GE 超聲基礎(chǔ)知識(shí)介紹.ppt

1、GE 超聲基礎(chǔ)知識(shí)介紹,GEHC China CS 冀魯聲波,一、聲波 1. 概念：聲波是一種機(jī)械振動(dòng)，可以通過(guò)介質(zhì)進(jìn)行傳播。,0Hz 20Hz 20KHz 1MHz 30MHz 400MHz,2. 聲音頻譜,3. 超聲的特性 超聲的折射：超聲從甲介質(zhì)進(jìn)入乙介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏離。 超聲的反射：超聲在遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，傳播方向在一種介 質(zhì)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 傳播速度： 超聲在水中的傳播速度1530米/秒( 20C ) 超聲在空氣中傳播速度344米/秒( 20C ),5. 超聲診斷的優(yōu)點(diǎn) 安全、無(wú)輻射。適用于胎兒診斷。 設(shè)備可移動(dòng)，成本低。 實(shí)時(shí)成像 通過(guò)掃描角度變化，獲

2、得更佳的圖像。 多普勒檢測(cè)血流量信息。,4.聲學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,超聲原理及模式,二、超聲原理,1. 基本原理： 超聲基本原理與回聲原理相同。 2. 超聲頻率與波長(zhǎng)： C / f 超聲波波長(zhǎng)；C超聲波聲速 f 超聲波頻率。 波長(zhǎng)：一個(gè)波的長(zhǎng)度。 頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的周數(shù)（重復(fù)次數(shù)）,3. 超聲波的衰減： 超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。 高頻衰減大，低頻衰減?。ù┩噶?qiáng)）,三、超聲模式（A超、B超、M超） 在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。 超聲圖像有以下幾種模式：,A模式（A超）：顯示界面回聲的幅度（Amplitude），稱為振幅調(diào)制型。

3、A型是以脈沖波的幅度來(lái)顯示回聲的高低，可 用于測(cè)量組織界面的深度（距離）和反應(yīng)界面 的組織基本特性。 用途： A型脈沖超聲診斷儀現(xiàn)用于顱腦和眼科檢查。 特點(diǎn)： 方便、快捷。,2. B模式(Brightness)： 是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成的直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收到回聲的振幅。通過(guò)連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實(shí)時(shí)B模式。,Body,3. M模式： M模式中的M表示運(yùn)動(dòng)，M模式通過(guò)B模式圖象來(lái)顯示一個(gè)光標(biāo)，然后在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通常M模式用于檢測(cè)心臟及胎兒的心率。,M - Mode used to monitor the Ventric

4、le Motion,探頭種類,四、探頭 用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來(lái)產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的部件，即換能器既是發(fā)射器， 也是接收器。它和主機(jī)構(gòu)成超聲設(shè)備最重要核心。,1. 結(jié)構(gòu)：詳見(jiàn)右圖所示。 其中：壓電陶瓷發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡軸向 聚焦；背襯材料防止產(chǎn)生超聲波反向振動(dòng)；匹配層 -減少超聲傳播中的多重反射. 2. 壓電效應(yīng)：是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英) 在受到外界壓力后，在其受壓端面產(chǎn)生電壓；在其 端面施加交變電信號(hào)時(shí)，其端面會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)， 發(fā)出聲波。 3. 工作原理： 主機(jī)通過(guò)電纜在基元上施加電信號(hào)，使基元振動(dòng)， 發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射作用在基元上，使基元 兩端產(chǎn)生電信號(hào)

5、，通過(guò)電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。,物 體,發(fā)射,反射,凸陣探頭解剖,基元,聲吸收層,聲匹配層,聲透鏡,探 頭 的 種 類,電子凸陣：也稱彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于 基元是彎曲的。用于腹部和婦產(chǎn)科。,電子線陣：用于小器官、血管及術(shù)中。,電子相控陣： 相控陣方式是通過(guò)連續(xù)變換延時(shí)線來(lái)得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟,顱腦。,電子微凸陣： 與電子凸陣探頭工作原理相同. 主要用于腔內(nèi)掃查.,不同探頭的成像原理,線陣,微凸陣,凸陣,線陣/凸陣 探頭的許多基元通過(guò)電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過(guò)延時(shí)線對(duì)波束進(jìn)行聚焦。,不同探頭的成像原理,相控陣,0,63,31,脈沖,Q,超聲掃描方式,2. 電子掃描方

