技术原理B超ppt课件

何亚乐何亚乐l超声心动图是以超声波检查心脏并以反射波的方式超声心动图是以超声波检查心脏并以反射波的方式记录成象的一组检查技术，综合运用扫描技术记录成象的一组检查技术，综合运用扫描技术、声、声波反射性能及多普勒效应察看心脏构造波反射性能及多普勒效应察看心脏构造 、心肌和瓣、心肌和瓣膜运动膜运动、血流途经、血流途经、方向、方向、性质及速度的一种无创、性质及速度的一种无创性诊断方法。性诊断方法。l包括包括 M,B,D,C,T 五种内容五种内容/类型类型l频率频率 frequency-f cycles per second.or hertz(Hz).l波长波长 wavelengthmillimeters(mm).l幅度幅度 amplitudedecibels(db)l传导速度传导速度 velicityof propagation(1540m/s in blood)lC=.fl=1.54/fl反射反射 reflection成像根底成像根底l折射折射 refraction 经过超声透镜厚聚焦可以优经过超声透镜厚聚焦可以优化图像质量；另外也是干扰、伪象的来源；化图像质量；另外也是干扰、伪象的来源；l衍射衍射 specular reflectorl散射散射 scattering多普勒超声心动图的根底；多普勒超声心动图的根底；l衰减衰减 attenuation 频率依赖，穿透深度普通局频率依赖，穿透深度普通局限在限在200个波长：个波长：30cm 1MHz探头；探头；6cm5MHz 探头；探头；1.5cm20MHz 探头；探头；l由于频率极高，易集成一束定向发射；由于频率极高，易集成一束定向发射；l声束方向性主要与换能器晶片的大小及发射频率有声束方向性主要与换能器晶片的大小及发射频率有关，当晶片直经为超声波波长的几倍时，声束集中关，当晶片直经为超声波波长的几倍时，声束集中在一个方向；在一个方向；l声波频率越高，波长越短，方向性越好。声波频率越高，波长越短，方向性越好。l聚焦式探头可使声束在焦点范围内最窄，能量相对聚焦式探头可使声束在焦点范围内最窄，能量相对集中，提高分辨力和穿透力。集中，提高分辨力和穿透力。l超声波束在同一介质中传播时无反射；超声波束在同一介质中传播时无反射；l当入射到比本身波长大一倍以上的两种介质的界面当入射到比本身波长大一倍以上的两种介质的界面时就会发生反射和折射，并且遵照反射定律和折射时就会发生反射和折射，并且遵照反射定律和折射定律；定律；l反射强弱取决于两个介质的声阻差；反射强弱取决于两个介质的声阻差；l声阻差越小，反射越小，透入第二介质越多；声阻差越小，反射越小，透入第二介质越多；l声阻差愈大，反射愈强，透入第二介质愈少。声阻差愈大，反射愈强，透入第二介质愈少。l超声波在介质中传播假设所遇到的界面直经小超声波在介质中传播假设所遇到的界面直经小于于1/2波长时，传播的方向将发生偏离，绕过该波长时，传播的方向将发生偏离，绕过该物体后又以原来的方向传播，这种景象叫衍射。物体后又以原来的方向传播，这种景象叫衍射。l假设物体直经是大大小于波长的微粒时，在经假设物体直经是大大小于波长的微粒时，在经过这种微粒时大部分声波继续向前传播，小部过这种微粒时大部分声波继续向前传播，小部分声能被微粒向周围辐射，这种景象叫散射。分声能被微粒向周围辐射，这种景象叫散射。频率变化之差叫频移.将频移大小在基线上下显示为波幅高低不同的曲线，就是频谱多普勒l它是单一声束经过心脏各层次，以回声光点的方式反射它是单一声束经过心脏各层次，以回声光点的方式反射回来；回来；l依其与体表间隔的远近顺序显示在荧光屏上，按时间顺依其与体表间隔的远近顺序显示在荧光屏上，按时间顺序展开而得到的心脏各层的运动曲线；序展开而得到的心脏各层的运动曲线；l光点的垂直间距代表间隔，程度间距代表时间。光点的垂直间距代表间隔，程度间距代表时间。l显示心脏个界面的厚度显示心脏个界面的厚度 、间隔、间隔、运动方向和速度以及、运动方向和速度以及与心动周期的关系。与心动周期的关系。l多声束探头作扇型延续扫描构故意脏二多声束探头作扇型延续扫描构故意脏二维动态切面图象；维动态切面图象；l组织界面的回声以不同辉度的光点表示。组织界面的回声以不同辉度的光点表示。l实时心脏检查要求：实时心脏检查要求：20cm深度下深度下 有有30帧帧/s，128 扫描线。扫描线。l谐波成像：超声波与组织间的作用是非线性的，声波穿过谐波成像：超声波与组织间的作用是非线性的，声波穿过组织时产生谐波频率。组织时产生谐波频率。l谐波成像有两个特点：谐波成像有两个特点：1.谐波信号随传导深度而加强；谐波信号随传导深度而加强；2.强基波信号产生强的谐波信号。强基波信号产生强的谐波信号。l所以谐波成像减少了近场和旁瓣的干扰，强化心内膜边境，所以谐波成像减少了近场和旁瓣的干扰，强化心内膜边境，尤其是透声窗差的病人。尤其是透声窗差的病人。l将红细胞与探头之间的相对运动而产生的超声波将红细胞与探头之间的相对运动而产生的超声波频率变化频率变化频移，以频谱的方式显示在荧光屏上，频移，以频谱的方式显示在荧光屏上，同时有音频信号输出；同时有音频信号输出；l经过分析频谱的振幅经过分析频谱的振幅、方向、时相、性质和音调方向、时相、性质和音调的性质、响度来探测心内及大血管内的血流的多的性质、响度来探测心内及大血管内的血流的多种信息；种信息；l由于对多普勒信号的提取、处置和显示方法不同，多由于对多普勒信号的提取、处置和显示方法不同，多普勒心动仪可分为三类：即脉冲多普勒、延续多普勒、普勒心动仪可分为三类：即脉冲多普勒、延续多普勒、彩色多普勒血流成象仪，各有特点。