醫(yī)學(xué)課件 1 第二章 超的基本原理與性能指標(biāo) 醫(yī)學(xué)課件 2 2 1超聲診斷儀的一般介紹 超聲成像技術(shù)概述 超聲成像技術(shù)適用的人體區(qū)域 醫(yī)學(xué)課件 3 臨床超聲波診斷技術(shù) 基于回波掃描的技術(shù) 基于多普勒效應(yīng)的技術(shù) 基于透射法的技術(shù) 醫(yī)學(xué)課件 4 超聲回波一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射波和小粒子的散射波兩種成分 反射回波 超聲成像的位置信息 超聲反射成像機(jī)制 散射回波 被測(cè)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息 散射波場(chǎng) 醫(yī)學(xué)課件 5 超聲診斷成像的基本原理1 基于幾個(gè)假定為前提 人體中近似成立 聲束在介質(zhì)中沿直線傳播 在各種介質(zhì)中聲速均勻一致 各種介質(zhì)中介質(zhì)對(duì)超聲波的吸收系數(shù)均勻一致 醫(yī)學(xué)課件 6 2 脈沖回波測(cè)距的理論基礎(chǔ) 回波的強(qiáng)度則反映界面的性質(zhì) 回波信號(hào)的時(shí)間反映了界面的位置 根據(jù)不同界面的回波時(shí)間t可以計(jì)算出各個(gè)界面與換能器之間的距離l 醫(yī)學(xué)課件 7 3 超聲診斷儀器的功能模塊 醫(yī)學(xué)課件 8 超聲診斷儀的分類 按圖像信息的獲取方法分類反射法超聲診斷儀多普勒法超聲診斷儀透射法超聲診斷儀 醫(yī)學(xué)課件 9 按圖像信息顯示的成像方法分類A型 AmplitudeModulation M型 Motion time 廣義B型 BrightnessModulation B型 P型 BP型 C型 F型 超聲全息 醫(yī)學(xué)課件 10 按超聲波束的掃描方式分類低速 手動(dòng) 掃描高速機(jī)械線性掃描高速機(jī)械扇形掃描高速電子線性掃描高速電子扇形 相控陣 掃描 醫(yī)學(xué)課件 11 A型超聲診斷儀幅度調(diào)制 Amplitudemodulation 醫(yī)學(xué)課件 12 1 診斷基礎(chǔ)人體臟器 組織其正常與異常的物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同 形成相應(yīng)的超聲界面 這些界面會(huì)對(duì)超聲產(chǎn)生規(guī)律的反射回波 2 工作原理脈沖回波理論 醫(yī)學(xué)課件 13 3 顯示方式橫坐標(biāo)為時(shí)間軸 代表被探測(cè)物體的深度 縱坐標(biāo)代表回波脈沖的幅度 醫(yī)學(xué)課件 14 4 臨床應(yīng)用適用于醫(yī)學(xué)各科的檢查 其中應(yīng)用最多的是對(duì)肝 膽 脾 眼 腎 子宮等的探測(cè) 5 缺點(diǎn)只能反映局部組織的回波信息 診斷的準(zhǔn)確性與操作醫(yī)師的識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大 醫(yī)學(xué)課件 15 M型超聲診斷儀輝度調(diào)制 時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示 Motion Time 醫(yī)學(xué)課件 16 1 診斷基礎(chǔ)探頭位置固定 臟器有規(guī)律的收縮和舒張 臟器各層組織和探頭的距離便產(chǎn)生節(jié)律性的改變 隨著水平方向的時(shí)間慢掃描 便把心臟各層組織的回聲展開成曲線 醫(yī)學(xué)課件 17 2 顯示方式反射回波的幅度 通過輝度調(diào)制 用亮點(diǎn)的形式 縱坐標(biāo)代表發(fā)射界面的深度 橫坐標(biāo)代表掃描時(shí)間信號(hào) A modedisplay