第二章生理参数测量仪器生物医学工程研究所课件

第二章生理参数测量仪器生物医学工程研究所第二章生理参数测量仪器生物医学工程研究所1第二章生理参数测量仪器生物医学工程研究所课件2第二章生理参数测量仪器生物医学工程研究所课件3 医学诊断上所使用的超声波频率一般医学诊断上所使用的超声波频率一般为为0.5MHz15MHz，多是由压电晶体一类多是由压电晶体一类的材料制成的超声探头产生的。利用压电的材料制成的超声探头产生的。利用压电陶瓷或晶体的正压电效应和逆压电效应，陶瓷或晶体的正压电效应和逆压电效应，可以将其做成超声波发射和人体组织反射可以将其做成超声波发射和人体组织反射波接收的器件，即超声换能器，它是超声波接收的器件，即超声换能器，它是超声诊断仪器的重要部件，也称探头。诊断仪器的重要部件，也称探头。医学诊断上所使用的超声波频率一般为04压电效应及超声探头压电效应及超声探头压电效应及超声探头5 如如果果知知道道超超声声波波的的传传播播速速度度与与传传播播时时间间，便便可可算算出出超超声声波波在在人人体体内内传传播播的的深度，其表达式见公式：深度，其表达式见公式：c=f 其其中中，c是是超超声声波波的的声声速速，是是超超声声波波长，波波长，f是超声波频率。是超声波频率。医医学学上上正正是是通通过过探探查查某某些些组组织织的的深深度或大小来判断病灶的性质和状况。度或大小来判断病灶的性质和状况。如果知道超声波的传播速度与传播时间，便可算6医学超声波诊断仪医学超声波诊断仪A型超声波诊断仪型超声波诊断仪M型超声波诊断仪型超声波诊断仪B型超声波断层显像仪型超声波断层显像仪超声多普勒血流仪、成像仪与彩超超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 超声三维成像系统（超声超声三维成像系统（超声CT）医学超声波诊断仪A型超声波诊断仪73.1 A型超声波诊断仪型超声波诊断仪 A A型超声诊断仪是型超声诊断仪是型超声诊断仪是型超声诊断仪是19471947年出现的幅度调制式的仪年出现的幅度调制式的仪年出现的幅度调制式的仪年出现的幅度调制式的仪器，我国于器，我国于器，我国于器，我国于19581958年开始生产。年开始生产。年开始生产。年开始生产。A A超的同步电路产生几超的同步电路产生几超的同步电路产生几超的同步电路产生几百百百百HzHz到到到到2 2KHzKHz的正负电脉冲，使发射电路产生持续的正负电脉冲，使发射电路产生持续的正负电脉冲，使发射电路产生持续的正负电脉冲，使发射电路产生持续1.551.55ss的高频电脉冲。探头在高频电脉冲的激励下，的高频电脉冲。探头在高频电脉冲的激励下，的高频电脉冲。探头在高频电脉冲的激励下，的高频电脉冲。探头在高频电脉冲的激励下，产生超声振动，发射超声波。超声波在人体内传播，产生超声振动，发射超声波。超声波在人体内传播，产生超声振动，发射超声波。超声波在人体内传播，产生超声振动，发射超声波。超声波在人体内传播，遇到不同组织的界面时，产生反射波遇到不同组织的界面时，产生反射波遇到不同组织的界面时，产生反射波遇到不同组织的界面时，产生反射波回波。探头回波。探头回波。探头回波。探头接收反射波后，将其转换成电脉冲，进入接收电路，接收反射波后，将其转换成电脉冲，进入接收电路，接收反射波后，将其转换成电脉冲，进入接收电路，接收反射波后，将其转换成电脉冲，进入接收电路，再通过检波和放大等电路，送到示波器的垂直偏转再通过检波和放大等电路，送到示波器的垂直偏转再通过检波和放大等电路，送到示波器的垂直偏转再通过检波和放大等电路，送到示波器的垂直偏转板上，而示波器的水平偏转板上加载的是时基锯齿板上，而示波器的水平偏转板上加载的是时基锯齿板上，而示波器的水平偏转板上加载的是时基锯齿板上，而示波器的水平偏转板上加载的是时基锯齿波，即扫描电压。因此，波，即扫描电压。因此，波，即扫描电压。因此，波，即扫描电压。因此，示波器的荧光屏上的横坐示波器的荧光屏上的横坐示波器的荧光屏上的横坐示波器的荧光屏上的横坐标代表超声波的传播时间，一般以标代表超声波的传播时间，一般以标代表超声波的传播时间，一般以标代表超声波的传播时间，一般以13.3313.33ss为一大格；为一大格；为一大格；为一大格；而纵坐标显示的是回波的幅度与形状。而纵坐标显示的是回波的幅度与形状。而纵坐标显示的是回波的幅度与形状。而纵坐标显示的是回波的幅度与形状。3.1 A型超声波诊断仪 A型超8 A超可以应用于医学各科的检查，尤超可以应用于医学各科的检查，尤其对眼科和妇科疾病方面的病灶深度、大其对眼科和妇科疾病方面的病灶深度、大小、脏器厚薄以及病灶的物理性质等检查小、脏器厚薄以及病灶的物理性质等检查比较方便准确。但比较方便准确。但A超的回波图只能体现超的回波图只能体现局部组织信息，无法反映解剖形态，现已局部组织信息，无法反映解剖形态，现已被被M超和超和B超取代。超取代。