超聲技術(shù)原理

1、為什么要學(xué)習(xí)基超聲原理,基礎(chǔ)原理是否重要？,幫助你更好的了解超聲，知己知彼；,超聲設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，發(fā)展迅速；,使你更專業(yè)、增加信任度；,,,,,國際超聲發(fā)展史,1880年，法國人發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)；1917年，法國人應(yīng)用壓電原理進(jìn)行超聲探測，1921年發(fā)展成聲納。1942年，奧地利人使用A型超聲裝置，用穿透法探測顱腦.1952年，美國人開始研究超聲顯像法，并于1954年將B超應(yīng)用于臨床。1954年，瑞典人用M型檢查心臟。1956年，日

2、本人首先將多普勒效應(yīng)原理應(yīng)用于超聲診斷，利用連續(xù)波多普勒法判斷心臟瓣膜病。1959年，研制出脈沖多普勒超聲。1983年，日本Aloka公司首先研制成功彩色血流圖1990年，奧地利Kretz公司制成3D掃描器，并使之商品化。,,1. 概念：超聲波是一種機(jī)械振動，可以通過介質(zhì)進(jìn)行傳播。,2. 聲音頻譜,超聲基本原理,超聲基本原理,超聲波是機(jī)械波，必須在介質(zhì)中傳播在不同密度的介質(zhì)分界面上，聲波將發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、散射等現(xiàn)

3、象隨著超聲的傳播，超聲信號強(qiáng)度不斷衰減超聲在密度越高的介質(zhì)中傳播越快，在空氣中迅速衰減,,,,空氣,液體,固體,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,超聲基本原理,超聲頻率與波長： λ＝C / f λ－超聲波波長 C －超聲波聲速 f －超聲波頻率波長：一個波的長度頻率：單位時(shí)

4、間內(nèi)的周數(shù)（重復(fù)次數(shù)）,超聲基本原理,人是不均勻介質(zhì)除骨骼和空氣以外，聲速相差不大,,超聲設(shè)備工作基本原理,,探頭,,,,,,,,,,,,,顯示,,超聲設(shè)備的構(gòu)成,探頭（換能器）：發(fā)射和接收超聲波電/聲轉(zhuǎn)換主機(jī)：聲束形成信號處理圖像處理存儲和傳輸顯示器外圍設(shè)備打印機(jī)、錄相機(jī)等,,,超聲設(shè)備關(guān)注點(diǎn),探頭（換能器）種類、用途參數(shù)：頻率、振元數(shù)等其他：材料、新技術(shù)等主機(jī)功能外形、超作面板、探頭接口等顯示器

5、種類、大小、調(diào)節(jié)等外圍設(shè)備,,傳統(tǒng)超聲成像的步驟,單軸聲束的聲照射入人體聲束的掃查人體組織對入射超聲的反應(yīng)－回聲回聲的放大與前處理數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（DSC）顯示和記錄,超聲系統(tǒng)成像步驟,超聲探頭種類,線陣（血管、小器官）凸陣（腹部、婦產(chǎn)科）相控陣扇掃（心臟）經(jīng)食管探頭(TEE)腔內(nèi)探頭（婦產(chǎn)、泌尿）容積探頭（三維成像）導(dǎo)管超聲（心臟）,概述：超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種掃描方式。,電子掃描方式 探頭的許多基元通

6、過電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過延時(shí)線對波束進(jìn)行聚焦。,電子掃描方式機(jī)械掃描方式 特殊方式－線陣－機(jī)械扇掃－斜向掃描－凸陣（含微型凸陣）－徑向掃描－梯形掃描－相控陣－擴(kuò)大掃描－向量掃描,超聲探頭掃描方式,相控陣方式是通過連續(xù)變換延時(shí)線來得到產(chǎn)生 超聲波束的不同角度偏轉(zhuǎn)主要用于心臟掃查,相控陣掃描,不同掃查模式形成的聲像圖,頻率與分辨率和穿透力,一般成像的頻率范圍：心臟：成人