Time motiondisplay 醫(yī)學(xué)課件 18 3 工作原理與A超比較 有三個(gè)方面的特點(diǎn) 深度掃描信號(hào)加在y軸偏轉(zhuǎn)板上 回波信號(hào)距頂部的距離表示被探查的組織界面的深度 輝度調(diào)制 亮點(diǎn)的強(qiáng)弱代表回波信號(hào)的幅度 增加一個(gè)時(shí)間掃描信號(hào)發(fā)生器 它產(chǎn)生的信號(hào)加在x偏轉(zhuǎn)板上 醫(yī)學(xué)課件 19 4 臨床應(yīng)用適用于人體中的運(yùn)動(dòng)臟器 如心臟 胎兒胎心 動(dòng)脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢(shì) 并可進(jìn)行多種心功能參數(shù)的測(cè)量 如心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)速度 加速度等 5 缺點(diǎn)不能獲得解剖圖像 不適用于靜態(tài)臟器 醫(yī)學(xué)課件 20 為了獲得人體組織和臟器解剖影像 繼A型超聲診斷儀應(yīng)用于臨床之后 B型 P型 BP型 C型和F型超聲成像儀又先后問世 由于它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體組織和臟器的斷層顯示 通常將這類儀器稱為超聲斷層掃描診斷儀 醫(yī)學(xué)課件 21 B型超聲診斷儀輝度調(diào)制 Brightnessmodulation 醫(yī)學(xué)課件 22 1 診斷基礎(chǔ)可以得到解剖圖分析 外形邊界回聲 內(nèi)部回聲 后方回聲比鄰關(guān)系活動(dòng)度 活動(dòng)規(guī)律硬度 排空功能 醫(yī)學(xué)課件 23 2 顯示方式二維圖像 輝度調(diào)制方式顯示反射回波的幅度 橫坐標(biāo)代表探頭掃描的距離 縱坐標(biāo)代表產(chǎn)生回波界面的深度 醫(yī)學(xué)課件 24 3 工作原理應(yīng)用回聲原理 探頭發(fā)射的聲束必須進(jìn)行掃查 逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波 以得到人體切面聲像圖 醫(yī)學(xué)課件 25 4 掃描方式線掃探頭發(fā)射的超聲束在水平方向上以快速電子掃描的方法 逐次獲得不同位置的深度方向所有界面的反射回波 得到由超聲聲束掃描方向決定的垂直平面二維斷層圖像 醫(yī)學(xué)課件 26 扇掃改變探頭的角度使超聲束指向方位快速變化 獲得被探測(cè)方向不同深度所有界面的反射回波 得到一副由探頭擺動(dòng)方向決定的垂直扇面二維超聲斷層圖像 醫(yī)學(xué)課件 27 5 臨床應(yīng)用適用于觀察腹部臟器 如肝 膽 脾 腎 子宮的檢查 扇掃斷層B超尤為適用于對(duì)心臟的檢查 也可以對(duì)運(yùn)動(dòng)臟器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示 醫(yī)學(xué)課件 28 P型超聲診斷儀輝度調(diào)制 平面目標(biāo)顯示 PPI planepositionindication 可視為一種特殊的B型顯示 1 特點(diǎn)探頭發(fā)射的超聲波束采用圓周掃描方式進(jìn)行探查 醫(yī)學(xué)課件 29 2 工作原理 換能器作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)顯示器上的光點(diǎn)從屏中心向屏周圍作徑向掃描 徑向掃描線逐次改變方向 與換能器同步地作旋轉(zhuǎn) 醫(yī)學(xué)課件 30 3 顯示方式 4 臨床應(yīng)用適用于探頭插入體腔內(nèi)的檢查 如 對(duì)肛門 直腸內(nèi)腫瘤 食道癌及子宮頸癌的檢查 亦可用于對(duì)尿道 膀胱的檢查 醫(yī)學(xué)課件 