超聲基礎(chǔ)知識(shí)

1、,超 聲 基 礎(chǔ) 知 識(shí),2014年3月11日,,一、聲波1. 概念：聲波是一種機(jī)械振動(dòng)，可以通過(guò)介質(zhì)進(jìn)行傳播。,,3. 超聲的特性 超聲的折射：超聲從甲介質(zhì)進(jìn)入乙介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏離。 超聲的反射：超聲在遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，傳播方向在一種介質(zhì)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 傳播速度： 超聲在水中的傳播速度－1530米/秒 超聲在空氣中傳播速度－344米/秒( 20°C ),,聲波在軟組織中的

2、傳播速度,聲波在軟組織中的速度取決于所通過(guò)的介質(zhì)的密度及硬度.其在骨骼,血液,軟骨的的傳播速度各不相同.在軟組織的平均速度是1540米/秒. 這個(gè)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)用來(lái)計(jì)算聲能量所走過(guò)的距離。,,安全、無(wú)輻射。適用于胎兒診斷。 設(shè)備可移動(dòng)，成本低。 實(shí)時(shí)成像 通過(guò)掃描角度變化，獲得更佳的圖像。 多普勒－檢測(cè)血流量信息。,,4.超聲診斷的優(yōu)點(diǎn),,,二、超聲原理,超聲頻率與波長(zhǎng)： λ＝C / fλ－超聲波波長(zhǎng)；C－

3、超聲波聲速 f －超聲波頻率。波長(zhǎng)：一個(gè)波的長(zhǎng)度。頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的周數(shù)（重復(fù)次數(shù)）,3. 超聲波的衰減：超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。高頻衰減大，低頻衰減小（穿透力強(qiáng)）,,三、超聲模式 在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。超聲圖像有以下幾種模式：,,3. M模式： M模式中的M表示運(yùn)動(dòng)，M模式通過(guò)B模式圖象來(lái)顯示一個(gè)光標(biāo)，然后

4、在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通常M模式用于檢測(cè)心臟及胎兒的心率。,,,,Transducer,,Transducer,,Transducer,,Transducer,,,,,,,,,,,,,,,,,Line 45 t1,Line 45 t2,Line 45 t3,Line 45 t4,,,,t 1 2 3 4 5 6 7...,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4

5、. D模式（多普勒模式）－（后面詳述）,,,四、探頭 用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來(lái)產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的部件，即換能器既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設(shè)備最重要的部分。,1. 結(jié)構(gòu)： 詳見右圖所示。 其中：壓電陶瓷－發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡－軸向 聚焦；背襯材料－防止產(chǎn)生超聲波反向振動(dòng)； 2. 壓電效應(yīng)：是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英) 在受到外界壓力后

6、，在其受壓端面產(chǎn)生電壓；在其 端面施加交變電信號(hào)時(shí)，其端面會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)， 發(fā)出聲波。3. 工作原理： 主機(jī)通過(guò)電纜在基元上施加電信號(hào)，使基元振動(dòng)，發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射作用在基元上，使基元兩端產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。,,五、超聲掃描方式1. 概述：超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。,2. 電子掃描方式 探頭的許多基元通過(guò)電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過(guò)延時(shí)

7、線對(duì)波束進(jìn)行聚焦。,－線陣－凸陣（含微型凸陣）－相控陣,,3、機(jī)械三維探頭： 馬達(dá)控制探頭基元偏轉(zhuǎn) （腹部、小器官、腔內(nèi)） 4、心臟三維探頭：,,六、超聲系統(tǒng),,七、名詞解釋,,2.寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。 寬頻帶探頭是實(shí)現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。變頻是一種新技術(shù)：改變同一個(gè)探頭的頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場(chǎng)，可以選用高頻率

8、；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場(chǎng)，可以切換到低頻率。,,4. 分辨率 分辨率是指對(duì)兩個(gè)靠近物體的識(shí)別能力，即對(duì)圖象的區(qū)分。軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。軸向分辨率由超聲波束的波長(zhǎng)所決定。一般來(lái)說(shuō)，軸向分辨率為波長(zhǎng)的2到4倍。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,軸向分辨率高低,側(cè)向分辨率高低,側(cè)向（橫向）分辨率：是

