§4.1概述96ppt課件§4.1概述96ppt課件96§4.2超聲信號形式及其特性一.信號特性的表達(dá)方法

1.時(shí)間波形

2.頻譜與功率譜

3.相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)與其功率譜密度函數(shù)是一對傅里葉變換對；輸入與輸出的互相關(guān)函數(shù)等于輸入的自相關(guān)函數(shù)與系統(tǒng)沖激響應(yīng)的卷積。97ppt課件§4.2超聲信號形式及其特性一.信號特性的表達(dá)方法97pp97二.超聲信號分類98ppt課件二.超聲信號分類98ppt課件98三.超聲信號特性（一）單頻載波脈沖信號

1.波形 數(shù)學(xué)表示是：99ppt課件三.超聲信號特性99ppt課件992.功率譜3.自相關(guān)函數(shù)100ppt課件2.功率譜100ppt課件100（二）單頻連續(xù)波信號（三）隨機(jī)噪聲信號（四）偽隨機(jī)相位編碼連續(xù)波信號

1.m序列產(chǎn)生與波形

2.自相關(guān)函數(shù)和功率譜

3.偽隨機(jī)連續(xù)波調(diào)相：整個(gè)功率譜被搬移到以f0為中心的兩邊。（五）線性調(diào)頻脈沖信號（六）偽隨機(jī)脈沖信號101ppt課件（二）單頻連續(xù)波信號101ppt課件101§4.3超聲信號與系統(tǒng)的主要指標(biāo)一.動態(tài)范圍（一）原始定義（二）接收信號動態(tài)范圍（三）系統(tǒng)動態(tài)范圍

1.輸入動態(tài)范圍

2.輸出動態(tài)范圍

3.動態(tài)范圍壓縮比102ppt課件§4.3超聲信號與系統(tǒng)的主要指標(biāo)一.動態(tài)范圍102ppt課102二.工作頻率、頻帶寬度、信號基頻與幀頻（一）工作頻率（二）頻帶寬度

1.信號帶寬

2.系統(tǒng)帶寬（三）系統(tǒng)基頻

1.脈沖重復(fù)頻率PRF 2.偽隨機(jī)序列基頻FB103ppt課件二.工作頻率、頻帶寬度、信號基頻與幀頻（一）工作頻率103p103（四）幀頻104ppt課件（四）幀頻104ppt課件104三.分辨力、分辨率（一）分辨力：指系統(tǒng)能夠辨別兩種物體、兩種組織或兩個(gè)目標(biāo)的能力（二）分辨率：分辨力的倒數(shù)

1.橫向分辨力：橫向分辨率的倒數(shù)

影響橫向分辨力的因素：超聲波束寬度；發(fā)射聲波幅度；接收動態(tài)范圍；檢測閾值；超聲衰減

105ppt課件三.分辨力、分辨率（一）分辨力：指系統(tǒng)能夠辨別兩種物體、兩種1052.縱向分辨力：縱向分辨率的倒數(shù)

影響縱向分辨力的因素：電脈沖寬度；系統(tǒng)帶寬；工作頻率；超聲衰減；檢測閾值；動態(tài)范圍106ppt課件2.縱向分辨力：縱向分辨率的倒數(shù)106ppt課件106四.發(fā)射功率、接收功率、靈敏度和信噪比（一）發(fā)射功率Pe（二）接收功率Pr（三）靈敏度Sr（四）信噪比SNR

噪聲細(xì)而密則帶寬寬；粗而稀則帶寬窄。107ppt課件四.發(fā)射功率、接收功率、靈敏度和信噪比（一）發(fā)射功率Pe1107§4.4超聲發(fā)射通道一.連續(xù)正弦波發(fā)射二.單載頻脈沖波發(fā)射

（一）震激發(fā)射方式 （二）選通正弦波發(fā)射方式108ppt課件§4.4超聲發(fā)射通道一.連續(xù)正弦波發(fā)射108ppt課件108三.調(diào)制發(fā)射（一）偽隨機(jī)碼發(fā)射方式（二）線性調(diào)頻發(fā)射109ppt課件三.調(diào)制發(fā)射（一）偽隨機(jī)碼發(fā)射方式109ppt課件109§4.5脈沖接收通道110ppt課件§4.5脈沖接收通道110ppt課件110一、射頻放大器

1、對射頻前置放大器的要求

2、射頻放大器的一般構(gòu)成二、時(shí)間增益補(bǔ)償（STC或TGC）

1、斜率控制性TGC 2、距離控制性STC111ppt課件一、射頻放大器111ppt課件111三.對數(shù)放大器1.問題的提出2.實(shí)現(xiàn)方法折線近似法逐次飽和法112ppt課件三.對數(shù)放大器1.問題的提出112ppt課件112四.檢波、抑制與視頻放大（一）檢波

