超聲成像原理

1超聲成像原理（二）云南醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校醫(yī)學(xué)影像系孫靜2024/7/181超聲成像原理第1頁定義：聲源與接收器在連續(xù)介質(zhì)中存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)聲波頻率將發(fā)生改變。多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)超聲物理基礎(chǔ)二、超聲傳輸特征2P1632024/7/182超聲成像原理第2頁超聲傳輸特征超聲物理基礎(chǔ)多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)

在聲源與觀察者作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲波密集，頻率增高；在背向運(yùn)動(dòng)時(shí)聲波疏散，頻率減低，這種引發(fā)聲波頻率改變現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。32024/7/183超聲成像原理第3頁超聲傳輸特征超聲物理基礎(chǔ)

換能器發(fā)出一定頻率超聲波，碰到活動(dòng)大界面或小界面，反射或散射回聲頻率發(fā)生改變，反射回聲與入射回聲之差稱為頻移。

在超聲醫(yī)學(xué)診療中，超聲多普勒技術(shù)可用于檢測心血管內(nèi)血流方向、流速和湍流程度等。42024/7/184超聲成像原理第4頁七、多普勒效應(yīng)（一）定義：當(dāng)振源（聲源）與接收器之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接到振動(dòng)（聲波）頻率與振源（聲源）發(fā)射頻率有一定差異，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。其改變頻差稱頻移，如界面朝向探頭運(yùn)動(dòng)，頻率升高；若界面背離探頭運(yùn)動(dòng)，則頻率減低；界面運(yùn)動(dòng)越快，頻移數(shù)值越大。心壁、血管壁、瓣膜等運(yùn)動(dòng)和血液流動(dòng)均可引發(fā)多普勒效應(yīng)。2024/7/185超聲成像原理第5頁多普勒效應(yīng)：聲源與接收器之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)接收到頻率有改變（頻移）

探頭探頭探頭向探頭運(yùn)動(dòng)背離探頭聲源界面靜止2024/7/186超聲成像原理第6頁（二）、人體內(nèi)多普勒效應(yīng)P189產(chǎn)生條件：超聲進(jìn)入人體后，只要碰到運(yùn)動(dòng)界面即產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。（一）層流（朝向探頭-紅，背離探頭-藍(lán)）（二）湍流：(正向-黃

紅+綠，負(fù)向-青藍(lán)+綠)（三）射流：層流湍流血管狹窄綠色：代表流速快且紊亂血流射流探頭探頭2024/7/187超聲成像原理第7頁紅+綠=黃藍(lán)+綠=青紅+藍(lán)=品紅如湍流血流方向朝向探頭，紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間血流圖象；如湍流血流方向背向探頭，監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間血流圖象；2024/7/188超聲成像原理第8頁------如湍流血流方向朝向探頭（如分流束），紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間血流圖象（舒張期：二狹、三狹，）；-----如湍流血流方向背向探頭（返流束），監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間血流圖象（收縮期：主狹、肺狹）正常情況過二尖瓣或三尖瓣為紅色血流，過主動(dòng)脈瓣或肺動(dòng)脈瓣為藍(lán)色血流2024/7/189超聲成像原理第9頁超聲原理彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)頻移。在顯示器上以不一樣彩色顯示不一樣血流方向和流速。P18910圖像特征2024/7/1810超聲成像原理第10頁對(duì)一些非對(duì)稱結(jié)晶材料（如石英）進(jìn)行一定方向加壓或拉伸時(shí)，表面兩側(cè)將會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

含有此性質(zhì)材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復(fù)合材料等。一、換能器的原理----壓電效應(yīng)P169超聲儀器探頭原理112024/7/1811超聲成像原理第11頁正壓電效應(yīng)結(jié)晶在其兩個(gè)受力界面上引發(fā)內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移，在兩個(gè)界面產(chǎn)生等量異號(hào)電荷。定義：由外力作用引發(fā)材料表面產(chǎn)生電荷，形成電場，稱為正壓電效應(yīng)。探頭原理超聲儀器12壓力---變形---產(chǎn)生電場(變形—電場)2024/7/1812超聲成像原理第12頁逆壓電效應(yīng)定義：在材料兩端施加一個(gè)電壓時(shí)，，晶體將產(chǎn)生幾何變形，稱為逆壓電效應(yīng)。