7、 2 ~ 4 MHz 兒科：3 ~ 8 MHz 新生兒：4 ~ 10 MHz腹部：成人 2 ~ 4 MHz 兒科：4 ~ 8 MHz 新生兒：4 ~ 10 MHz外周血管：5 ~ 10 MHz小器官：7 ~ 12 MHz腔內(nèi)：4 ~ 9 MHz經(jīng)食管：成人 3 ~ 7 MHz 兒科：4 ~ 8 MHz,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)）,超聲

8、成像模式,成像模式：A型（Amplitude modulation）M 型（Time-motion mode）B 型（Brightness modulation）彩色多普勒（Color Doppler）能量多普勒（Power Doppler）頻譜多普勒（Spectral Doppler）,最早的工作方式：A型,A模式：是一種振幅的模式。它在顯示器上形成垂直偏轉(zhuǎn)的波形圖。,最早的工作方式：A型,工作方式：M型,M模式中的M表

9、示運(yùn)動，M模式通過B模式圖象來顯示一個光標(biāo)，然后在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動狀態(tài)。通常M模式用于檢測心臟及胎兒的心率。,皮膚,探頭,時(shí)間軸,深度,工作方式：M型,工作方式：B型,Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 8,B模式：是一種輝度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成 的直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收到回聲的振幅。通過連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，

10、這就是實(shí)時(shí)B模式。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,換能器,監(jiān)視器,,,,,,,,,,,,,,,,,,Line 1 2 3 4 5 6 7 8,,,工作方式：B型,二維灰階成像,正頻移,負(fù)頻移,多普勒效應(yīng)（Doppler）,超聲在探測移動的目標(biāo)時(shí)，其回聲的頻率會發(fā)生變化利用多普勒效應(yīng)可檢測物體有無運(yùn)動，及運(yùn)動的方向和速度比如檢查有無血流、血流的方向和速度，以及心肌運(yùn)動

11、,彩色多普勒成像,彩色多普勒速度圖 （CDV）Color Doppler Velocity通過信號的自相關(guān)運(yùn)算獲得速度、加速度、方差等信息 彩色編碼血流的方向朝向探頭的為紅色背離探頭的為藍(lán)色受角度影響、受其他運(yùn)動影 響、易混迭、,彩色多普勒速度圖,彩色多普勒能量圖（CDE）Color Doppler Energy利用反射回來的多普勒信號中的振幅（能量）彩色多普勒能量圖顯示的不是速度參數(shù)，而是與血液散射量

12、相關(guān)的能量信號。,彩色多普勒能量圖,彩色多普勒能量圖,? 有速度? 有方向? 敏感度低? 易混迭、偽像? 角度依賴性,? 無速度? 無方向? 敏感度高? 無混迭? 角度非依賴性,彩色多普勒速度圖,,0.41 cm/s,0.41 cm/s,0.41 MHz,彩色多普勒能量圖,速度圖與能量圖的區(qū)別,多普勒血流測量,,,,,,,,,,皮膚,血管,,,,,,,,,,fd = 多普勒頻移 F0

13、= 探頭發(fā)射的多普勒頻率 V = 血流的速度 C = 聲波的速度（1540 米/秒） q = 聲束和血流方向之間的夾角,,,,,彩色多普勒成像可定性的觀測血流走行、速度快慢以及方向 等信息,但無法定量的獲得血流的速度等重要生理參數(shù),,2cos? ? f。,C ? Δ f,V(cm/s)=,,,,,V,?,血流,V (cm/s): 血流速度C (cm/s): 聲速(1530m/s),? (度):

