医学超声成像的基本原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 医学超声仪器概论,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 医学超声仪器概论,*,第二节 医学超声成像的基本原理,超声成像方法有多种，反射、透射、多普勒法等。,目前多用反射法，即脉冲回波法。,一、脉冲回波法原理,1.定义,发射,超声脉冲波，,接收,目标反射回波，,确定,目标的方位、距离和性质。,2.人体组织的适用性, 人体组织、脏器,Z,不同，界面会反射声波。, 人体软组织,Z,接近，界面透射大，可穿透较深组织；而较弱,的反射波, 对检测已足够。, 人体软组织,c,接近，可由时间算得界面深度。,第二节 医学超声成像的基本原理 超声成像方法,3脉冲回波法,A,型显示,（,a,）超声脉冲发射，,显示发射波形；,（,b,）超声匀速传播，,显示水平扫线；,（,c,）超声到达界面。,（,d,）界面反射、透射；,（,e,）脉冲回到探头，,显示接收波形；,（,f,）波形间隔距离，,正比界面深度。,3脉冲回波法A型显示 （a）超声脉冲发射，,4.脉冲回波测距关系式,有多重介质界面时, 若声速接近，且,c,则,Sct/2,式中：,S,界面深度,t,界面回波时间,即：可由界面回波时间，求得界面深度。,人体软组织取,c = 1540m/s。,5.各种利用形式,换能器固定 显示光点幅度调制,换能器扫查 显示光点亮度调制,A,B,M,4.脉冲回波测距关系式有多重介质界面时, 若声速接近，且c,一、分辨力,指成像系统分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。,1.,横向分辨力（也称侧向分辨力）,（,1,）定义：垂直于声束轴方向的分辨力。,（,2,）相关因素,：,超声波束直径，显示器光点尺寸。,设有两个目标(如图):,（,a,）波束直径很细，容易区分。,（,b,）波束直径加大，刚好区分，,此时目标间距离就是系统,的分辨力。,（,c,）波束直径更大，无法区分，,系统只能把它们当作一个,目标，只显示一点。,一、分辨力 指成像系统分辨空间尺寸的能力，即能,2.,纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离分辨力）,（,1,）定义：在声束轴方向上对相邻两回声点的分辨力。,（,2,）相关因素：, 超声频率。理论极限是声波的半波长。,主要取决于脉冲有效持续时间,。脉冲越窄，越好,。,（,3,）脉冲有效持续时间相关因素：, 发射电脉冲宽度, 换能器阻尼, 仪器的增益, 发射超声强弱 因通带有限, 故脉冲前后沿不陡, 目标反射强弱 信号大小不同, 即脉冲宽度不同。, 目标距离,一般说来，纵向分辨力总是优于横向分辨力,2. 纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离分辨力）（1）定义：在,医学超声成像的基本原理课件,二、作用距离（探测深度）,1定义,超声诊断仪图像能显示的被测介质最大深度。,2相关因素,（,1,）工作频率,工作频率作用距离，但受分辨力限制。,I=I,0,e,-2X, =f , f,衰减趋缓,。,（,2,）接收灵敏度,接收灵敏度作用距离，但受噪声限制。,（,3,）发射功率,发射功率作用距离，但受安全性限制。,3临床要求,腹部：,20cm，,眼部：,10cm,二、作用距离（探测深度）1定义,三、工作频率(,f),1定义,辐射出去的超声波中心频率。,2与其它参数的关系,横向、纵向分辨力,f,探测深度,例如：,眼科：深度小，结构细，可用高,f,。如:,f=10 MHz。,腹部：深度大，脏器大，可用低,f。,如：,f=3.5 MHz。,许多超声仪配备多个不同频率的探头，可供选用。,矛盾，,酌情选取,三、工作频率(f)1定义矛盾， 酌情选取,四、帧频(,F),1定义,：成像系统每秒钟成像的帧数。