6、式 探頭的許多基元通過(guò)電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過(guò)延時(shí)線對(duì)波束進(jìn)行聚焦。,電子掃描方式機(jī)械掃描方式 特殊方式 線陣機(jī)械扇掃斜向掃描 凸陣（含微型凸陣）徑向掃描梯形掃描 相控陣擴(kuò)大掃描 向量掃描,五、超聲掃描方式 1. 概述：超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式：,3. 三維容積掃描 通過(guò)探頭在一定角度內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)） 來(lái)產(chǎn)生若干個(gè)切面，每一個(gè)切面就是一幅二維圖像。 將若干切面處理后，形成三維圖像。,相控陣： 相控陣方式是通過(guò)連續(xù)變換延時(shí)線來(lái)得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。,Abdominal,超聲系統(tǒng)及原理,六、超聲系統(tǒng),監(jiān)視器,探頭,鍵盤(pán),探頭接口,主機(jī),超

7、聲診斷儀工作原理圖,前端,后端,超聲診斷儀工作原理圖,名詞解釋,1、分辨率 分辨率是指對(duì)兩個(gè)靠近物體的識(shí)別能力，即對(duì)圖象的區(qū)分。 軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。 軸向分辨率由超聲波束的波長(zhǎng)所決定。 一般來(lái)說(shuō)，軸向分辨率為波長(zhǎng)的2到4倍。,分辨率,幾何分辨率 灰度分辨率,軸向分辨率 側(cè)向分辨率,軸向分辨率 高低,側(cè)向分辨率 高低,側(cè)向（橫向）分辨率：是指對(duì)垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分的兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。 側(cè)向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。,灰度（對(duì)比度）分辨率：是指對(duì)兩個(gè)相似密度的物體的 識(shí)別能力。,灰度分辨率,幾何分辨率,平衡,幾何

8、分辨率高灰度分辨率差,七、名詞解釋,提高分辨率,孔徑大小,側(cè)向分辨率,頻帶寬度,軸向分辨率,距離 x 波長(zhǎng) 孔徑,側(cè)向分辨率,=,軸向分辨率,=,波長(zhǎng)的24倍,3、寬頻及變頻,5MHz,5MHz,傳統(tǒng)探頭,寬頻帶探頭,頻帶寬度,寬頻變頻有效地解決探頭分 辨率與穿透力的矛盾,主機(jī)帶寬 探頭帶寬,遠(yuǎn)場(chǎng),近場(chǎng),5MHz,10MHz,寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。 寬頻帶探頭是實(shí)現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。 變頻是一種新技術(shù)：改變同一個(gè)探頭的 頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場(chǎng)，可以選用高 頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場(chǎng)，可以切換到 低頻率。,-3dB,幀頻,如果B模式深度 = 18 cm 掃描線= 256 那么B模式的總深度為

9、18cm x 2 x 256 = 92.16 m/frame 二維幀頻：1520/92.16=16.39 幀/秒 如果CFM模式深度 = 9 cm 取樣次數(shù) = 4 掃描線 = 100 所以CFM模式的總深度為 9cm x 2 x 100 x 4 = 288 m/frame 幀頻 = 1530 / (92.16 + 288) = 9.3幀/秒,18cm,256線,接收信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍 超聲設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍是其同時(shí)保留最大和最小回聲信號(hào)的能力。 動(dòng)態(tài)范圍=20Log（最大回聲幅值/最小回升幅值） 針對(duì)不同臟器檢查，適當(dāng)調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍，有利于接收臟器內(nèi)微弱回升信號(hào)，又能使邊界 較強(qiáng)回聲信號(hào)不失真，使整幅圖

10、像清晰，保證正確的診斷。,掃描變換器 信號(hào)處理能力差; 通頻帶受到限制; 相控陣支持困難,模擬超聲工作原理,數(shù)字波束形成器: 噪聲引入少, 信號(hào) / 噪聲比值高; 數(shù)字延時(shí)精度高, 控制易實(shí)現(xiàn), 聚焦精度高; 可以配接電子相控陣探頭; 集成度高,通道間一致性好; 技術(shù)難度大,成本高.,數(shù)字化超聲工作原理,TruScan 超聲平臺(tái),最大孔徑,波束形成器通道,換能器基元,多路開(kāi)關(guān),0,1,2,3,62,63,64,65,66,67,126,127,0,2,1,3,62,63,6、陣元數(shù)、通道數(shù)、一發(fā)雙/多收,0,63,31,接收波束（左）,接收波束（右）,發(fā)射波束,雙波束形成器,接收通道數(shù)應(yīng)與發(fā)射

