《超聲診斷物理基礎(chǔ)》課件

超聲診斷物理基礎(chǔ)超聲診斷作為一種非侵入性醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，在臨床診斷中扮演著至關(guān)重要的角色。超聲診斷利用聲波在人體組織中的傳播特性，通過探頭發(fā)射和接收超聲波，獲得人體組織的圖像信息，進而幫助醫(yī)生診斷疾病。超聲波的性質(zhì)機械波超聲波是一種機械波，需要介質(zhì)傳播。頻率范圍超聲波頻率范圍從20kHz到10MHz不等，高于人耳可聽到的頻率范圍。波長特性超聲波的波長較短，穿透能力強，能傳播更遠。方向性超聲波具有較強的方向性，可以集中傳播，有利于診斷成像。超聲波的產(chǎn)生1壓電效應(yīng)某些晶體材料在機械壓力下會產(chǎn)生電極化2逆壓電效應(yīng)當晶體材料兩端加上電壓時，晶體會發(fā)生形變3超聲波發(fā)生器將高頻電流轉(zhuǎn)換為機械振動超聲波發(fā)生器利用逆壓電效應(yīng)，將高頻電流轉(zhuǎn)換為機械振動，產(chǎn)生超聲波。超聲波發(fā)生器通常由壓電晶體和振蕩電路組成，晶體材料的性質(zhì)決定了超聲波的頻率和功率。聲束的傳播1聲波傳播方式聲波在介質(zhì)中以縱波形式傳播，介質(zhì)粒子沿聲波傳播方向振動，形成疏密相間的波形。2聲速影響因素介質(zhì)的密度、彈性模量等因素影響聲速，不同組織和器官的聲速不同，可以用于區(qū)分不同組織。3聲束傳播路徑超聲探頭發(fā)射的聲束在介質(zhì)中傳播，遇到不同介質(zhì)界面會發(fā)生反射、折射和散射現(xiàn)象，形成聲束傳播路徑。聲束參數(shù)的測量聲束參數(shù)是指超聲波束的特性，例如頻率、波長、強度和方向等。這些參數(shù)決定了超聲波束在組織中的傳播方式，以及最終產(chǎn)生的圖像質(zhì)量。聲束參數(shù)的測量方法多種多樣，常用的方法包括使用聲束探測器、聲壓計和聲學(xué)顯微鏡等。聲束參數(shù)的測量結(jié)果可以幫助我們了解超聲波束的特性，并優(yōu)化超聲成像參數(shù)，提高圖像質(zhì)量。聲束衍射現(xiàn)象聲束在傳播過程中遇到障礙物或孔徑時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象。衍射會導(dǎo)致聲束方向發(fā)生改變，形成旁瓣，影響圖像質(zhì)量。衍射程度與聲波波長、障礙物尺寸和聲束入射角有關(guān)。界面反射聲阻抗聲阻抗是指聲波在介質(zhì)中傳播時遇到的阻力，不同的介質(zhì)有不同的聲阻抗。反射系數(shù)當聲波遇到不同聲阻抗的界面時，一部分聲波會被反射回來，反射系數(shù)決定反射聲波的強度。界面性質(zhì)界面反射的程度與界面性質(zhì)有關(guān)，例如，骨骼與軟組織的界面反射比軟組織與液體的界面反射更強。角度影響入射角也會影響反射聲波的強度，垂直入射時反射最強，角度越大反射越弱。界面透射11.透射系數(shù)界面透射系數(shù)取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗差異。22.聲能損失部分聲能被反射，部分聲能被吸收，導(dǎo)致透射聲能減弱。33.影響因素界面角度、聲波頻率、介質(zhì)特性等都會影響透射聲能的大小。44.臨床應(yīng)用透射聲波可以用來觀察深層組織，了解組織結(jié)構(gòu)和功能。超聲波在組織中的傳播聲速的變化不同組織的聲速不同，例如，骨骼的聲速高于軟組織，而軟組織的聲速高于液體。聲衰減超聲波在傳播過程中會逐漸衰減，衰減程度與組織的密度、聲阻抗和頻率有關(guān)。聲散射超聲波遇到不同介質(zhì)的界面時會發(fā)生散射，散射程度與界面的大小、形狀和聲阻抗有關(guān)。聲吸收超聲波在傳播過程中，一部分能量會轉(zhuǎn)化為熱能被組織吸收，吸收程度與組織的特性和頻率有關(guān)。超聲波的吸收能量損失超聲波在介質(zhì)中傳播時，其能量會逐漸衰減。這種能量衰減主要由聲能轉(zhuǎn)化為熱能引起，稱為吸收。