,2相关因素（直接成像法）, 如图，,P,探测深度，,c,声速，,N,扫查线数,F,s,扫查帧频,直接成像时：,FF,s,一条扫线需时间（超声,P,内来回）：,T,l,2P/c,帧周期,N,条扫线所需时间：,TNT,l,2NP/c, FF,s,1/Tc/2NP,或者：,PNFc/2,可见：,P、N、F,三者之积是常数，若要提高一个，,必须以减小其它两个为代价。,c,P,N,线阵,F,s,四、帧频(F)1定义：成像系统每秒钟成像的帧数。cPN线阵, 另一形式（只适用于线阵）：,如图：,L-,线阵长度,，A,扫查面积,d,L,-,扫查线密度, A =PL, d,L,=N/L,F,A,d,L,=F,P,L,N/L=FPN = c/2,即：,F，A，d,L,三者乘积是一常数。,L,c,P,N,d,L,线阵,F,s,A, 另一形式（只适用于线阵）：如图：L-线阵长度，A扫查,3帧频与像质的关系,4,. 数值分析,因人体软组织中声速,c =1540 m/s,如果：,P=10cm , F=30Hz ,则,N=c/2FP=256.6,线,或者：,N=500,线 ,P=20cm ,则,F=c/2NP=7.7Hz,可见：难于同时取得满意的数值。,F (Hz),10,1024,24,动感,静态,准实时,实时,亮度,闪烁,闪烁,不闪烁,3帧频与像质的关系4. 数值分析F (Hz)1010,扫描线数越多，图像连续性越好，更为清晰；帧频越高，图像越稳定。,对于较高横向分辨力的超声成像系统，应该有较高线密度来显示它的图像，而较低的线密度只能满足低横向分辨力的需要。,扫描线数越多，图像连续性越好，更为清晰；帧频,五、脉冲重复频率（,F,c,）,1定义,每秒钟重复发射超声脉冲的次数。,2.与其它参数的关系, 最大探测距离,D,max,，,和探测深度,P,D,max,cT/2c/2F,c,式中：,T=1/F,c,脉冲发射周期，即两次发射间,的时间间隔,而：,PD,max,故：,F,c,D,max,P,帧频,F，,或线密度,d,L,F,c,=FN,，,F,c,F,或,d,L,通常取：,F,c,24KHz。,矛盾，,酌情选取,五、脉冲重复频率（Fc）1定义矛盾， 酌情选取,医学超声成像的基本原理课件,最大探测距离,D,max,并不等于仪器的作用距离,P,，作用距离受发射功率、接收机灵敏度等因素的影响，而最大探测距离只是设计中允许设定探测距离的最大值。,脉冲重复频率不可取得太高，否则将限制仪器的最大探测距离，但也不可取太低，否则将影响图像的帧频或线密度。,通常取,F,c,24KHz。,最大探测距离Dmax并不等于仪器的,第四节 超声诊断仪的显示型式,一、,A,式显示,1.,定义,A,式显示即：,A,mplitude modulation display,幅度调制显示,幅度调制：显示波幅度 界面回波强度。,第四节 超声诊断仪的显示型式 一、A式显示,2.,CRT,信号及显示屏各轴的意义,3. 适用部位,肝、胆、脾、眼、肾、子宫、脑中隔等。,A,式显示,水平（,X）,垂直（,Y）,亮度（,Z）,CRT,各控制轴信号,深度扫描信号,回波脉冲信号,正程增辉信号,显示屏,各,轴,意义,探测深度,回波脉冲幅度,无,X,Y,Z,显示屏各轴标称,Z,X,Y,CRT,各控制轴标,称,2. CRT信号及显示屏各轴的意义3. 适用部位A式显示水平,医学超声成像的基本原理课件,双相,A,型诊断法示意图,双相A型诊断法示意图,二、,M,式显示,1.,定义,M,式显示即：,Time-,M,otion,或,M,otion mode display,运动时间（模式）显示,。,即：运动界面的深度位置，按时间顺序显示。,小球,上下浮动,液面,杯底,小球,t,1,t,2,t,3,二、M式显示1. 定义小球,2.,CRT,信号及显示屏各轴的意义,3.,适用部位,心脏、胎心、动脉血管等运动脏器。,可用于测量心脏瓣膜的运动速度、加速度等。,由于主要探查心血管系统的心源性搏动，故也称,超声心动图,。,M,式显示,水平（,X）,垂直（,Y）,亮度（,Z）,CRT,各控制轴信号,时间扫描信号,深度扫描信号,回波脉冲信号,显示屏,各,轴,意义,探测时间,探测深度,回波脉冲幅度,2. CRT信号及显示屏各轴的意义3. 