A超可以应用于医学各科的检查，尤其对眼9A型超声仪器工作原理方框图型超声仪器工作原理方框图 A型超声仪器工作原理方框图 10 同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下，板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下，板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下，板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下，在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变化。化。化。化。同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来113.2 M型超声波诊断仪型超声波诊断仪 M M型超声波诊断仪是继型超声波诊断仪是继型超声波诊断仪是继型超声波诊断仪是继A A超之后发展出的辉超之后发展出的辉超之后发展出的辉超之后发展出的辉度调制式仪器，诞生于度调制式仪器，诞生于度调制式仪器，诞生于度调制式仪器，诞生于19541954年，至今临床上还年，至今临床上还年，至今临床上还年，至今临床上还在使用，目前主要用于心脏疾病的诊断，尤其在使用，目前主要用于心脏疾病的诊断，尤其在使用，目前主要用于心脏疾病的诊断，尤其在使用，目前主要用于心脏疾病的诊断，尤其用于观察心脏瓣膜的活动情况。用于观察心脏瓣膜的活动情况。用于观察心脏瓣膜的活动情况。用于观察心脏瓣膜的活动情况。MM超与超与超与超与A A超有共超有共超有共超有共同之处，即都是利用探头向人体发射超声脉冲同之处，即都是利用探头向人体发射超声脉冲同之处，即都是利用探头向人体发射超声脉冲同之处，即都是利用探头向人体发射超声脉冲并接收反射脉冲。不同的是并接收反射脉冲。不同的是并接收反射脉冲。不同的是并接收反射脉冲。不同的是MM超的发射波和回超的发射波和回超的发射波和回超的发射波和回波信号加到了示波器的栅极或阴极。信号的强波信号加到了示波器的栅极或阴极。信号的强波信号加到了示波器的栅极或阴极。信号的强波信号加到了示波器的栅极或阴极。信号的强弱控制了到达荧光屏的电子束的强弱，反映到弱控制了到达荧光屏的电子束的强弱，反映到弱控制了到达荧光屏的电子束的强弱，反映到弱控制了到达荧光屏的电子束的强弱，反映到荧光屏上就是光点的明暗，即荧光屏上就是光点的明暗，即荧光屏上就是光点的明暗，即荧光屏上就是光点的明暗，即辉度调制辉度调制辉度调制辉度调制。3.2 M型超声波诊断仪 M型超声波12 示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿波电示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿波电示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿波电示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿波电压，垂直偏转板上的锯齿波与发射脉冲同步，水平压，垂直偏转板上的锯齿波与发射脉冲同步，水平压，垂直偏转板上的锯齿波与发射脉冲同步，水平压，垂直偏转板上的锯齿波与发射脉冲同步，水平偏转板上的锯齿波频率要低于它。偏转板上的锯齿波频率要低于它。偏转板上的锯齿波频率要低于它。偏转板上的锯齿波频率要低于它。因此荧光屏上光因此荧光屏上光因此荧光屏上光因此荧光屏上光点在垂直方向的距离表示探测深度，在水平方向的点在垂直方向的距离表示探测深度，在水平方向的点在垂直方向的距离表示探测深度，在水平方向的点在垂直方向的距离表示探测深度，在水平方向的移动表示时间的进行，光点的亮度表示回波信号的移动表示时间的进行，光点的亮度表示回波信号的移动表示时间的进行，光点的亮度表示回波信号的移动表示时间的进行，光点的亮度表示回波信号的强弱。强弱。强弱。强弱。MM超常用于检测心脏疾病，当心脏收缩和舒超常用于检测心脏疾病，当心脏收缩和舒超常用于检测心脏疾病，当心脏收缩和舒超常用于检测心脏疾病，当心脏收缩和舒张时，其各层组织的界面与固定放置于人体表面的张时，其各层组织的界面与固定放置于人体表面的张时，其各层组织的界面与固定放置于人体表面的张时，其各层组织的界面与固定放置于人体表面的探头之间的距离随时改变，导致光点随之移动，在探头之间的距离随时改变，导致光点随之移动，在探头之间的距离随时改变，导致光点随之移动，在探头之间的距离随时改变，导致光点随之移动，在水平扫描电压下，光点水平展开，描绘出各层组织水平扫描电压下，光点水平展开，描绘出各层组织水平扫描电压下，光点水平展开，描绘出各层组织水平扫描电压下，光点水平展开，描绘出各层组织结构的活动曲线图，因此也叫超声心动图，它能显结构的活动曲线图，因此也叫超声心动图，它能显结构的活动曲线图，因此也叫超声心动图，它能显结构的活动曲线图，因此也叫超声心动图，它能显示心脏各部分结构的活动情况、动态变化、心室排示心脏各部分结构的活动情况、动态变化、心室排示心脏各部分结构的活动情况、动态变化、心室排示心脏各部分结构的活动情况、动态变化、心室排血量以及可以得出室间隔、动脉等结构的定量数据血量以及可以得出室间隔、动脉等结构的定量数据血量以及可以得出室间隔、动脉等结构的定量数据血量以及可以得出室间隔、动脉等结构的定量数据等，是临床心脏疾病诊断中比较准确实用的工具。