超声成像的物理原理--课件

超声成像的物理原理1ppt课件学习目标一、掌握：超声波的定义、C=f 超声的产生（正、逆压电效应）二、熟悉：人体组织与入射声束的相互作用 超声诊断的安全性、注意事项三、了解：超声的特性、超声诊断仪的一些主要部件2ppt课件一、超声成像的物理基础1.超声波的定义：超声波：机械波 纵波 可于介质中传播 频率大小：次声波可听声波 超声波 1620000Hz 超声诊断原理：利用特定频率的超声波作为信息载体，将人体内部组织结构的声学特性以图形、曲线、其他数据的形式表现出来，用于临床分析及诊断。临床诊断用频率：0.560MHz；常用：214MHz3ppt课件2.超声波的特性 纵波 传导性：超声波可在气体、液体、固体等介质中传播；方向性：超声波可以朝一个方向传递很强的能量；超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉、共振、多普勒效应等现象；超声波在液体介质中传播时，会在界面产生冲击和空化现象。4ppt课件3.3.超声的产生与接收超声的产生与接收 1 1）.压电效应压电效应 是电能与声能相互转换的过程。2）.超声的产生：超声的产生：逆压电效应逆压电效应（电能声能）电场作用到特定的材料两端引起振动，在周周围围介质介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。3）.超声的接收：超声的接收：正压电效应正压电效应（声能电能）声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。5ppt课件4 4）.压电材料压电材料 能够产生压电效应的材料。无机材料：压电陶瓷压电陶瓷构成 主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。有机材料 主要由聚偏氟乙烯（PVDF）构成，材料声阻抗与人体接近。混合材料 由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器。6ppt课件5 5）.换能器换能器（探头）结构 面材（匹配层/保护层）、压电材料、背材，核心是压电材料。种类 1、体表检查用探头：凸阵探头（腹部、妇产科检查），线阵探头（外周血管、浅表小器官）相控阵探头(心脏），容积探头（三维、四维）2、手术用探头；3、体腔检查用探头：环阵扇形探头。7ppt课件8ppt课件4.4.超声的传播超声的传播 1 1）.声速声速（c）：超声在介质中的传播速度。由传播介质决定，与介质的密度及弹性系数有关。与密度成正比。不同人体组织器官的声速不同，平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2）.超声频率超声频率（f）：声源在单位时间内振动的次数。由探头中压电材料决定，在2.510兆赫兹范围。3）.超超声声波波长长（）：在波的传播方向上相邻两个波峰的距离。超声波长与声速和频率满足关系式：9ppt课件4 4）超声声束的空间分布：声场）超声声束的空间分布：声场 声束声束 在一个有限的立体角内传播的超声。声轴声轴 声束的中心线。近程区：近场近程区：近场 靠近探头区域，声束等宽 近场区L=r2/远程区：远场远程区：远场 远离探头区域，声束发散10ppt课件r 超声声束空间分布示意图：远程区近程区*-*轴向分辨力横向分辨力*-*11ppt课件5 5）分辨力）分辨力 概念：超声能够发现最小障碍物的能力，称之。超声能够发现最小障碍物的能力，称之。评价声像图质量的重要技术指标评价声像图质量的重要技术指标 空间分辨力：能够辨别两个细小目标空间位置的能力。纵向/轴向分辨力：调节脉冲宽度提高；深浅精度 横向分辨力：增加换能器直接和采取声透镜方式提高；切面真实度 侧向分辨力（厚度分辨力）：电子聚焦方法提高。对比度分辨力：在灰阶或亮度上分辨不同目标的能力。