14、血流與超聲波束之間的夾角,Δ f(Hz): 多普勒頻移,f 。(Hz): 超聲頻率,,超聲波束,血管,,頻譜多普勒的角度依賴,頻譜多普勒,,,,,多普勒波包括以下數(shù)據(jù):－速度－速度范圍（寬度）－血流量大小－血流方向,,,,,,一個心跳周期,,,寬的速度范圍,逆流,,時(shí)間,基準(zhǔn)線,,,慢,快,快,,,迎向,背向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,最高峰,,收縮,舒張,舒張結(jié)束,,多普勒頻譜的含義,脈沖波多普勒和連續(xù)多普勒,連續(xù)

15、波多普勒(CW)Continuous Wave 發(fā)射與接收是各自分開的兩個晶片沿著整個聲束的長度監(jiān)聽返回的信號，無距離分辨測高血流速度不會有混疊現(xiàn)象，最大量程約 15 ~ 20 m/s,,,,,,,皮膚,血管,,,,,,,,,,,,,,,,,皮膚,血管,,,,,,,,,,,,,,,,,,單晶片,雙晶片,脈沖波多普勒（PW） Pulse Wav發(fā)射和接收是同一個晶片卓越的距離分辨率 (Range Resoluti

16、on) 流速測量上限值受奈奎斯特頻率限制脈沖重復(fù)頻率（PRF）決定流速的測量范圍，極限約 5 ~ 7m/s,脈沖波與連續(xù)波,PW,CW,名詞解釋－分辨率,分辨率是指對兩個靠近物體的識別能力，即對圖象的區(qū)分,,側(cè)向（橫向）分辨率：是指對垂直于超聲波束軸方向上可區(qū)分 的兩個點(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（探頭的晶片數(shù)量及種類有關(guān)）,名詞解釋－分辨率,軸向（縱向）分辨率： 是指沿超聲波

17、束軸方向上可區(qū)分的兩個 點(diǎn)目標(biāo)的最小距離 軸向分辨率由超聲波束的波長所決定 一般來說，軸向分辨率為波長的2到4倍,灰度（對比度）分辨率：是指對兩個相似密度的物體的識別能力識別相似密度組織之間細(xì)微差別的能力，看到細(xì)微的差別描述256灰階的不同灰階圖用于組織結(jié)構(gòu)的對比分辨,,名詞解釋－分辨率,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,時(shí)間分辨率：捕獲相鄰兩個時(shí)相運(yùn)動變化的能力在超聲設(shè)備上表現(xiàn)為幀頻的高低幀頻：

18、幀頻是指單位時(shí)間內(nèi)獲得圖象的幀數(shù)高幀頻可以捕捉細(xì)微的運(yùn)動變化信息高幀頻對高速運(yùn)動的臟器掃查非常重要,物體移動軌跡,低幀頻捕捉,高幀頻捕捉,名詞解釋－分辨率,諧波成像－組織諧波成像,,,,,,,,,,,,,,非線性諧波： 諧波的形成是非線性的，它隨傳導(dǎo)的深度而逐漸積累加強(qiáng)，而 后因衰減而減弱。,,,,,信號強(qiáng)度,深度,基波,諧波,,,混響反射： 發(fā)生在超聲波所經(jīng)過的路徑上遇到兩個或多個回聲介面

19、時(shí)。如聲束在組織間來回往返，從而在圖像上顯示為多條帶狀噪聲。,優(yōu)點(diǎn)： 消除近場偽像和噪聲干擾 提高穿透力、提高對比分辨率 臨床上對成像困難的病人，可明顯改善二維圖像質(zhì)量，增強(qiáng)心內(nèi)膜、腫塊等邊界顯示,組織諧波成像,脈沖反相諧波技術(shù),正相,負(fù)相,,無信號,合成,諧波成像－造影劑諧波成像,造影劑諧波：利用超聲在造影劑微泡表面反射時(shí)的二次諧波信號進(jìn)行成像微泡在超聲照射下產(chǎn)生的非線性諧波能量，明顯強(qiáng)于組織產(chǎn)生的諧波能量 目的：增強(qiáng)多