等，是临床心脏疾病诊断中比较准确实用的工具。等，是临床心脏疾病诊断中比较准确实用的工具。等，是临床心脏疾病诊断中比较准确实用的工具。示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿13 M型超声心动图的产生原理型超声心动图的产生原理 M型超声心动图的产生原理 14 上图是上图是上图是上图是MM超的简要方框图。其原理与超的简要方框图。其原理与超的简要方框图。其原理与超的简要方框图。其原理与A A超基本相超基本相超基本相超基本相同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐淘汰，现照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐淘汰，现照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐淘汰，现照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐淘汰，现在一般采用由微机控制，利用在一般采用由微机控制，利用在一般采用由微机控制，利用在一般采用由微机控制，利用CRTCRT电视监视器显示图电视监视器显示图电视监视器显示图电视监视器显示图像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。上图是M超的简要方框图。其原理与A15 微机控制的超声心动图仪微机控制的超声心动图仪微机控制的超声心动图仪微机控制的超声心动图仪与与与与B B超和多普勒血流仪三超和多普勒血流仪三超和多普勒血流仪三超和多普勒血流仪三者合一的多功能的超声诊者合一的多功能的超声诊者合一的多功能的超声诊者合一的多功能的超声诊断仪，采用了数字扫描变断仪，采用了数字扫描变断仪，采用了数字扫描变断仪，采用了数字扫描变换技术，即利用标准电视换技术，即利用标准电视换技术，即利用标准电视换技术，即利用标准电视光栅扫描格式显示信号。光栅扫描格式显示信号。光栅扫描格式显示信号。光栅扫描格式显示信号。使用此仪器一般先用使用此仪器一般先用使用此仪器一般先用使用此仪器一般先用B B超超超超和多普勒仪定位，然后用和多普勒仪定位，然后用和多普勒仪定位，然后用和多普勒仪定位，然后用MM超将图像超将图像超将图像超将图像“冻结冻结冻结冻结”在一在一在一在一个需要的位置上，用仪器个需要的位置上，用仪器个需要的位置上，用仪器个需要的位置上，用仪器中的测量光标或微机自动中的测量光标或微机自动中的测量光标或微机自动中的测量光标或微机自动测量功能获得各种参数。测量功能获得各种参数。测量功能获得各种参数。测量功能获得各种参数。扇形扫描多功能诊断仪的B型与M型的同屏幕显示 微机控制的超声心动图仪与B超和多普勒血流仪三者合一163.3 B型超声波断层显像仪型超声波断层显像仪 自从自从自从自从19671967年首次出现至今，因其诊断功能强、年首次出现至今，因其诊断功能强、年首次出现至今，因其诊断功能强、年首次出现至今，因其诊断功能强、技术先进，技术先进，技术先进，技术先进，B B超已经成为临床中最常规和重要的诊超已经成为临床中最常规和重要的诊超已经成为临床中最常规和重要的诊超已经成为临床中最常规和重要的诊断仪器。断仪器。断仪器。断仪器。B B超与超与超与超与MM超一样，都是辉度调制式仪器。超一样，都是辉度调制式仪器。超一样，都是辉度调制式仪器。超一样，都是辉度调制式仪器。但二者也有不同。但二者也有不同。但二者也有不同。但二者也有不同。MM超的探头是固定不变的，而超的探头是固定不变的，而超的探头是固定不变的，而超的探头是固定不变的，而B B超的探头是连续移动的或是发射的超声波束不断变超的探头是连续移动的或是发射的超声波束不断变超的探头是连续移动的或是发射的超声波束不断变超的探头是连续移动的或是发射的超声波束不断变动发射方向。动发射方向。动发射方向。动发射方向。前者分为手动扫描和机械扫描，后者前者分为手动扫描和机械扫描，后者前者分为手动扫描和机械扫描，后者前者分为手动扫描和机械扫描，后者为电子扫描。为电子扫描。为电子扫描。为电子扫描。MM超显示的是组织边界的超声心动图超显示的是组织边界的超声心动图超显示的是组织边界的超声心动图超显示的是组织边界的超声心动图像，如要使显示器上图迹的位置和病人体内某个二像，如要使显示器上图迹的位置和病人体内某个二像，如要使显示器上图迹的位置和病人体内某个二像，如要使显示器上图迹的位置和病人体内某个二维平面中产生回波的结构位置一一对应，就能产生维平面中产生回波的结构位置一一对应，就能产生维平面中产生回波的结构位置一一对应，就能产生维平面中产生回波的结构位置一一对应，就能产生体内软组织的断层图像。而体内软组织的断层图像。而体内软组织的断层图像。而体内软组织的断层图像。而B B超显示的正是探头移超显示的正是探头移超显示的正是探头移超显示的正是探头移动线和声束方向构成的动线和声束方向构成的动线和声束方向构成的动线和声束方向构成的平面上人体组织的二维断层平面上人体组织的二维断层平面上人体组织的二维断层平面上人体组织的二维断层图像，图像，图像，图像，即超声影像图即超声影像图即超声影像图即超声影像图 。