吸收的程度與介質(zhì)的性質(zhì)和超聲波的頻率有關(guān)。頻率越高，吸收越強。影響因素介質(zhì)的密度介質(zhì)的粘度超聲波的頻率超聲圖像的形成1聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波2聲波反射超聲波遇到組織界面反射回探頭3信號接收探頭接收反射的超聲波4信號處理將接收到的信號轉(zhuǎn)換為圖像超聲圖像由探頭發(fā)射的超聲波在組織中傳播后遇到不同組織界面而反射回探頭形成的。探頭接收反射的超聲波信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大、濾波、數(shù)字化等處理后，最終形成圖像。聲束焦點的形成聲束焦點是超聲波束匯聚的點，在這個點上聲強最大。1聲波干涉不同方向的聲波在焦點處疊加，形成聲強增強。2聲透鏡超聲探頭通常采用聲透鏡，將聲波聚焦到焦點處。3聲束形狀聲束的形狀和大小決定了焦點的形狀和大小。4頻率的影響頻率越高，聲束焦點越小，聲強也越大。聲束焦點的形成是超聲成像技術(shù)中的重要原理，它能夠提高圖像分辨率和穿透深度。術(shù)中實時成像術(shù)中實時成像技術(shù)，也稱為“實時超聲成像”，是一種在手術(shù)過程中實時獲取超聲圖像的技術(shù)。這種技術(shù)能夠幫助醫(yī)生在手術(shù)過程中更準確地了解目標組織的形態(tài)和位置，并進行更精準的操作。術(shù)中實時成像可以用于各種手術(shù)，例如肝臟、腎臟、膽囊、子宮等器官的手術(shù)。多普勒原理頻移波源或接收器移動時，接收到的波頻率會發(fā)生變化。應(yīng)用多普勒效應(yīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)超聲、雷達、聲納等領(lǐng)域。血流速度超聲診斷中，利用多普勒效應(yīng)測量血液流動速度。多普勒頻移的計算多普勒頻移是超聲診斷中重要的物理量，反映了聲波與運動目標之間相對運動的速度，并提供有關(guān)血流方向和速度的信息。ff接收到的超聲波頻率f0f0發(fā)射的超聲波頻率vv目標運動速度cc聲波傳播速度多普勒頻移的計算公式為：f=f0(1+v/c)，其中f為接收到的超聲波頻率，f0為發(fā)射的超聲波頻率，v為目標運動速度，c為聲波傳播速度。彩色多普勒成像彩色多普勒成像是一種利用多普勒效應(yīng)來顯示血液流動的影像技術(shù)。通過檢測血液流動產(chǎn)生的頻率變化，將血流速度和方向以顏色編碼的方式顯示在圖像上。該技術(shù)可以直觀地顯示心臟、血管等部位的血液流動情況，幫助醫(yī)生診斷各種心血管疾病，如心臟瓣膜病、動脈硬化、靜脈曲張等。能量多普勒成像能量多普勒成像能量多普勒成像是一種將血液流動速度信息與時間信號結(jié)合起來的技術(shù)，用于分析血管內(nèi)的血流方向和速度。應(yīng)用領(lǐng)域能量多普勒成像在臨床診斷中具有廣泛應(yīng)用，例如檢測心血管疾病、評估血管狹窄程度、監(jiān)測血流動力學(xué)變化等。圖像特點能量多普勒圖像通常以彩色形式呈現(xiàn)，不同顏色代表不同方向和速度的血流，為臨床診斷提供直觀的視覺參考。脈沖回波成像發(fā)射超聲脈沖探頭發(fā)射短促的超聲脈沖，進入人體組織。接收回波信號探頭接收從組織界面反射回來的回波信號。信號處理將回波信號進行放大、濾波和數(shù)字化處理。圖像顯示根據(jù)回波信號的強度和時間延遲，構(gòu)建超聲圖像。超聲系統(tǒng)組成探頭探頭是超聲系統(tǒng)的重要組成部分,負責(zé)產(chǎn)生和接收超聲波。它將電信號轉(zhuǎn)換為超聲波,并將接收到的回波信號轉(zhuǎn)換為電信號。發(fā)射器發(fā)射器產(chǎn)生高頻電信號,驅(qū)動探頭發(fā)出超聲波。發(fā)射器的頻率和功率決定了超聲波的頻率和強度。接收器接收器接收探頭接收到的回波信號,并將其轉(zhuǎn)換為電信號。接收器對信號進行放大、濾波和處理,以提高信號質(zhì)量。顯示器顯示器將處理后的信號顯示為圖像,供醫(yī)生診斷使用。