1.幅度檢波；2.相位檢波；3.頻率檢波；4.相關(guān)檢波

常規(guī)超聲波診斷設(shè)備（如A、B、M超），大多采用幅度檢波。檢出信號的包絡(luò)。（二）抑制（三）視頻放大113ppt課件四.檢波、抑制與視頻放大（一）檢波113ppt課件113§4.6偽隨機(jī)接收相關(guān)處理114ppt課件§4.6偽隨機(jī)接收相關(guān)處理114ppt課件114發(fā)射信號：射頻輸出信號：乘法器輸出信號：濾波器輸出信號：相關(guān)器輸出信號：關(guān)鍵點(diǎn)：互相關(guān)為“0”，自相關(guān)“1”。115ppt課件發(fā)射信號：115ppt課件115§4.7顯示器原理場偏轉(zhuǎn)示波管原理簡述磁偏轉(zhuǎn)示波管原理簡述116ppt課件§4.7顯示器原理場偏轉(zhuǎn)示波管原理簡述116ppt課件116三.彩色顯像管原理簡述四.液晶顯像管原理簡述117ppt課件三.彩色顯像管原理簡述117ppt課件117典型電路介紹超聲線陣發(fā)射電路超聲隔離級118ppt課件典型電路介紹超聲線陣發(fā)射電路超聲隔離級118ppt課件118接收預(yù)放電路開關(guān)網(wǎng)絡(luò)119ppt課件接收預(yù)放電路開關(guān)網(wǎng)絡(luò)119ppt課件119第六章診斷超聲成像A、M、B超聲診斷儀的介紹和異同點(diǎn)對比超聲波束處理技術(shù)的各種主要方法各種B超診斷儀掃描成像方法與原理其它掃描成像方法（C、F、3D型）的介紹數(shù)字掃描變換器的主要原理和方法120ppt課件第六章診斷超聲成像A、M、B超聲診斷儀的介紹和異同點(diǎn)對比1120§6.1概述診斷超聲設(shè)備工作模式：

基本工作模式：A型（AmplitudeMode）、B型(BrightnessMode)、M型（MotionMode）、CW連續(xù)波多普勒（ContinuousWaveDoppler）、脈沖多普勒(PulsedDoppler)、彩色多普勒（ColorDoppler）等。

121ppt課件§6.1概述診斷超聲設(shè)備工作模式：121ppt課件121A型、M型與B型顯示方式異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：脈沖回波法獲得組織信息；跟蹤顯示的是器官動態(tài)圖像；A與M同為單振元換能器，提供均為一維信息；B與M均為亮度調(diào)輝顯示。不同點(diǎn)：A提供的是軸向一維組織信息，波形幅度顯示；M提供的是軸向心動組織一維運(yùn)動信息；B提供人體解剖結(jié)構(gòu)和組織器官的二維切面信息。122ppt課件A型、M型與B型顯示方式異同點(diǎn)：122ppt課件122診斷超聲成像方法：反射成像（即脈沖回波法）、透射成像脈沖回波法優(yōu)點(diǎn)：單一換能器，操作方法簡單、此方法相當(dāng)成熟（聲納、雷達(dá)）123ppt課件診斷超聲成像方法：123ppt課件123接收信號的數(shù)學(xué)描述：理想假設(shè)：被探測物體結(jié)構(gòu)尺寸遠(yuǎn)大于發(fā)射聲波波長。超聲在人體中傳播時(shí)的衍射和擴(kuò)散幾乎忽略。超聲波以同樣的傳播速度穿過人體組織。被探測物體為各向同性的弱反射子陣列，在此弱反射假設(shè)下，二次以上的反射可以忽略。124ppt課件接收信號的數(shù)學(xué)描述：124ppt課件124§6.2A型超聲診斷儀125ppt課件§6.2A型超聲診斷儀125ppt課件125§6.3M型超聲診斷儀M型超聲診斷設(shè)備是在A型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；工作原理：將A型回波圖加至示波管的Z軸亮度調(diào)制極上，將A型儀的時(shí)間基線加至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，水平偏轉(zhuǎn)板加一慢時(shí)間掃描電壓。126ppt課件§6.3M型超聲診斷儀M型超聲診斷設(shè)備是在A型基礎(chǔ)上發(fā)展126M型工作方式用來觀察運(yùn)動組織的位置隨時(shí)間的變化。對于心臟，M型圖像和心電、心音具有固定對應(yīng)的時(shí)間相位關(guān)系。127ppt課件M型工作方式用來觀察運(yùn)動組織的位置隨時(shí)間的變化。對于心臟，127聚焦控制孔徑控制變跡技術(shù)多波束形成§6.4超聲波束處理技術(shù)128ppt課件聚焦控制§6.4超聲波束處理技術(shù)128ppt課件128聚焦控制參數(shù)：換能器口徑、焦點(diǎn)直徑、聚焦深度、焦距將主聲束上焦點(diǎn)兩側(cè)相對于聚焦點(diǎn)處聲壓下降20％的主聲束長度定義為聚焦深度8.16*（F/D）*λ129ppt課件聚焦控制參數(shù)：換能器口徑、焦點(diǎn)直徑、聚焦深度、焦距將主聲束上129聚焦類型凹面晶體聲學(xué)透鏡以上兩種聚焦類型焦點(diǎn)的聲束比較細(xì)，橫向分辨性能好．但是，一旦偏離聚焦范圍·聲束比未聚焦的還粗．因此，采用這種聚焦型探．要注意聚焦范圍的深度．一般可分成近距離、中距離和遠(yuǎn)路離3個(gè)檔次．130ppt課件聚焦類型130ppt課件130電子聚焦優(yōu)點(diǎn)：