适用部位M式显示水平,医学超声成像的基本原理课件,三、,B,式显示,1,定义,B,式显示即：,B,rightness modulation display,辉(亮)度调制显示。,辉(亮)度调制：显示点辉(亮)度 界面回波强度。,2.,特点,声束位置不断变化,扫查，显示光迹同步扫描，,由辉(亮)度调制，得到回波强度断面象。,三、B式显示1定义,3.,CRT,信号及显示屏各轴的意义,4.,适用部位,眼球、甲状腺、纵隔、心脏、乳房、肝脏、胆囊、,胰腺、脾脏、肾脏、旁胱、精囊、睾丸、前列腺、,卵巢、子宫、胎儿,B,式显示,水平（,X）,垂直（,Y）,亮度（,Z）,CRT,各控制轴信号,横向,位置,信号,纵向,位置,信号,回波脉冲信号,显示屏,各,轴,意义,横向位置,纵向位置,回波脉冲幅度,3. CRT信号及显示屏各轴的意义4. 适用部位B式显示水平,一、简单扫查与复合扫查,1. 简单扫查,定义：声线在扫查区内不相交。,（1）线扫,声线：平移，排列均匀。,优点：近、远区视野相同。,缺点：要求入射范围大。,适用：腹部探查。,（2）扇扫,声线：摆动，呈扇形。,优点：要求的入射窗小。,缺点：浅部视野小。,适用：通过肋间对心脏的探查。,一、简单扫查与复合扫查1. 简单扫查,医学超声成像的基本原理课件,（,3,）凸阵扫查,声线：呈扇面形。,优点：入射窗较小，而浅部视野尚可。,适用：腹部，也可探查心脏。,（4）弧形扫查,声线：弧形移并摆动，与凸阵扫相反。,优点：近场视野宽。,缺点：要求的入射范围大。,适用：乳腺、甲状腺的显像。,（5）径向扫查,声线：呈360放射状。,适用：介入式探头。,优点：经食道、直肠、阴道等探入人体，,靠近检区，提高频率，提高像质。,（3）凸阵扫查 声线：呈扇面形。,2.,电子扫查,（一）概述,（,1,）定义,换能器由排成一线的许多阵元组成，用电子方式控,制各阵元的工作顺序或相位，以控制声线的位置或方,向，实现扫查。,（,2,）优缺点,优点：无机械运动，无（低频）振动，无磨损，寿命长。,体积小，重量轻。,缺点：线路复杂，工艺难，成本高。,（,3,）分类, 线形步距阵，简称：线阵；, 线形相控阵，简称：相控阵。,2.电子扫查 （一）概述,（二）线阵,（,1,）换能元,有几十至几百个换能阵元组成，长约1015,cm。,（,2,）原理,电子开关切换，使各阵元按一定顺序轮流工作，,从而形成一系列平行声束，实现线形扫查。,（,3,）结构组成,电子开关、,阻尼垫衬、,换能线阵、,匹配层、,声透镜、,外壳。,（二）线阵 （1）换能元,（三）相控阵,（,1,）换能元,换能阵元数较少，长度约13,cm。,（,2,）原理,所有阵元一起工作。, 发射时：,各阵元的,激励信号相位,按,线性,变化，使,发射超声,经,空间叠加,后，,合成超声方向,产生偏向。, 接收时：,各阵元的,接收信号相位,经同样变化，使,接收信号,经,电路叠加,后，,接收灵敏方向,同样偏向。,改变相位线性变化斜率，可改变扫查声线方向，,从而形成扇形扫查。,相位线性变化,相邻阵元信号，相位差相等。,（三）相控阵（1）换能元,（,3,）相控原理图解分析, 图解根据,由叠加原理，,超声波在传播过程中相遇时：, 相遇前后，波的特性（频率、初相、振动方向、传,播方向等）不变,独立性。, 相遇之处，质点振动各波矢量合成,叠加性。,当波同相位相遇时，叠加增强，,当波异相位相遇时，叠加减弱。, 图解约定, 阵元发射的超声波均为球面波波面线为圆弧线。, 所画的波面线之间均为同相位交点处叠加增强。,（3）相控原理图解分析 图解根据, 图解例, 无偏向无聚,焦发射：,各阵元,发射信号无,相位差。,叠加声波最,强区域,同相位波面,密集区域，,不偏向，不,收缩。, 图解例 无偏向无聚, 有偏向无聚焦发射：,各阵元发射信号相位有线性变化,，,相邻相差,，,叠加声波最强区域同相位波面密集区域，有,角偏向，不聚焦。, 有偏向无聚焦发射： 各阵元发射信号相位有线, 有偏向无聚焦接收：,各阵元接收信号相位经线性变化,，,送叠加电路，电路对,角方向平面回波有最强输出同相位叠加。接收灵敏区域有,角偏向，不聚焦。, 有偏向无聚焦接收： 各阵元接收信号相位经线性变化，,