9、指對(duì)垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分的兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。側(cè)向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。,,灰度（對(duì)比度）分辨率：是指對(duì)兩個(gè)相似密度的物體的 識(shí)別能力。,,,,,,,,,灰度分辨率,幾何分辨率,平衡,幾何分辨率高－－灰度分辨率差,超聲偽像 聲像圖偽像（偽差，artifact）是指超聲顯示的斷層圖像與其相應(yīng)解剖斷面圖像之間存在的差異。這種差異表現(xiàn)為聲像圖中回聲信息特殊的增添

10、、減少或失真。 偽像（偽差）在聲像圖中十分常見。理論上講幾乎任何聲像圖上都存在一定的偽像（偽差）。而且，任何先進(jìn)的現(xiàn)代超聲診斷儀均無(wú)例外，只是偽像在聲像圖上表現(xiàn)的形式和程度上有差別而已。 識(shí)別超聲偽像是很重要的。一方面，可以避免偽像可能引起的誤診和漏診；另一方面，還可以利用某些特征的偽像幫助診斷，提高我們對(duì)于某些特殊病變成分或結(jié)構(gòu)的識(shí)別能力。我們不僅善于識(shí)別超聲偽像的種種表現(xiàn)，還有必要了解這些偽像產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)。

11、,,偽像,偽像是真實(shí)解剖中的假像。有許多原因包括：,儀器所用功能不當(dāng)，儀器操作不當(dāng)， 探頭放置不當(dāng)， 解剖原因所致,,,Johann Christian Doppler,1803---1853數(shù)學(xué)家現(xiàn)代天體物理學(xué)就是基于他1842年發(fā)現(xiàn)的著名的多普勒原理.,八、多普勒（Doppler）,多普勒概念,運(yùn)動(dòng)的物體與靜止的物體對(duì)觀察者來(lái)說(shuō)聽起來(lái)不一樣.,,,飛機(jī)不動(dòng),引擎的音調(diào)也不變.,觀察者聽起來(lái),引擎的音調(diào)變高深莫

12、測(cè)了.,觀察者聽起來(lái),引擎的音調(diào)變低了.,,,多普勒原理,,,當(dāng)聲波遇到紅細(xì)胞時(shí)，回聲信號(hào)與聲波頻率相同,,,,,,但當(dāng)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射信號(hào)將是較低頻的信號(hào)。,,,,當(dāng)紅細(xì)胞向另一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射信號(hào)將是較高頻的信號(hào)。,你可以認(rèn)為由于紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)拉伸或壓縮了聲波，從而改變了它的頻率。多普勒儀器測(cè)量這種改變以便能確定其速度。,,,,,多普勒技術(shù)在超聲診斷中非常有價(jià)值。主要用于檢測(cè)心臟、血管內(nèi)血液的流向，流速及流量。主要包括以

13、下三種：- 脈沖多普勒(PW)- 高脈沖重復(fù)頻率多普勒(HPRF) - 連續(xù)波多普勒 (CW).,脈沖多普勒模式 PW,脈沖多普勒:探頭發(fā)射出一組超聲波之后，在一選擇性的時(shí)間后開始接受回聲信號(hào)，并利用其頻移信號(hào)成分組成灰階頻譜。,關(guān)鍵詞取樣容積（SV）：三維立體的取樣體積，調(diào)節(jié)范圍在1-16mm,優(yōu)點(diǎn)：定位準(zhǔn)確,缺點(diǎn)：受脈沖重復(fù)頻率的限制，測(cè)量速度受限，小于3m/s。大于3m/s的速度出現(xiàn)頻率失真。,,脈沖重復(fù)

14、頻率（PRF）：每秒發(fā)射脈沖群的次數(shù)（PRF=1/Td）,頻率失真：脈沖重復(fù)頻率（PRF）的1/2是尼奎斯特極限，如果多普勒頻移超過(guò)這個(gè)極限，脈沖多普勒所檢測(cè)出頻率改變就會(huì)出現(xiàn)大小和方向的偽差,頻率失真,,連續(xù)多普勒模式 CW,連續(xù)多普勒：探頭連續(xù)地發(fā)射和接收脈沖波。多普勒超聲束內(nèi)所有的回聲信號(hào)均被記錄下來(lái)。,缺點(diǎn)：定位不準(zhǔn)確,關(guān)鍵詞：高速血流,優(yōu)點(diǎn)： 可以測(cè)量高速血流，現(xiàn)在最高15m/s。 對(duì)于定量分析心血管系