顯示器可以是黑白或彩色,并具有多種功能,如圖像放大、灰度調(diào)節(jié)等。探頭技術(shù)探頭類型超聲探頭種類繁多，包括線陣探頭、凸陣探頭、扇形探頭等。探頭頻率探頭頻率影響聲束寬度和穿透深度，高頻探頭分辨率高，穿透深度淺；低頻探頭穿透深度深，分辨率低。探頭功能探頭功能包括脈沖回波成像、多普勒成像、三維成像等。探頭設(shè)計探頭設(shè)計需要考慮探頭尺寸、重量、耐用性和使用場景。超聲波頻率的選擇分辨率頻率越高，分辨率越高，但穿透深度降低。穿透深度頻率越低，穿透深度越深，但分辨率降低。組織類型不同組織對超聲波的吸收和反射不同，需要選擇合適的頻率。超聲波增益調(diào)節(jié)11.增益增益是超聲波系統(tǒng)中一個重要的參數(shù)，它決定了回波信號的放大倍數(shù)。22.增益調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)增益，可以改變回波信號的強度，從而提高圖像的亮度和對比度。33.增益調(diào)節(jié)目的增益調(diào)節(jié)的目的是為了使圖像清晰，并突出顯示感興趣的組織結(jié)構(gòu)。44.增益調(diào)節(jié)方法增益調(diào)節(jié)可以通過超聲系統(tǒng)上的增益旋鈕或按鈕進行調(diào)整。時間增益補償深度補償超聲波在組織中傳播時，隨著深度的增加，聲能衰減。時間增益補償(TGC)是一種技術(shù)，用于補償這種衰減。TGC曲線TGC曲線是一種圖形，它顯示了隨著深度的增加，增益如何變化。TGC曲線可以手動調(diào)整，以優(yōu)化圖像質(zhì)量。超聲圖像的數(shù)字化處理1數(shù)字化采樣探頭接收的模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2數(shù)據(jù)壓縮數(shù)字化信號經(jīng)過壓縮處理，減少數(shù)據(jù)量，提高傳輸速度。3圖像重建壓縮后的數(shù)據(jù)被重建成圖像，并顯示在屏幕上。超聲成像的影像處理1圖像增強提高圖像對比度，增強細節(jié)2噪聲抑制降低噪聲干擾，改善圖像清晰度3圖像分割將圖像分割為不同的區(qū)域，方便分析4三維重建將二維圖像合成三維模型，提供更多信息影像處理技術(shù)可以提高超聲圖像質(zhì)量，便于醫(yī)生診斷。圖像增強、噪聲抑制、圖像分割、三維重建等處理技術(shù)應(yīng)用廣泛。超聲圖像質(zhì)量的評估圖像清晰度分辨率、對比度和噪聲水平圖像均勻度圖像亮度和對比度的一致性圖像完整性組織結(jié)構(gòu)的完整顯示圖像深度組織結(jié)構(gòu)的穿透深度圖像偽像噪聲、混響、陰影等超聲診斷的注意事項安全操作操作人員應(yīng)熟悉儀器操作規(guī)程，嚴格執(zhí)行安全操作流程，確保操作人員和患者的安全?；颊邷蕚浠颊邞?yīng)配合醫(yī)生進行檢查，保持安靜，避免過度緊張，以獲得最佳的檢查效果。檢查環(huán)境檢查環(huán)境應(yīng)安靜、光線充足，避免干擾，以確保超聲圖像的清晰度。資料保存檢查結(jié)束后，應(yīng)及時保存患者的超聲圖像和報告資料，以便日后參考和對比。超聲診斷的臨床應(yīng)用婦產(chǎn)科評估胎兒生長發(fā)育，監(jiān)測妊娠并發(fā)癥，如子宮肌瘤，卵巢囊腫等。心血管診斷心臟病，如心肌梗死，心力衰竭，心瓣膜疾病，心臟腫瘤等。腹部評估肝臟，膽囊，胰腺，脾臟，腎臟，膀胱，前列腺等器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。神經(jīng)系統(tǒng)診斷腦血管病，腦腫瘤，腦積水，腦出血，腦梗死等疾病。超聲診斷的發(fā)展方向11.多模態(tài)融合超聲技術(shù)與其他影像技術(shù)，例如CT和MRI，結(jié)合起來，實現(xiàn)更全面、更準確的診斷。22.人工智能應(yīng)用利用人工智能算法，自動識別圖像特征，提高診斷效率和準確性。33.增強現(xiàn)實技術(shù)將超聲圖像疊加在患者身體上，實現(xiàn)更直觀的