彩色多普勒血流成象仪，各有特点。l将组织运动速度信息以超声技术显示将组织运动速度信息以超声技术显示组织多普勒组织多普勒TVI/TDI)TVI/TDI)l由探头内的同一块晶体以脉冲波的方式发射一组脉冲波，由探头内的同一块晶体以脉冲波的方式发射一组脉冲波，在选定的时间延迟后接受回声信号；在选定的时间延迟后接受回声信号；l经过控制延迟接纳回声信号的时间延迟电路，就可以经过控制延迟接纳回声信号的时间延迟电路，就可以接受所需点的血流回声信号，实现定点检测，这就是脉冲接受所需点的血流回声信号，实现定点检测，这就是脉冲多普勒的最大特点多普勒的最大特点具有间隔选通的功能。具有间隔选通的功能。l在实践诊断中具有定位诊断和体积血流定量丈量的特点。在实践诊断中具有定位诊断和体积血流定量丈量的特点。l探头上有两个晶体，一个延续发射超声波，另一个接受探头上有两个晶体，一个延续发射超声波，另一个接受延续的反射波；延续的反射波；l接遭到的是整个声束通道上一切信号的总和，也就是说接遭到的是整个声束通道上一切信号的总和，也就是说延续性多普勒对检测部位没有选择才干，亦没用间隔分延续性多普勒对检测部位没有选择才干，亦没用间隔分辩才干。辩才干。l但是由于其脉冲反复频率等于超声发射频率，此法所能但是由于其脉冲反复频率等于超声发射频率，此法所能测出的血流速度在实际上可达测出的血流速度在实际上可达250m/sec250m/sec。l在在 二维显象时，普通有二维显象时，普通有128-516128-516条声束线；条声束线；l当探头扫描时不断地从每条声束线的多个程度提取多普勒当探头扫描时不断地从每条声束线的多个程度提取多普勒频移信息；频移信息；l提取的信号在仪器中被分成两路，一路用于构成黑白二维提取的信号在仪器中被分成两路，一路用于构成黑白二维切面图；切面图；l另一路信号经彩色编码后构成彩色血流图；另一路信号经彩色编码后构成彩色血流图；l实时地叠在二维图象上，完成彩色多普勒血流显象。实时地叠在二维图象上，完成彩色多普勒血流显象。通常将血流彩色规定为通常将血流彩色规定为:朝向探头方向的血流为红色；朝向探头方向的血流为红色；远离探头的血流为蓝色；远离探头的血流为蓝色；湍动血流用绿色；湍动血流用绿色；彩色的亮度与血流速度成正比；彩色的亮度与血流速度成正比；彩色血流显象可直观显示血流速度轮廓，血液流动方向和途径。彩色血流显象可直观显示血流速度轮廓，血液流动方向和途径。定量组织速度成像定量组织速度成像传统方法传统方法视觉评分视觉评分 整个左心室大约由整个左心室大约由3030的环形肌和的环形肌和7070的纵行肌的纵行肌纤维组成，整个左心室运动也由此可分解成径向性纤维组成，整个左心室运动也由此可分解成径向性运动和长轴面运动两部分。运动和长轴面运动两部分。Seeley et al.,Anatomy&Physiology,2nd ed.,chapter 20.LeftventricleMitralvalveFibrousskeletonPulmonaryvalveAortic valveTricuspidvalveRightventricleLVRVendomidepi70的纤维为心肌纵向肌纤维的纤维为心肌纵向肌纤维Long Axis Contraction of the Ventricles:A Modern Approach,but Described Already by Leonardo da VinciBriger Wandt,MD,PhD,Orebro,SwedenLeft ventricular systole involves both a shortening in the longitudinal axis of the ventricle and a reduction of the inner diameter in the short axis(circumferential shortening),and a slight rotational movement about the long axis.Ref:Journal of the American Society of Echocardiography July 2000,Volume 13*Number 7左室长轴运动左室长轴运动 客观存在，但在目前的超声心动图检查中？客观存在，但在目前的超声心动图检查中？Longitudinal Function Leonardo da VinciDSAVPAVP12Quatitative Tissue VelocityImaging-QTVIv1v1v2v2A4ChTVIPW脉冲多普勒脉冲多普勒Digital Profile来源于高帧频的原始数据的运动速来源于高帧频的原始数据的运动速度曲线图度曲线图 Quatitative Tissue VelocityImaging-QTVI定量分析定量分析SysEAIVCIVRBASALOCCLUSION OF LAD DURING PTCADecreased Systolic VelocitiesProlonged IVRTReversed E&A VelocitiesEASystolic VelocitiesIVRTEAseasea时间积分时间积分时间积分时间积分间隔间隔速度曲线速度曲线组织追踪图组织追踪图时间积分时间积分 