3.3 B型超声波断层显像仪 自从17超声影像图超声影像图 超声影像图 18 按扫描方式分类，按扫描方式分类，按扫描方式分类，按扫描方式分类，B B超已经发展了四代，超已经发展了四代，超已经发展了四代，超已经发展了四代，包括手动直线扫描、包括手动直线扫描、包括手动直线扫描、包括手动直线扫描、机械扫描、电子直线机械扫描、电子直线机械扫描、电子直线机械扫描、电子直线扫描和电子扇形扫描。扫描和电子扇形扫描。扫描和电子扇形扫描。扫描和电子扇形扫描。1.1.手动直线扫描手动直线扫描手动直线扫描手动直线扫描 由医务人员掌握探头的移动方向，探头的由医务人员掌握探头的移动方向，探头的由医务人员掌握探头的移动方向，探头的由医务人员掌握探头的移动方向，探头的直线移动导致显示器在直线移动导致显示器在直线移动导致显示器在直线移动导致显示器在X X方向上出现与之对应方向上出现与之对应方向上出现与之对应方向上出现与之对应的光点，的光点，的光点，的光点，Y Y 轴仍为深度轴，回波幅度由图像辉轴仍为深度轴，回波幅度由图像辉轴仍为深度轴，回波幅度由图像辉轴仍为深度轴，回波幅度由图像辉度表示。图像就是探头移动所经过直线方向上度表示。图像就是探头移动所经过直线方向上度表示。图像就是探头移动所经过直线方向上度表示。图像就是探头移动所经过直线方向上的二维切面图，但只能用于观察静止的脏器的二维切面图，但只能用于观察静止的脏器的二维切面图，但只能用于观察静止的脏器的二维切面图，但只能用于观察静止的脏器（如肝脏等），此种仪器现已淘汰。（如肝脏等），此种仪器现已淘汰。（如肝脏等），此种仪器现已淘汰。（如肝脏等），此种仪器现已淘汰。按扫描方式分类，B超已经发展了四代，19 2.2.机械扫描机械扫描机械扫描机械扫描 机械扫描是由电机带动探头作直线移动、往复摆动机械扫描是由电机带动探头作直线移动、往复摆动机械扫描是由电机带动探头作直线移动、往复摆动机械扫描是由电机带动探头作直线移动、往复摆动或旋转，从而产生机械直线扫描、机械扇形扫描和机械或旋转，从而产生机械直线扫描、机械扇形扫描和机械或旋转，从而产生机械直线扫描、机械扇形扫描和机械或旋转，从而产生机械直线扫描、机械扇形扫描和机械圆形扫描三种扫描图像。其中，直线扫描多用于腹部疾圆形扫描三种扫描图像。其中，直线扫描多用于腹部疾圆形扫描三种扫描图像。其中，直线扫描多用于腹部疾圆形扫描三种扫描图像。其中，直线扫描多用于腹部疾病诊断；扇形扫描适用于心脏和腹部；圆形扫描时，将病诊断；扇形扫描适用于心脏和腹部；圆形扫描时，将病诊断；扇形扫描适用于心脏和腹部；圆形扫描时，将病诊断；扇形扫描适用于心脏和腹部；圆形扫描时，将探头置于人体体腔（如食道、胃肠、阴道及泌尿道等）探头置于人体体腔（如食道、胃肠、阴道及泌尿道等）探头置于人体体腔（如食道、胃肠、阴道及泌尿道等）探头置于人体体腔（如食道、胃肠、阴道及泌尿道等）或血管内，从而获得某个腔道的圆周扫描断层图像。或血管内，从而获得某个腔道的圆周扫描断层图像。或血管内，从而获得某个腔道的圆周扫描断层图像。或血管内，从而获得某个腔道的圆周扫描断层图像。2.机械扫描20 腔内超声可以避开胸腹壁、肺组织和腔内超声可以避开胸腹壁、肺组织和肠道内气体等结构对成像的干扰，近距离肠道内气体等结构对成像的干扰，近距离观察器官和组织。最新的血管内超声技术观察器官和组织。最新的血管内超声技术是将小型超声换能器安装于心导管顶端，是将小型超声换能器安装于心导管顶端，在血管内发射并接收高频超声信号，进行在血管内发射并接收高频超声信号，进行血管成像，对冠状动脉病变进行研究。近血管成像，对冠状动脉病变进行研究。近期推出的心腔内超声的探头管体纤细柔软，期推出的心腔内超声的探头管体纤细柔软，可经周围静脉插入右心系统，并且发射频可经周围静脉插入右心系统，并且发射频率高，图像清晰，时相和方位分辨力很好，率高，图像清晰，时相和方位分辨力很好，对观察心内结构和活动情况及辅助穿刺定对观察心内结构和活动情况及辅助穿刺定位等有较高价值。位等有较高价值。腔内超声可以避开胸腹壁、肺组织和肠道内213.3.电子直线扫描电子直线扫描电子直线扫描电子直线扫描 与与与与机机机机械械械械扫扫扫扫描描描描不不不不同同同同，电电电电子子子子扫扫扫扫描描描描仪仪仪仪的的的的探探探探头头头头是是是是由由由由许许许许多多多多小小小小换换换换能能能能器器器器（小小小小探探探探头头头头）排排排排列列列列而而而而成成成成，每每每每个个个个小小小小探探探探头头头头称称称称为为为为阵阵阵阵元元元元，各各各各阵阵阵阵元元元元的的的的距距距距离离离离相相相相等等等等。用用用用电电电电子子子子开开开开关关关关按按按按一一一一定定定定时时时时序序序序激激激激励励励励各各各各阵阵阵阵元元元元组组组组发发发发射射射射与与与与接接接接收收收收超超超超声声声声脉脉脉脉冲冲冲冲，回回回回波波波波信信信信号号号号经经经经处处处处理理理理后后后后，到到到到达达达达CRTCRT显显显显示示示示器器器器进进进进行行行行辉辉辉辉度度度度调调调调制制制制，扫扫扫扫描描描描过过过过程程程程中中中中探探探探头头头头静静静静止止止止不不不不动动动动，而而而而超超超超声声声声波波波波束束束束的的的的发发发发射射射射与与与与接接接接收收收收是是是是沿沿沿沿一一一一定定定定方方方方向向向向匀匀匀匀速速速速移移移移动动动动的的的的，移移移移动动动动线和声束方向构成的断面就是所得图像。