第一，能使合成的波束在軟組織斷面或體積內(nèi)快速掃描，且不必移動或轉(zhuǎn)動換能器；笫二，結(jié)合發(fā)射和接收聲波的控制與處理，使合成波束具有精良的時(shí)間和空間特性。

電子聚焦原理陣列形式線陣的電子聚焦凸陣電子聚焦面陣環(huán)陣131ppt課件電子聚焦131ppt課件131電子聚焦原理發(fā)射聚焦：聲場特性不能動態(tài)改變接收聚焦：聲場特性可以動態(tài)改變在超聲脈沖發(fā)射過程中，一旦各陣元按設(shè)計(jì)的延遲時(shí)間發(fā)射超聲脈沖后，其聚焦焦距已由聚焦延遲時(shí)間關(guān)系和傳播介質(zhì)中聲速所確定，而不受儀器系統(tǒng)的控制．此外，也出于發(fā)射脈沖寬度遠(yuǎn)小于接收回波信號的時(shí)間。動態(tài)的波形控制方法僅在接收聚焦過程中使用，發(fā)射聚焦一般采用弱聚焦。132ppt課件電子聚焦原理發(fā)射聚焦：聲場特性不能動態(tài)改變接收聚焦：聲場特性132線陣的電子聚焦焦點(diǎn)延時(shí)公式：F133ppt課件線陣的電子聚焦焦點(diǎn)延時(shí)公式：F133ppt課件133凸陣電子聚焦

焦點(diǎn)延時(shí)公式：134ppt課件凸陣電子聚焦

焦點(diǎn)延時(shí)公式：134ppt課件134面陣135ppt課件面陣135ppt課件135環(huán)陣136ppt課件環(huán)陣136ppt課件136動態(tài)聚焦非實(shí)時(shí)動態(tài)聚焦實(shí)時(shí)分段動態(tài)聚焦實(shí)時(shí)連續(xù)動態(tài)聚焦相位延時(shí)+群延時(shí)137ppt課件動態(tài)聚焦非實(shí)時(shí)動態(tài)聚焦相位延時(shí)+群延時(shí)137ppt課件137非球面聚焦應(yīng)用于發(fā)射聚焦： 發(fā)射聚焦不能運(yùn)用動態(tài)波束合成技術(shù)，必須采用弱聚焦。球面聚焦方式，焦點(diǎn)深度有限。138ppt課件非球面聚焦應(yīng)用于發(fā)射聚焦：138ppt課件138可變孔徑技術(shù)139ppt課件可變孔徑技術(shù)139ppt課件139可變孔徑技術(shù)優(yōu)點(diǎn)減少最大延時(shí)量 孔徑固定，最大延時(shí)量近似于孔徑的平方成正比。增加近場的焦區(qū)深度 焦點(diǎn)深度與（F/D）成正比，孔徑固定的條件下，近場焦點(diǎn)深度過小。減少TGC的控制范圍 近場用小孔徑，由于孔徑引起的焦點(diǎn)增益小。部分的減少了衰減引起的近場和遠(yuǎn)場回波的差異。140ppt課件可變孔徑技術(shù)優(yōu)點(diǎn)140ppt課件140變跡控制目的：抑制旁瓣和柵瓣；影響旁瓣的因素：換能器；延時(shí)網(wǎng)絡(luò)相位量化誤差；折射相位誤差；141ppt課件變跡控制目的：抑制旁瓣和柵瓣；141ppt課件141142ppt課件142ppt課件142動態(tài)變跡的方法幅度變跡孔徑變跡動態(tài)變跡143ppt課件動態(tài)變跡的方法幅度變跡143ppt課件143幅度變跡常用的窗函數(shù)：高斯窗、三角窗等144ppt課件幅度變跡常用的窗函數(shù)：高斯窗、三角窗等144ppt課件144孔徑變跡動態(tài)變跡145ppt課件孔徑變跡動態(tài)變跡145ppt課件145用類比的方法解釋旁瓣與柵瓣：