在晶體表面施加電場，可引發(fā)晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生位移，這一極化位移造成了晶體幾何形變。探頭原理超聲儀器13(電場—變形)2024/7/1813超聲成像原理第13頁

原理：對(duì)壓電晶體施以一交變電場因?yàn)槟鎵弘娦?yīng)，晶片即可發(fā)生機(jī)械性壓縮與擴(kuò)張，推進(jìn)周圍介質(zhì)，使之振動(dòng)，發(fā)出對(duì)應(yīng)頻率聲波。當(dāng)交變電場頻率大于2萬赫時(shí)，壓電晶片即可產(chǎn)生超聲波。超聲檢驗(yàn)時(shí)，探頭發(fā)出超聲波在人體組織中傳輸，碰到聲阻抗不一樣組織組成界面時(shí)，產(chǎn)生反射，反射回聲抵達(dá)探頭后，沿電壓軸方向?qū)┮砸欢▔毫?，因?yàn)檎龎弘娦?yīng)，使晶片兩側(cè)產(chǎn)生相反電荷，這種高頻微弱電信號(hào)經(jīng)主機(jī)接收并給予放大處理，以不一樣方式顯示于示波屏上，即形成代表界面回聲不一樣類型超聲。探頭原理超聲儀器2024/7/1814超聲成像原理第14頁超聲換能器(ultrasoundtransducer)利用逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成超聲能發(fā)射超聲，利用正壓電效應(yīng)將超聲能量轉(zhuǎn)換成電能接收超聲。定義：是將電能轉(zhuǎn)換成超聲能，同時(shí)將也可將超聲能轉(zhuǎn)換成電能一個(gè)器件。探頭原理超聲儀器6月5日星期一152024/7/1815超聲成像原理第15頁超聲場特征P171

1、聲軸

2、聲束

3、束寬

4、近場及特征

5、遠(yuǎn)場及特征2024/7/1816超聲成像原理第16頁

附：聲場與方向性

因?yàn)槌暷芰看螅┩噶?qiáng)，成束狀向前傳輸，這就是超聲波束射性（或方向性）。從聲源發(fā)出超聲波最近一段聲束幾乎平行，這段區(qū)域?yàn)榻鼒鰠^(qū)。遠(yuǎn)離此區(qū)后，聲束向前稍有擴(kuò)散，為遠(yuǎn)場區(qū)。擴(kuò)散聲束與平行聲束間形成夾角叫做擴(kuò)散角（θ）。2024/7/1817超聲成像原理第17頁近場與遠(yuǎn)場LL大，指向性好2024/7/1818超聲成像原理第18頁圖1超聲場擴(kuò)散角示意圖

L2024/7/1819超聲成像原理第19頁一、脈沖回波成像工作相關(guān)參數(shù)P177

1、超聲頻率：*

P178

從分辯率角度和穿透深度合理選擇超聲頻率

-----從分辯率角度:超聲頻率增加，分辯率增加

-----從穿透深度：超聲頻率增加，穿透深度降低

-----通常:腹部、心臟選取3.5M，表淺器官5~7M超聲儀器探頭原理2024/7/1820超聲成像原理第20頁

超聲波分辨率、透射性均與超聲頻率相關(guān)，——頻率越高，波長越短，分辨率越強(qiáng)，透射性越弱。——頻率越低，則波長越長，分辨率越低，透射性越強(qiáng)。2024/7/1821超聲成像原理第21頁

二、脈沖回波幅度成像基本原理

----超聲脈沖回波法P179

----回波：P179

----原理：P180

----回波信號(hào)強(qiáng)度：Z差越大、界面越大、越規(guī)則及距離越近，回波信號(hào)強(qiáng)度也越大脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號(hào)成像2024/7/1822超聲成像原理第22頁A超(Amplitudemode)即幅度調(diào)制型。此法以波幅高低代表界面反射信號(hào)強(qiáng)弱，可探測臟器徑線及判別病變物理特征。因?yàn)榇朔ㄟ^分粗略，當(dāng)前巳基本淘汰。23淺深強(qiáng)弱反射回聲脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號(hào)成像2024/7/1823超聲成像原理第23頁四、圖像特征第二章超聲物理基礎(chǔ)灰階(greyscale)

顯示器上最黑到最亮灰度等級(jí)差，取決于信號(hào)強(qiáng)度。灰階級(jí)數(shù)越多，圖像層次越豐富，圖像細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力越強(qiáng)。顯示器上灰標(biāo)