线和声束方向构成的断面就是所得图像。线和声束方向构成的断面就是所得图像。线和声束方向构成的断面就是所得图像。在探头长度一定的情况下，图像的质量主在探头长度一定的情况下，图像的质量主在探头长度一定的情况下，图像的质量主在探头长度一定的情况下，图像的质量主要决定于阵元的数量。阵元的数量越多，垂直要决定于阵元的数量。阵元的数量越多，垂直要决定于阵元的数量。阵元的数量越多，垂直要决定于阵元的数量。阵元的数量越多，垂直扫描线就越多，图像就越清晰，有的探头可包扫描线就越多，图像就越清晰，有的探头可包扫描线就越多，图像就越清晰，有的探头可包扫描线就越多，图像就越清晰，有的探头可包括括括括256256个小探头。个小探头。个小探头。个小探头。3.电子直线扫描22电子直线扫描电子直线扫描 电子直线扫描原理框图电子直线扫描原理框图 电子直线扫描 电子直线扫描原理框图 234.4.电子扇形扫描电子扇形扫描电子扇形扫描电子扇形扫描（电子相控阵扇形扫描）（电子相控阵扇形扫描）（电子相控阵扇形扫描）（电子相控阵扇形扫描）如果对探头各阵元加如果对探头各阵元加如果对探头各阵元加如果对探头各阵元加上依次延迟一定时间的激上依次延迟一定时间的激上依次延迟一定时间的激上依次延迟一定时间的激励脉冲，则各阵元所产生励脉冲，则各阵元所产生励脉冲，则各阵元所产生励脉冲，则各阵元所产生的脉冲也相应延迟，这样，的脉冲也相应延迟，这样，的脉冲也相应延迟，这样，的脉冲也相应延迟，这样，总的叠加波束方向出现相总的叠加波束方向出现相总的叠加波束方向出现相总的叠加波束方向出现相位改变而产生扇形图像。位改变而产生扇形图像。位改变而产生扇形图像。位改变而产生扇形图像。此种探头体积小，无噪声此种探头体积小，无噪声此种探头体积小，无噪声此种探头体积小，无噪声和振动，寿命比较长，但和振动，寿命比较长，但和振动，寿命比较长，但和振动，寿命比较长，但价格相对较高价格相对较高价格相对较高价格相对较高 。4.电子扇形扫描24 为了提高检测功能和图像质量，为了提高检测功能和图像质量，为了提高检测功能和图像质量，为了提高检测功能和图像质量，B B超中应超中应超中应超中应用了许多先进的技术。应用数字图像技术，可用了许多先进的技术。应用数字图像技术，可用了许多先进的技术。应用数字图像技术，可用了许多先进的技术。应用数字图像技术，可以随时冻结超声断层图像并进行观察、分析、以随时冻结超声断层图像并进行观察、分析、以随时冻结超声断层图像并进行观察、分析、以随时冻结超声断层图像并进行观察、分析、测量及拍照等，还可以将有意义的图像存储下测量及拍照等，还可以将有意义的图像存储下测量及拍照等，还可以将有意义的图像存储下测量及拍照等，还可以将有意义的图像存储下来；应用数字扫描技术，可以使用电视监视器来；应用数字扫描技术，可以使用电视监视器来；应用数字扫描技术，可以使用电视监视器来；应用数字扫描技术，可以使用电视监视器显示图像与文字；采用电子聚焦、声聚焦和动显示图像与文字；采用电子聚焦、声聚焦和动显示图像与文字；采用电子聚焦、声聚焦和动显示图像与文字；采用电子聚焦、声聚焦和动态聚焦可变孔技术，能使图像分辨率提高，可态聚焦可变孔技术，能使图像分辨率提高，可态聚焦可变孔技术，能使图像分辨率提高，可态聚焦可变孔技术，能使图像分辨率提高，可达到达到达到达到2 2mmmm。总之，通过总之，通过总之，通过总之，通过B B超的图像能较清晰地超的图像能较清晰地超的图像能较清晰地超的图像能较清晰地观察到人体多种器官的动态变化，是心脏、腹观察到人体多种器官的动态变化，是心脏、腹观察到人体多种器官的动态变化，是心脏、腹观察到人体多种器官的动态变化，是心脏、腹部器官、妇产科临床诊断的首选辅助工具。部器官、妇产科临床诊断的首选辅助工具。部器官、妇产科临床诊断的首选辅助工具。部器官、妇产科临床诊断的首选辅助工具。为了提高检测功能和图像质量，B超中应253.4 超声多普勒血流仪、超声多普勒血流仪、成像仪与彩超成像仪与彩超 超声如同声音一样，以确定的速度通超声如同声音一样，以确定的速度通过介质，当遇到两种不同介质的分界面时过介质，当遇到两种不同介质的分界面时就能发生反射和折射。当反射边界固定不就能发生反射和折射。当反射边界固定不变时，反射波的频率等于入射波的频率，变时，反射波的频率等于入射波的频率，但当反射边界朝向声源移动时，反射超声但当反射边界朝向声源移动时，反射超声波的波长就被压缩，反之被拉伸。而超声波的波长就被压缩，反之被拉伸。而超声波在传输介质中的速度是恒定的，因此根波在传输介质中的速度是恒定的，因此根据公式据公式c=f，超声波波长的变化导致了频，超声波波长的变化导致了频率的移动，此现象被称为率的移动，此现象被称为多普勒效应多普勒效应。3.4 超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 26频率偏移的大小见公式：频率偏移的大小见公式：频率偏移的大小见公式：频率偏移的大小见公式：其中其中其中其中C C为声速，为声速，为声速，为声速，f f为超声波传播速度，为超声波传播速度，为超声波传播速度，为超声波传播速度，V V为物体的运为物体的运为物体的运为物体的运动速度，为声速与物体运动方向的夹角。