取决于信噪比和像素大小。采取低噪音高增益放大电路等提高。图像层次 12ppt课件二、人体组织对超声的作用1 1、声阻抗及界面：、声阻抗及界面：1）声阻抗（声特性阻抗）声阻抗（声特性阻抗 z）介质的密度()与声速(c)的乘积，不同组织的声特性阻抗不一样。z=c千分之一2）界面）界面 两种具有不同声阻抗的介质的接触面；大界面：界面尺寸大于超声波长 反射折射 小界面：界面尺寸小于超声波长 反射散射 人体软组织及脏器结构声阻抗的差异多界面折折射射、散射散射各层组织回声信息各层组织回声信息声像图声像图13ppt课件2.2.反射与折射反射与折射 1 1）反反射射：入入射射声声束束与与大大界界面面的的作作用用，一一部部分分超超声声能能量量会会返返回到原来的介质中回到原来的介质中 三个条件：同一平面 位于法线两侧 入射角与反射角相等 界面的反射信号是声像图的主要组成部分 14ppt课件 r反射的示意图15ppt课件2 2）折折射射：入入射射声声束束与与大大界界面面作作用用时时，一一部部分分进进入入的的另另一一面面的介质的介质 三个条件：同一平面、位于法线两侧、入射角与折射角满足下列条件：入射角和折射角的正弦之比为一常数，等于界面两侧介质的声速比；注意：第二种介质的声速大于第一种时，则折射角大于入射角；如果折射角大于90时，入射声能全部返回，称全反射。全反射对声像图的影响：折射声影/侧后声影，全反射在胃肠及肺探测时，难辨别脏器声像图。折射声束可作为入射声束进入下一种介质，多次折射过程会产生折折射射声声影影效应，此时产生的声像图与实际情况有误差。16ppt课件 r折射的示意图17ppt课件3 3）散散射射 超超声声波波在在传传播播中中遇遇到到粗粗糙糙面面或或极极小小的的障障碍碍物物时时，将将有一部分能力被散射有一部分能力被散射 散散射射波波可可组组合合，等等频频同同相相波波叠叠加加后后能能量量增增加加，等等频频反反向向波叠加后能量减弱。波叠加后能量减弱。入射声束与小界面的作用入射声束与小界面的作用 红细胞是散射体，其背向散射是多普勒超声诊断的基础。红细胞是散射体，其背向散射是多普勒超声诊断的基础。4）绕射）绕射 入入射射声声束束与与界界面面（界界面面尺尺寸寸与与超超声声波波长长大大小小相相当当）的的作作用，又称衍射。用，又称衍射。绕射使入射声束发生方向偏转18ppt课件散射示意图散射示意图19ppt课件5 5）衰减衰减 超超声声在在介介质质内内的的传传播播过过程程中中，声声波波能能量量随随传传播播距距离离的的增增大而逐渐减少的现象，称之。大而逐渐减少的现象，称之。主要原因：大界面的反射 小界面的散射 介质的吸收 声束的扩散 不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同。蛋白质衰减比水大，含水多的组织衰减小；相同组织，入射深度越大，衰减越大；相同组织，入射超声频率越高，衰减越大；。仪器调节时，可以调节“深度增益补偿。”20ppt课件三、超声对人体组织的作用1 1、超声生物效应：、超声生物效应：P10P10 概念：超声波在生物体内传播概念：超声波在生物体内传播 超超声声生生物物组组织织，生生物物体体的的功功能能、结结构、状态变化构、状态变化1 1）热效应）热效应 2 2）机械效应）机械效应 3 3）空化机制）空化机制4）化学作用化学作用 21ppt课件1 1）热热效效应应 超超声声在在介介质质中中传传播播时时，会会有有一一部部分分能能量量被被介介质质吸吸收而转化为热量，引起介质温度升高，称之。收而转化为热量，引起介质温度升高，称之。超声声能转换成生物组织的热能 理疗、加温治癌2 2）机机械械效效应应 在在超超声声传传播播过过程程中中，所所经经过过的的生生物物组组织织会会在在声声场场作作用用下下产产生生剧剧烈烈机机械械运运动动，由由此此对对生生物物组组织织的的结结构构、功能、生理活动产生影响，称之。