11、通道數(shù)相同 但在處理回波信號(hào)時(shí)可使用雙波束或多 波束形成器來(lái)增加一次掃描的線數(shù) 所以處理電路會(huì)2，4增加。 即所謂一發(fā)雙收，一發(fā)四收。,目的：提-高-幀-頻,A/D 轉(zhuǎn)換器1,A/D 轉(zhuǎn)換器2,A/D 轉(zhuǎn)換器3,A/D 轉(zhuǎn)換器4,延時(shí)1,延時(shí)2,合成 1,合成 2,延時(shí)3,延時(shí)4,雙波束形成器,多普勒,八、多普勒（Doppler）,多普勒技術(shù)在超聲診斷中非常有價(jià)值。主要用于檢測(cè)心臟、血管內(nèi)血液的流向， 流速及流量。 主要包括以下三種：- 脈沖多普勒(PW) - 高脈沖重復(fù)頻率多普勒(HPRF) - 連續(xù)波多普勒 (CW)，包括：?jiǎn)芜B續(xù)波多普勒和可控連續(xù)波多普勒,1. 多普勒效應(yīng)：振動(dòng)源和接收體

12、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),所接收到的聲波頻率不同于振源所發(fā)射 的聲波頻率,其差別與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。多普勒 效應(yīng)是奧地利科學(xué)家多普勒于1842年首先提出,多普勒處理器,根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體的速度及方向，多普勒處理器在“頻譜”上標(biāo)上一個(gè)點(diǎn)。,通過(guò)觀察聲波與紅細(xì)胞的作用， 就能探測(cè)它們有存在及量化它們的速度。,當(dāng)運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)速度不相同時(shí)，多普勒處理器為每一物體標(biāo)上一個(gè)不同的點(diǎn)。,多普勒處理器,在縱坐標(biāo)上位置代表物體的速度。,多普勒處理器,當(dāng)不同的物體以相同的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，頻譜上相應(yīng)的點(diǎn)就標(biāo)志的更亮一些。,多普勒處理器,多普勒處理器,2. 多普勒效應(yīng)公式：,V (cm/s): 血流速度 C (cm/

13、s): 聲速(1530m/s) (度): 血流與超聲波束之間的夾角 f(Hz): 多普勒頻移 f 。(Hz): 超聲頻率,3. 多普勒波的含義 多普勒波包括以下含義(數(shù)據(jù)) 速度 速度范圍（寬度） 血流量大小 血流方向,一個(gè)心跳周期,寬的速度范圍,逆流,時(shí)間,基準(zhǔn)線,慢,快,快,迎向,背向,最高峰,收縮,舒張,舒張結(jié)束,4.彩色血流成像（彩色多普勒） 彩色血流成像（CFM）是在 二維聲像圖上疊加彩色實(shí)時(shí)血流 顯像。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū) 域內(nèi)血液流速的平均值。不同的 顏色代表血液流量的速度及檢測(cè) 方式的不同。通常，紅色表示迎 向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離 向探頭血流方向。,一個(gè)心跳周期,寬的速

14、度范圍,逆流,時(shí)間,基準(zhǔn)線,慢,快,快,平均值,CFM,迎向,背向,色標(biāo),脈沖多普勒與連續(xù)波多普勒的區(qū)別 脈沖多普勒：間斷發(fā)射/接收，獲取在取樣點(diǎn) 處多普勒頻移信息并分析、顯示。 主要用于檢測(cè)低速血流 連續(xù)波多普勒：連續(xù)發(fā)射/接收，獲取在取樣 區(qū)域內(nèi)多點(diǎn)多普勒頻移信息，檢測(cè)出最高速度 血流并顯示。 主要用于檢測(cè)高速血流,探頭,),(,發(fā)射,接收,能量多普勒的原理及與彩色多普勒的區(qū)別,能量多普勒基本原理： 是取其紅細(xì)胞的能量總積分，配以紅色成為血流 信息的圖像顯示。彩色亮度表示多普勒信號(hào)能量的大小。 血流信號(hào)顯示與血流方向無(wú)關(guān),二者的區(qū)別： 彩色多普勒速度信息，能量多普勒能量信息。 顯示與血流方向的關(guān)系： 彩色多普勒有關(guān)（紅迎蘭離），能量多普勒無(wú)關(guān) 顯示與角度及混疊的關(guān)系 彩色多普勒有關(guān)， 能量多普勒無(wú)關(guān),諧 波,諧波 組織諧波顯像（Tissue Harmonic Imaging） 聲波在組織中非線性傳播時(shí)，產(chǎn)生多倍于發(fā)射頻率（基波）的信號(hào)二次諧波，三次 諧波但聲能逐漸變?nèi)酰篢HI采用超寬頻帶的探頭，接收組織通過(guò)非線性傳播所產(chǎn)生的高頻 信號(hào)及組織細(xì)胞的諧波信號(hào)，對(duì)多頻段信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)平行處理，減弱淺層胸壁和肺組織產(chǎn)生 的回聲，增強(qiáng)較深部心肌組織的回聲，改善圖像質(zhì)量，提高信噪比。,常規(guī)成像：接收信號(hào)頻率： fo 諧波成像：接收