从式中可动速度，为声速与物体运动方向的夹角。从式中可动速度，为声速与物体运动方向的夹角。从式中可动速度，为声速与物体运动方向的夹角。从式中可以看到，以看到，以看到，以看到，多普勒频偏与物体运动的速度成正比多普勒频偏与物体运动的速度成正比多普勒频偏与物体运动的速度成正比多普勒频偏与物体运动的速度成正比，如如如如果用电子学的方法检测出多普勒频偏，就能够得出果用电子学的方法检测出多普勒频偏，就能够得出果用电子学的方法检测出多普勒频偏，就能够得出果用电子学的方法检测出多普勒频偏，就能够得出运动器官或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的运动器官或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的运动器官或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的运动器官或血流的运动速度，而超声多普勒频偏的正负可以反映出运动的方向。正负可以反映出运动的方向。正负可以反映出运动的方向。正负可以反映出运动的方向。所以利用由运动结构所以利用由运动结构所以利用由运动结构所以利用由运动结构反射回来的超声波束的多普勒频移来提供人体器官反射回来的超声波束的多普勒频移来提供人体器官反射回来的超声波束的多普勒频移来提供人体器官反射回来的超声波束的多普勒频移来提供人体器官或物体（如心脏壁和血液）的运动速度信息的超声或物体（如心脏壁和血液）的运动速度信息的超声或物体（如心脏壁和血液）的运动速度信息的超声或物体（如心脏壁和血液）的运动速度信息的超声多普勒方法已被广泛应用于人体运动结构的临床诊多普勒方法已被广泛应用于人体运动结构的临床诊多普勒方法已被广泛应用于人体运动结构的临床诊多普勒方法已被广泛应用于人体运动结构的临床诊断中，并且具有相当高的诊断价值。断中，并且具有相当高的诊断价值。断中，并且具有相当高的诊断价值。断中，并且具有相当高的诊断价值。频率偏移的大小见公式：其中C为声速，f为超声波传播速度，V为27 脉冲超声多普勒血流仪框图 脉冲超声多普勒血流仪框图28 目前应用的超声目前应用的超声目前应用的超声目前应用的超声多普勒胎心率监护仪多普勒胎心率监护仪多普勒胎心率监护仪多普勒胎心率监护仪和超声多普勒血流仪和超声多普勒血流仪和超声多普勒血流仪和超声多普勒血流仪正是根据上述原理设正是根据上述原理设正是根据上述原理设正是根据上述原理设计的。其中超声波发计的。其中超声波发计的。其中超声波发计的。其中超声波发射又可分为连续波和射又可分为连续波和射又可分为连续波和射又可分为连续波和脉冲波两种。用连续脉冲波两种。用连续脉冲波两种。用连续脉冲波两种。用连续多普勒仪器构成的血多普勒仪器构成的血多普勒仪器构成的血多普勒仪器构成的血管二维扫描基本上是管二维扫描基本上是管二维扫描基本上是管二维扫描基本上是一个平面图，它代表一个平面图，它代表一个平面图，它代表一个平面图，它代表血管在皮肤上的投影。血管在皮肤上的投影。血管在皮肤上的投影。血管在皮肤上的投影。连续波多普勒仪器成像原理框图连续波多普勒仪器成像原理框图连续波多普勒仪器成像原理框图连续波多普勒仪器成像原理框图 目前应用的超声多普勒胎心率监护仪和超29 脉冲超声多普勒血流仪的采样距离、脉冲超声多普勒血流仪的采样距离、采样体积都可以调节，所以可以得到某一采样体积都可以调节，所以可以得到某一深度某一范围内的血流信息，既能显示被深度某一范围内的血流信息，既能显示被测血流的深度，又能产生血管腔的横断面测血流的深度，又能产生血管腔的横断面像和纵断面像。显示方式有波形显示和动像和纵断面像。显示方式有波形显示和动态声谱图显示。波形显示有正向血流、反态声谱图显示。波形显示有正向血流、反向血流和正反向血流，幅度代表速度大小，向血流和正反向血流，幅度代表速度大小，水平方向代表时间。还可监听多普勒血流水平方向代表时间。还可监听多普勒血流声，声调高表示血流速度快，声调低表示声，声调高表示血流速度快，声调低表示血流速度慢。血流速度慢。脉冲超声多普勒血流仪的采样距离、采样30 多功能超声诊断仪多功能超声诊断仪一般具有一般具有B型、型、M型及多普勒三种功能，它以型及多普勒三种功能，它以B型图像进行型图像进行定位，可以精确测得心脏内某一位置的血定位，可以精确测得心脏内某一位置的血流频谱图，对诊断心脏疾病有重大意义。流频谱图，对诊断心脏疾病有重大意义。血流彩色显示超声波诊断装置，不仅能显血流彩色显示超声波诊断装置，不仅能显示血流频谱图，示血流频谱图，还能以伪彩色（红色代表还能以伪彩色（红色代表正向血流，蓝色代表反向血流）正向血流，蓝色代表反向血流）显示的二显示的二维彩色血流图像，迭加在黑白的维彩色血流图像，迭加在黑白的B型图像型图像上，简称为上，简称为“彩超彩超”，大大提高了临床诊，大大提高了临床诊断的水平。断的水平。