31 醫(yī)學(xué)課件 32 C型超聲診斷儀輝度調(diào)制特定深度掃描 Constantdepthscope 1 特點(diǎn)顯示的是某一深度上的一個(gè)切面圖像 醫(yī)學(xué)課件 33 2 顯示方式橫坐標(biāo) 縱坐標(biāo)代表平面的x y軸方向的長(zhǎng)度 深度信息在圖像中不表現(xiàn) 醫(yī)學(xué)課件 34 3 工作原理掃描設(shè)計(jì) 水平x方向上采用同B超一樣的電子掃描 水平y(tǒng)方向上通過機(jī)械的方法移動(dòng)探頭 醫(yī)學(xué)課件 35 距離控制 通過調(diào)整距離選擇開關(guān)的開通時(shí)間 來控制同一深度的回波信號(hào)被接收顯示 3 F型顯示方式原理同C型 距離選擇開關(guān)的開通時(shí)間不是一個(gè)常數(shù) 而是一個(gè)線性變量或者為一非線性函數(shù) 則獲得的深度切面圖在z方向?yàn)橐恍泵婊驗(yàn)橐磺媛曄駡D 醫(yī)學(xué)課件 36 C和F型顯示 可觀察腫瘤的擴(kuò)大范圍 特別是F型的顯示 可從三維角度去觀察體內(nèi)組織及病變情況 4 臨床應(yīng)用 醫(yī)學(xué)課件 37 2 2B型超聲診斷儀 理解B超的工作原理 關(guān)鍵是各種超聲掃描制式 掃描制式聲束掠過某剖面的過程稱為掃描 醫(yī)學(xué)課件 38 B超的分類 醫(yī)學(xué)課件 39 1 簡(jiǎn)單掃描制式 線掃b 扇掃 醫(yī)學(xué)課件 40 c 弧形掃d 徑向掃 醫(yī)學(xué)課件 41 2 機(jī)械掃描和電子掃描 機(jī)械掃描借助電機(jī)帶動(dòng)換能器擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn) 同時(shí)位置感測(cè)器連續(xù)的檢測(cè)換能器的瞬時(shí)取向 并產(chǎn)生位置信號(hào) 使顯示器的掃描線有相應(yīng)的取向 醫(yī)學(xué)課件 42 電子掃描用電子方式控制多元換能器陣實(shí)現(xiàn)掃查 電子線掃 linearscan 相控陣扇形掃描 phasedscan 醫(yī)學(xué)課件 43 診斷用B型超聲波探頭 醫(yī)學(xué)課件 44 2 2 1手動(dòng)式B型超聲診斷儀 手持探頭運(yùn)動(dòng) 位置檢測(cè)器 位置電壓控制顯示 醫(yī)學(xué)課件 45 1 位置信號(hào)系統(tǒng) 機(jī)械結(jié)構(gòu) 雙聯(lián)臂結(jié)構(gòu) 井字結(jié)構(gòu) 位置調(diào)準(zhǔn)電路 由電位器組完成 隨著換能器位置的改變 電位器組的阻值隨之變化 產(chǎn)生相應(yīng)電壓信號(hào) 醫(yī)學(xué)課件 46 2 特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 掃描范圍大 線數(shù)高 圖像輪廓清晰等 缺點(diǎn) 手動(dòng)控制波束掃描 成像速度低 一般需數(shù)十秒 3 臨床應(yīng)用適用于掃描靜止臟器 常用于腹部 婦產(chǎn)科和眼科等方面的檢查 醫(yī)學(xué)課件 47 2 2 2高速機(jī)械扇形掃描B超 1 特點(diǎn)超聲波束以扇形方式掃查 不受透聲窗口的限制而保持較大的掃查范圍 2 方法 擺動(dòng)式扇掃B超儀 旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀 醫(yī)學(xué)課件 48 擺動(dòng)式扇掃B超儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 只需一個(gè)晶片與一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 但它的視場(chǎng)有限 