15、統(tǒng)中的狹窄、 返流和分流性病變，是一個(gè)非常重 要的優(yōu)點(diǎn),,高脈沖重復(fù)頻率多普勒 HPRF,,高脈沖重復(fù)頻率多普勒：介于脈沖多普勒和連續(xù)多普勒之間的一種技術(shù),是脈沖多普勒基礎(chǔ)上的改進(jìn).探頭在發(fā)射一組超聲脈沖波之后,不等取樣部位的回聲信號(hào)返回探頭又發(fā)射出新的超聲脈沖波,在一個(gè)選擇性的時(shí)間接受多個(gè)回聲信號(hào)，并利用其頻移信號(hào)成分組成灰階頻譜。,特點(diǎn)：定位沒有PW準(zhǔn)確，測(cè)量速度比PW高測(cè)量速度沒有CW高，定位比C

16、W準(zhǔn)確,,,彩色血流成像：將多普勒頻移信號(hào),進(jìn)行彩色編碼疊加在二維聲像圖上，實(shí)時(shí)顯示彩色血流。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū)域內(nèi)血液流量的平均值。特點(diǎn)：1、紅藍(lán)兩種顏色代表血流方向。通常，紅色表示迎向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離向探頭血流方向。2、色調(diào)代表血流的速度的大小。流速越高，色調(diào)越高即色彩越亮；流速越低，色調(diào)越低即色彩越暗。,,彩色多普勒 CFM,缺點(diǎn)：當(dāng)頻移超過(guò)尼奎斯特極限時(shí)，頻率失真，出現(xiàn)彩色逆轉(zhuǎn)，紅藍(lán)倒置。,尼奎斯特極

17、限=脈沖重復(fù)頻率（PRF）的1/2,,能量多普勒（PDI）,能量多普勒：對(duì)多普勒信號(hào)的能量大小進(jìn)行彩色編碼，不受角度的限制，有效的觀察臟器的灌注情況，提高對(duì)低速血流敏感性,解剖定性診斷,解剖定性診斷,實(shí)時(shí)自動(dòng)軌跡包絡(luò)測(cè)量,g,,Artery CFM,Abdominal portal vessels,Liver,腎臟血流圖,Fetal lung & liver – CRI,Fetal Kidney with CRI腎臟

18、,Fetal aortic arch – High harmonics主動(dòng)脈弓,Fetal aortic arch CFM 主動(dòng)脈弓,Cord Doppler w/ measurements,Circle of Willis-大腦動(dòng)脈,,Fetal carotids-頸動(dòng)脈,CFM – Finger—指端 能量圖,我們追求什么? * 圖象的品質(zhì)----優(yōu)異的圖象質(zhì)量

19、 * 提高診斷的功能---和臨床相結(jié)合的新技術(shù)功能 * 操作方便性----人體工程學(xué)設(shè)計(jì),GE 超聲,,您的建議永遠(yuǎn)是我們突破的源動(dòng)力,,,,,,3. 多普勒波的含義多普勒波包括以下含義(數(shù)據(jù))－速度－速度范圍（寬度）－血流量大小－血流方向,,,,,,一個(gè)心跳周期,,,寬的速度范圍,逆流,,時(shí)間,基準(zhǔn)線,,,慢,快,快,,,迎向,背向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,最

20、高峰,,收縮,舒張,舒張結(jié)束,,,4.彩色血流成像（彩色多普勒） 彩色血流成像（CFM）是在二維聲像圖上疊加彩色實(shí)時(shí)血流顯像。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū)域內(nèi)血液流量的平均值。不同的顏色代表血液流量的速度及檢測(cè)方式的不同。通常，紅色表示迎向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離向探頭血流方向。,,,,,,,,,一個(gè)心跳周期,,,寬的速度范圍,逆流,,時(shí)間,基準(zhǔn)線,,,慢,快,快,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,