多功能超声诊断仪一般具有B型、M型及多31 由于脉冲超声多普勒由于脉冲超声多普勒由于脉冲超声多普勒由于脉冲超声多普勒血流仪可以得到不同深度血流仪可以得到不同深度血流仪可以得到不同深度血流仪可以得到不同深度的信息，因而可得到血流的信息，因而可得到血流的信息，因而可得到血流的信息，因而可得到血流速度在血管（或心脏）内速度在血管（或心脏）内速度在血管（或心脏）内速度在血管（或心脏）内的分布，临产上可诊断血的分布，临产上可诊断血的分布，临产上可诊断血的分布，临产上可诊断血管斑块是否形成，血管是管斑块是否形成，血管是管斑块是否形成，血管是管斑块是否形成，血管是否阻断，并可制成多普勒否阻断，并可制成多普勒否阻断，并可制成多普勒否阻断，并可制成多普勒成像仪，可显示血管（或成像仪，可显示血管（或成像仪，可显示血管（或成像仪，可显示血管（或心脏）的二维截面像，如心脏）的二维截面像，如心脏）的二维截面像，如心脏）的二维截面像，如图，并以伪彩色代表血流图，并以伪彩色代表血流图，并以伪彩色代表血流图，并以伪彩色代表血流的大小和方向。的大小和方向。的大小和方向。的大小和方向。超声多普勒血管截面成像 由于脉冲超声多普勒血流仪可以得到不323.5 超声三维成像系统超声三维成像系统（超声（超声CT）在医学临床影像诊断中，仅通过观察在医学临床影像诊断中，仅通过观察二维切片图像，很难准确确定病变体的空二维切片图像，很难准确确定病变体的空间位置、大小、几何形状和与周围生物组间位置、大小、几何形状和与周围生物组织的关系。本世纪七十年代由计算机控制织的关系。本世纪七十年代由计算机控制的超声的超声CT技术开始兴起，将超声诊断水技术开始兴起，将超声诊断水平提高到一个新的高度，并有助于分子生平提高到一个新的高度，并有助于分子生物学和生物物理学的发展。近十几年随着物学和生物物理学的发展。近十几年随着计算机技术的飞速发展，推动了三维超声计算机技术的飞速发展，推动了三维超声成像技术的研究和应用。成像技术的研究和应用。3.5 超声三维成像系统（超声CT）33超声计算机断层成像超声计算机断层成像机械扫描系统机械扫描系统框图框图超声计算机断层成像机械扫描系统框图34 德国德国德国德国SIEMENSSIEMENS公司推出公司推出公司推出公司推出超声三维成像系统（超声超声三维成像系统（超声超声三维成像系统（超声超声三维成像系统（超声CTCT）。）。）。）。它由一个特殊的它由一个特殊的它由一个特殊的它由一个特殊的TEETEE（经食道超声心动图）探经食道超声心动图）探经食道超声心动图）探经食道超声心动图）探头、相控阵彩色血流成像系统头、相控阵彩色血流成像系统头、相控阵彩色血流成像系统头、相控阵彩色血流成像系统及一个高性能的图像处理系统及一个高性能的图像处理系统及一个高性能的图像处理系统及一个高性能的图像处理系统三部分组成。应用三部分组成。应用三部分组成。应用三部分组成。应用TEETEE探头经探头经探头经探头经食道，在心电同步触发下，对食道，在心电同步触发下，对食道，在心电同步触发下，对食道，在心电同步触发下，对心动周心动周心动周心动周期中每一时相完成期中每一时相完成期中每一时相完成期中每一时相完成256256个平行的扇形切面，全部图像数据个平行的扇形切面，全部图像数据个平行的扇形切面，全部图像数据个平行的扇形切面，全部图像数据（包括彩色血流数据）保存在图像存储器中，整个图像采（包括彩色血流数据）保存在图像存储器中，整个图像采（包括彩色血流数据）保存在图像存储器中，整个图像采（包括彩色血流数据）保存在图像存储器中，整个图像采集工作仅需几分钟就可完成。所得图像数据不但保持了集工作仅需几分钟就可完成。所得图像数据不但保持了集工作仅需几分钟就可完成。所得图像数据不但保持了集工作仅需几分钟就可完成。所得图像数据不但保持了TEETEE高质量图像的特点，而且类似于计算机断层摄影技术高质量图像的特点，而且类似于计算机断层摄影技术高质量图像的特点，而且类似于计算机断层摄影技术高质量图像的特点，而且类似于计算机断层摄影技术（CTCT），），），），操作者可选择任一断面方位借助计算机图像处操作者可选择任一断面方位借助计算机图像处操作者可选择任一断面方位借助计算机图像处操作者可选择任一断面方位借助计算机图像处理技术理技术理技术理技术重建图像重建图像重建图像重建图像，实时动态显示，而且可以从这，实时动态显示，而且可以从这，实时动态显示，而且可以从这，实时动态显示，而且可以从这256256个平个平个平个平行切面建立心脏的动态三维图像。行切面建立心脏的动态三维图像。行切面建立心脏的动态三维图像。行切面建立心脏的动态三维图像。德国SIEMENS公司推出超声三维35 美国于美国于美国于美国于2020世纪世纪世纪世纪9090年代推出了以射频电磁场年代推出了以射频电磁场年代推出了以射频电磁场年代推出了以射频电磁场进行立体定位、使用普通相控阵扇扫探头从体进行立体定位、使用普通相控阵扇扫探头从体进行立体定位、使用普通相控阵扇扫探头从体进行立体定位、使用普通相控阵扇扫探头从体外进行扫描并进行超声三维成像的系统。美国外进行扫描并进行超声三维成像的系统。美国外进行扫描并进行超声三维成像的系统。美国外进行扫描并进行超声三维成像的系统。美国DukeDuke大学最近提出晶体片被纵向、横向多线均大学最近提出晶体片被纵向、横向多线均大学最近提出晶体片被纵向、横向多线均大学最近提出晶体片被纵向、横向多线均匀切割成众多的微型矩阵型排列的二维阵列换匀切割成众多的微型矩阵型排列的二维阵列换匀切割成众多的微型矩阵型排列的二维阵列换匀切割成众多的微型矩阵型排列的二维阵列换能器。