旁瓣與柵瓣的類比表示口徑對旁瓣和柵瓣的影響用窗函數(shù)解釋幅度變跡函數(shù)形態(tài)對旁瓣與柵瓣的影響：變跡用幅度函數(shù)越陡，焦點(diǎn)處的主瓣展寬越寬，旁瓣抑制效果越好。146ppt課件用類比的方法解釋旁瓣與柵瓣：旁瓣與柵瓣的類比表示146ppt146多波束形成原理優(yōu)點(diǎn)147ppt課件多波束形成原理147ppt課件147B型掃描成像原理B型超聲波診斷儀：機(jī)械扇掃、電子線陣、電子相控陣、電子凸陣；復(fù)合M型、復(fù)合D型、復(fù)合A型、復(fù)合生理信號型；彩色B超；全數(shù)字化B超；148ppt課件B型掃描成像原理B型超聲波診斷儀：148ppt課件148掃描方式機(jī)械掃描：線掃扇掃149ppt課件掃描方式機(jī)械掃描：線掃扇掃149ppt課件149掃描方式電子線形掃查常規(guī)掃查隔行掃查飛越掃查1/2d間距掃查微扇角掃查150ppt課件掃描方式電子線形掃查150ppt課件150掃描方式電子相控陣扇形掃查相控發(fā)射與接收電子聚焦相控發(fā)射相控接收151ppt課件掃描方式電子相控陣扇形掃查相控發(fā)射相控接收151ppt課件151電子相控陣扇形掃查聲束偏轉(zhuǎn)的延時(shí)關(guān)系152ppt課件電子相控陣扇形掃查聲束偏轉(zhuǎn)的延時(shí)關(guān)系152ppt課件152凸面扇形掃查153ppt課件凸面扇形掃查153ppt課件153相控陣B超系統(tǒng)154ppt課件相控陣B超系統(tǒng)154ppt課件154相控陣B超系統(tǒng)155ppt課件相控陣B超系統(tǒng)155ppt課件155設(shè)備結(jié)構(gòu)超聲前端（FrontEnd）——發(fā)射和接收部分、波束合成器超聲后端（BackEnd）：DSC、后處理156ppt課件設(shè)備結(jié)構(gòu)超聲前端（FrontEnd）——發(fā)射和接收部分、波156全數(shù)字化超聲模塊圖相控陣B超系統(tǒng)157ppt課件全數(shù)字化超聲模塊圖相控陣B超系統(tǒng)157ppt課件157158ppt課件158ppt課件158動態(tài)頻率掃描159ppt課件動態(tài)頻率掃描159ppt課件159其他掃描成像方法C型投射C型反射F型160ppt課件其他掃描成像方法C型投射160ppt課件160數(shù)字掃描變換器（DSC）超聲掃描與顯示掃描：目的：超聲掃描速度低，顯示掃描速度要求高圖像凍結(jié)和靜態(tài)分析坐標(biāo)變換方法：161ppt課件數(shù)字掃描變換器（DSC）超聲掃描與顯示掃描：161ppt課件161線陣的DSC162ppt課件線陣的DSC162ppt課件162扇形掃描DSCNNIA（NearNeighborInterpolationAlgorithm）:易產(chǎn)生空洞，Morie偽像R-Theta方法：163ppt課件扇形掃描DSCNNIA（NearNeighborInte163NNIA164ppt課件NNIA164ppt課件164R-Theta165ppt課件R-Theta165ppt課件165復(fù)合成像頻率復(fù)合成像（FrequencyCompounding）空間復(fù)合成像（SpatialCompounding）166ppt課件復(fù)合成像頻率復(fù)合成像（FrequencyCompoundi166圖像處理圖像插補(bǔ)灰階處理邊緣檢測與增強(qiáng)。。。167ppt課件圖像處理圖像插補(bǔ)167ppt課件167§7超聲多普勒血流成像與成像

超聲多普勒血流測量的原理距離選通機(jī)屬于流速分布測量雙工型醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備168ppt課件§7超聲多普勒血流成像與成像超聲多普勒血流測量的原理16168§7.1超聲多普勒血流測量的原理§7.1.1多普