灰階是將聲信號(hào)幅度調(diào)制光點(diǎn)亮度，以一定灰階級(jí)來表示探測結(jié)果顯示方式。24P1822024/7/1824超聲成像原理第24頁B超(brightnessmode)

為輝度調(diào)制型。此法以不一樣輝度光點(diǎn)表示界面反射信號(hào)強(qiáng)弱，反射強(qiáng)則亮，反射弱則暗。因采取多聲束連續(xù)掃描，故可顯示臟器二維圖像，本法是當(dāng)前使用最為廣泛超聲診療法。25脈沖回波幅度信號(hào)成像B型超聲成像原理本質(zhì)為二維超聲2024/7/1825超聲成像原理第25頁B型超聲診療儀——輝度調(diào)制型

(Brightnessmode)超寬視野成像完整地顯示出胎兒全貌、胎兒肝、腎界面以及胎盤位置2024/7/1826超聲成像原理第26頁M型(運(yùn)動(dòng)顯示型)P182它是檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)臟器結(jié)構(gòu)及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間關(guān)系方法脈沖回波幅度信號(hào)成像M型超聲成像原理2024/7/1827超聲成像原理第27頁脈沖多普勒成像原理PW超(pulsewaveform)

利用聲波多普勒效應(yīng)，以頻譜方式顯示多普勒頻移，多與B型診療法結(jié)合，在B型圖像上進(jìn)行多普勒采樣。當(dāng)頻移為正時(shí)，以正向波表示，而負(fù)向波則表示負(fù)頻移。臨床多用于檢測心臟及血管血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，尤其是先天性心臟病和瓣膜病分流及返流情況，有較大診療價(jià)值。28（脈沖多普勒）脈沖回波頻移信號(hào)成像2024/7/1828超聲成像原理第28頁CW(連續(xù)多普勒)P186脈沖回波幅度信號(hào)成像M型超聲成像原理圖2024/7/1829超聲成像原理第29頁彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時(shí)，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)頻移。

系在多普勒二維顯像基礎(chǔ)上，以實(shí)時(shí)彩色編碼顯示血流方法，即在顯示器上以不一樣彩色顯示不一樣血流方向和流速。脈沖回波頻移信號(hào)成像彩色多普勒成像原理2024/7/18301超聲成像原理第30頁儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

是用一系列二維彩色多普勒?qǐng)D所重建彩色圖像。6月5日星期一312024/7/1831超聲成像原理第31頁儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

將立體圖象以投影圖或透視圖表現(xiàn)在平面上顯示方式，可從各個(gè)角度來觀察該立體目標(biāo)。6月5日星期一322024/7/1832超聲成像原理第32頁儀器類型超聲儀器解剖超聲

一維：A超(幅度調(diào)制型)M超(運(yùn)動(dòng)顯示型)

二維：B超(輝度調(diào)制型)

三維：立體

血流超聲

一維：PW超(pulsewaveform脈沖多普勒)P186

二維：彩色多普勒(colordoppler)

三維：立體彩色多普勒超聲診斷儀的類型(typeofultrasonicdiagnosticequipment)332024/7/1833超聲成像原理第33頁小結(jié)超聲成像方式6月5日星期一34超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運(yùn)動(dòng)顯示型脈沖回波頻移信號(hào)成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像2024/7/1834超聲成像原理第34頁小結(jié)超聲成像方式6月5日星期一35超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運(yùn)動(dòng)顯示型脈沖回波頻移信號(hào)成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像2024/7/1835超聲成像原理第35頁圖像質(zhì)量超聲成像原理分辨力(resolution)P195縱向分辨力(longitudinalresolution)：

為區(qū)分聲束軸線上兩個(gè)物體距離，與超聲頻率相關(guān)。

橫向分辨力(transverseresolution)：

是區(qū)分處于與聲束軸線垂直平面兩個(gè)物體能力，與聲束寬度相關(guān)。超聲儀分辨力是指能夠分辨有一定間距界面能力。362024/7/1836超聲成像原理第36頁縱向分辨力(longitudinalresolution)

探頭頻率越高，分辨力越高。

然而頻率與穿透性(penetrability)呈反比。6月5日星期一37超聲成像原理圖像質(zhì)量2024/7/1837