功能、生理活动产生影响，称之。超声声能转换成生物组织的机械能 3 3）空化机制）空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变，从而产生局部高压、高温、放电现象，称之。造影4）化学作用化学作用 增加化学反应速度，促进氧化、分解。22ppt课件 超声生物效应，会导致人体组织的损伤。低声强长辐照时间热效应 高声强短辐照时间空化效应 两者之间机械效应 23ppt课件2.2.超声诊断的安全性超声诊断的安全性 非电离辐射非电离辐射 能量作用于人体产生作用能量作用于人体产生作用 1 1）.超声强度的计算方式超声强度的计算方式 空间平均时间平均声强；空间平均时间平均声强；空间峰值时间平均声强空间峰值时间平均声强；为多个国家和组织采用为多个国家和组织采用 空间平均时间峰值声强；空间平均时间峰值声强；空间峰值时间峰值声强。空间峰值时间峰值声强。2 2）.安全声强（美国安全声强（美国FDAFDA，我国超声标准化委员会推荐），我国超声标准化委员会推荐）空间峰值时间平均声强：空间峰值时间平均声强：小于小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米24ppt课件3.3.超声诊断的注意事项超声诊断的注意事项 (1)(1)只只有有在在医医学学上上具具有有明明确确理理由由时时，才才对对人人体体使使用用诊诊断断超声；超声；(2)(2)以以商商业业显显示示和和获获得得实实验验图图像像为为目目的的时时，不不应应把把超超声声用于辐照人体，特别是辐照孕妇；用于辐照人体，特别是辐照孕妇；(3)(3)在在保保证证获获得得良良好好图图像像质质量量和和取取得得必必要要的的诊诊断断信信息息前前提下，应使超声诊断设备的输出强度尽可能小。提下，应使超声诊断设备的输出强度尽可能小。超声探测应遵循一定的原则超声探测应遵循一定的原则25ppt课件超声探测应遵循的原则超声探测应遵循的原则r在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术r在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则 即即在在保保证证获获得得必必要要诊诊断断信信息息的的前前提提下下，应应采采用用最最小小超超声声强强度和最短辐照时间度和最短辐照时间r拒绝一切与诊断无关的胎儿超声显像拒绝一切与诊断无关的胎儿超声显像r对对早早孕孕胚胚胎胎不不做做或或少少做做超超声声探探测测，对对3 3个个月月以以上上的的胎胎儿儿定定期超声探测时，应控制在期超声探测时，应控制在3 35 5分钟分钟之内完成之内完成26ppt课件（5 5）超声探测的注意事项）超声探测的注意事项r成人超声探测 每一固定切面持续检查时间 颅脑2min 眼球0.5min 卵巢、睾丸1min27ppt课件r产科超声探测产科超声探测 1.3M(3M(早孕早孕)孕妇孕妇不作为不作为常规常规检查；检查；2.2.习习惯惯性性流流产产/先先兆兆流流产产症症状状者者，3 3个个月月内内不不建建议议做做超超声声探探测测；必必须须要要进进行行超超声声探探测测时时，应应控控制制时时间（间（1min1min）；3.3.3M3M胎胎儿儿脑脑、心心、眼眼、脊脊髓髓（2 2分分钟钟），其他脏器可适当延长。检查时不断移动探头。其他脏器可适当延长。检查时不断移动探头。28ppt课件r新生儿超声探测新生儿超声探测 颅脑颅脑1min1min 心脏心脏2min2min29ppt课件小结r知识点：超声波的定义 正压电效应 逆压电效应 衰减r重点：超声对人体的作用 超声安全性问题r难点：人体组织对超声的作用30ppt课件课后思考一、超声的产生和接收二、波长、频率、声速的关系三、衰减、多普勒效应、超声生物效应的概念 超声生物效应包括哪些内容？四、超声探测注意事项？时间限制。31ppt课件