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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,,
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