12 mm10-12 8-10 6-8 4-6 2-4 0-2Displacement彩色编码组织运动原理彩色编码组织运动原理ESED12mm8mm2mmBase心尖心尖正常正常扩张型心肌病扩张型心肌病lPercent change in dimension from a resting state(extent of deformation of tissue)lStrain rate=rate of deformation*Mirsky and Parmely:Circ Res,1973Strain()=L1-L0 L0 10cmL0L18cm-20%12cm+20%10cm0%lstrain rate-velocity gradient calculationstressdvvRateStrain21 v1v2d-no influence of translation-really local informationdv1v2 SR应变率成像应变率成像IVCIVREA应变率应变率 12xvvSRv1xv2时间时间IVCIVREAStrain RateTimev1xSR xv2v2 -v1vt+vt+vt-vt应变和应变率无心脏移位影响应变和应变率无心脏移位影响应变率成像组织速度图组织追踪图应变成像时间积分时间积分Spatial derivation+5.0 s-1-5.0 s-1速度位移形变形变率NormalSRI does not have tethering effects.Basal infarctionTDI image of anterior septum(arrow indicates basal septum)InfarctAbraham et al.Circulation.2019;105:1403-1406ApicalMidBasalInfarctSRI image of anterior septum(arrow indicates basal septum)Abraham et al.Circulation.2019;105:1403-1406Systole DiastoleSystole DiastoleNormal tissue displacement 7-12 mmSystole DiastoleNormal Range of Peak Strain is 18-22%SystoleDiastoleNormal Range of Peak Strain Rate is:-1.25 to 1.60 s-1 Normal Global HypokinesisNormalGlobal HypokinesisNormalGlobal HypokinesisDelayed Systolic Contraction and Reduction of peak velocitiesQ-TVI Analysis Q-TVI Analysis NormalLateral Basal HypokinesisNormalLateral Basal HypokinesisNormalLateral Basal HypokinesisAbnormal Strain along Lateral Wall NormalSevere Concentric Hypertrophyl能量输出：能量输出：power output:高输出产生高强度反射信号；高输出产生高强度反射信号；l增益：增益：Gain:与与power output 相反，它调理控制已接遭相反，它调理控制已接遭到的信号的展现幅度，相当收音机的音量调控；到的信号的展现幅度，相当收音机的音量调控；lTGC time-gain compensation-时间增益补偿：可以在时间增益补偿：可以在声束长度范围内分别调理增益，由近至远，逐渐加大声束长度范围内分别调理增益，由近至远，逐渐加大增益由于反射信号由近至远逐渐减弱增益由于反射信号由近至远逐渐减弱l深度深度 Depth:显示深度影响脉冲反复频率和成像显示深度影响脉冲反复频率和成像帧频，所以尽能够在荧屏上显示感兴趣区域。帧频，所以尽能够在荧屏上显示感兴趣区域。l灰阶和动态范围灰阶和动态范围 Gray scale/dynamic range:图图像上的灰阶数影响亮像上的灰阶数影响亮暗间的对比度。暗间的对比度。l扫描线密度可经过降低深度和减少扇面角度扫描线密度可经过降低深度和减少扇面角度60度角来添加，度角来添加，线密度高图像质量好。线密度高图像质量好。l线密度与帧频是一对矛盾。线密度与帧频是一对矛盾。干扰类型产生机制例子图像质量不理想suboptimal image quality声波穿透差肥胖、肺疾患、心脏手术后。声影acouctic shadowing所有声波信号全部从一个强反射界面返回人工瓣、钙化。回音/反射reverberations两个平行的强反射体之间的回音人工瓣声束宽beam width声束宽度范围内的不同结构重叠在一个像面上主动脉瓣“在在”左房里，脂肪斑“在在”主动脉腔内。侧面分辨率lateral resolution显示的点状目标的宽度随着深度而变化过度显示钙化块及人工瓣的宽度。折射refraction声波信号偏离扫描线短轴面上两个左室、或两个主瓣排列模糊range ambiguity回声波到探头后与下一次放射波一起在发出。第二个、深部位的心脏像。