在用于体外探测时，微小的晶片多达能器。在用于体外探测时，微小的晶片多达能器。在用于体外探测时，微小的晶片多达能器。在用于体外探测时，微小的晶片多达6060=36006060=3600；而用于心内探测的导管式前向观；而用于心内探测的导管式前向观；而用于心内探测的导管式前向观；而用于心内探测的导管式前向观察探头的晶片按察探头的晶片按察探头的晶片按察探头的晶片按1010=1001010=100排列。探头发射声束排列。探头发射声束排列。探头发射声束排列。探头发射声束时按相控阵方式沿时按相控阵方式沿时按相控阵方式沿时按相控阵方式沿Y Y轴进行方位转向形成二维图轴进行方位转向形成二维图轴进行方位转向形成二维图轴进行方位转向形成二维图像，后者再沿像，后者再沿像，后者再沿像，后者再沿Z Z轴方向扇形移动进行立体仰角转轴方向扇形移动进行立体仰角转轴方向扇形移动进行立体仰角转轴方向扇形移动进行立体仰角转向形成金字塔形数据库。在未来的动态三维成向形成金字塔形数据库。在未来的动态三维成向形成金字塔形数据库。在未来的动态三维成向形成金字塔形数据库。在未来的动态三维成像中可能会发挥重大作用。像中可能会发挥重大作用。像中可能会发挥重大作用。像中可能会发挥重大作用。美国于20世纪90年代推出了以射频电36 今后三维超声成像仪的发展有着十分广阔的发今后三维超声成像仪的发展有着十分广阔的发今后三维超声成像仪的发展有着十分广阔的发今后三维超声成像仪的发展有着十分广阔的发展前景。在进一步提高计算机微处理器的运算速度展前景。在进一步提高计算机微处理器的运算速度展前景。在进一步提高计算机微处理器的运算速度展前景。在进一步提高计算机微处理器的运算速度后，可以使动态三维图像准实时显示并能显示体内后，可以使动态三维图像准实时显示并能显示体内后，可以使动态三维图像准实时显示并能显示体内后，可以使动态三维图像准实时显示并能显示体内器官的实时剖切图像（器官的实时剖切图像（器官的实时剖切图像（器官的实时剖切图像（四维超声成像四维超声成像四维超声成像四维超声成像）。另外，如）。另外，如）。另外，如）。另外，如果在提高成像装置质量和改进操作方法的基础上，果在提高成像装置质量和改进操作方法的基础上，果在提高成像装置质量和改进操作方法的基础上，果在提高成像装置质量和改进操作方法的基础上，还可获得几乎能与光学内窥镜相媲美的动态三维图还可获得几乎能与光学内窥镜相媲美的动态三维图还可获得几乎能与光学内窥镜相媲美的动态三维图还可获得几乎能与光学内窥镜相媲美的动态三维图像。最近还出现了将彩色多普勒信号重建为动态三像。最近还出现了将彩色多普勒信号重建为动态三像。最近还出现了将彩色多普勒信号重建为动态三像。最近还出现了将彩色多普勒信号重建为动态三维彩色多普勒血流图的技术，除能观察血流部位、维彩色多普勒血流图的技术，除能观察血流部位、维彩色多普勒血流图的技术，除能观察血流部位、维彩色多普勒血流图的技术，除能观察血流部位、途径、范围、轮廓与起止点之外，尚可判断其方向途径、范围、轮廓与起止点之外，尚可判断其方向途径、范围、轮廓与起止点之外，尚可判断其方向途径、范围、轮廓与起止点之外，尚可判断其方向与流速并清晰分辨血流信号与其旁侧的心壁和瓣膜。与流速并清晰分辨血流信号与其旁侧的心壁和瓣膜。与流速并清晰分辨血流信号与其旁侧的心壁和瓣膜。与流速并清晰分辨血流信号与其旁侧的心壁和瓣膜。AcusonAcuson彩色多普勒血流仪就可显示冠状动脉的主干彩色多普勒血流仪就可显示冠状动脉的主干彩色多普勒血流仪就可显示冠状动脉的主干彩色多普勒血流仪就可显示冠状动脉的主干及其分支。除此之外，在动态三维超声显示的立体及其分支。除此之外，在动态三维超声显示的立体及其分支。除此之外，在动态三维超声显示的立体及其分支。除此之外，在动态三维超声显示的立体图像上，通过计算机处理，可根据需要切割并除去图像上，通过计算机处理，可根据需要切割并除去图像上，通过计算机处理，可根据需要切割并除去图像上，通过计算机处理，可根据需要切割并除去浅层组织的回声，有利于对欲实施手术病灶的细致浅层组织的回声，有利于对欲实施手术病灶的细致浅层组织的回声，有利于对欲实施手术病灶的细致浅层组织的回声，有利于对欲实施手术病灶的细致分析，可用于模拟手术。分析，可用于模拟手术。分析，可用于模拟手术。分析，可用于模拟手术。今后三维超声成像仪的发展有着十分广阔37 随着软件超声技术的推广，有人提出随着软件超声技术的推广，有人提出了了“一块一块 IC即是一个系统即是一个系统”的设想，即的设想，即超声仪器小型化，这将成为医学超声成像超声仪器小型化，这将成为医学超声成像仪器发展的趋势。不久的将来，庞大的彩仪器发展的趋势。不久的将来，庞大的彩超竟然可以缩小到能够放在口袋中。总之，超竟然可以缩小到能够放在口袋中。总之，医学超声中蕴涵了无穷的诊断信息，其应医学超声中蕴涵了无穷的诊断信息，其应用范围十分广泛，随着相关科学技术的不用范围十分广泛，随着相关科学技术的不断进步，无论在显示图像质量还是诊断功断进步，无论在显示图像质量还是诊断功能上等方面，都会得到飞速发展。能上等方面，都会得到飞速发展。随着软件超声技术的推广，有人提出了“38