結(jié)構(gòu) 殼體 擺動(dòng)激勵(lì)電機(jī) 支點(diǎn) 換能器 扇形齒輪 醫(yī)學(xué)課件 49 機(jī)械扇掃B超儀原理框圖 醫(yī)學(xué)課件 50 簡(jiǎn)單計(jì)算 脈沖重復(fù)頻率每幀掃描線幀頻擺動(dòng)次數(shù) 關(guān)系 例 脈沖重復(fù)頻率4kHz 幀頻20幀 秒 則每幀掃描線為多少 擺動(dòng)次數(shù)為多少 200根 20次 秒 醫(yī)學(xué)課件 51 旋轉(zhuǎn)式扇掃B超儀結(jié)構(gòu) 根據(jù)要求簡(jiǎn)單計(jì)算轉(zhuǎn)速 醫(yī)學(xué)課件 52 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 體積小 馬達(dá)單方向旋轉(zhuǎn) 掃描均勻 噪音和振動(dòng)都很小 其壽命遠(yuǎn)較擺動(dòng)式長(zhǎng) 缺點(diǎn) 所用晶片的一致性要求高 醫(yī)學(xué)課件 53 2 2 3高速電子線掃B超線陣 將許多聲學(xué)上相互獨(dú)立的壓電振子成一線排列 電子線掃 用電子開關(guān)切換接入發(fā)射 接收電路的振子 使之分時(shí)組合輪流工作 組合是探頭的一側(cè)向另一側(cè)順序進(jìn)行的且每次僅有接入電路的振元組被激勵(lì) 產(chǎn)生合成超聲波束發(fā)射并接收 醫(yī)學(xué)課件 54 1 電子線掃B超的原理 醫(yī)學(xué)課件 55 2 電子開關(guān)控制掃描方式控制探頭中振子投入工作的次序和方式 直接影響到掃描的線數(shù) 常規(guī)掃描 隔行掃描 飛越掃描 半間距掃描 變孔徑掃描 微角掃描 波束掃描制式 醫(yī)學(xué)課件 56 常規(guī)掃描 醫(yī)學(xué)課件 57 半間距掃描 醫(yī)學(xué)課件 58 微角掃描 掃描方向 A1A2B1B2 醫(yī)學(xué)課件 59 2 2 4高速電子扇掃B超 相控陣 采用多陣元換能器并對(duì)所有振元的激勵(lì)脈沖進(jìn)行相位控制 實(shí)現(xiàn)合成波束的扇形掃描 聲束很容易通過小窗口透入人體內(nèi) 醫(yī)學(xué)課件 60 1 相控陣掃描原理 同相激勵(lì) 醫(yī)學(xué)課件 61 相控發(fā)射波束 正偏 醫(yī)學(xué)課件 62 相控發(fā)射波束 反偏 醫(yī)學(xué)課件 63 延時(shí)等時(shí)間差 波束偏轉(zhuǎn)角d 振元間的距離c 聲速 取1540米 秒 2 延時(shí)與偏向角的關(guān)系 醫(yī)學(xué)課件 64 3 儀器組成與工作原理 偏向角參數(shù)發(fā)生器 相控信號(hào)發(fā)生器 發(fā)送聚焦 激勵(lì)單元 醫(yī)學(xué)課件 65 電子聚焦相控陣中的波束偏轉(zhuǎn)與波束聚焦結(jié)合使用 就可以獲得既偏轉(zhuǎn)又聚焦的波束 醫(yī)學(xué)課件 66 4 電子扇掃與機(jī)械扇掃的比較 醫(yī)學(xué)課件 67 2 3B超的性能指標(biāo) 參數(shù)分類 技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)者 開發(fā)者必須了解的一類參數(shù) 使用參數(shù)使用者 選購者必須了解的一類參數(shù) 醫(yī)學(xué)課件 68 技術(shù)參數(shù) 1 超聲工作頻率 Frequency 實(shí)際輻射超聲波的頻率 頻率的選擇 橫向分辨力 探測(cè)深度 B超儀器的工作頻率在0 5 15MHz 醫(yī)學(xué)課件 69 2 脈沖持續(xù)時(shí)間 Pulsewidth 探頭受電激勵(lì)后產(chǎn)生超聲振動(dòng)的時(shí)間 醫(yī)學(xué)課件 70 影響縱向分辨力脈沖寬度大 縱向分辨力降低 醫(yī)學(xué)課件 71 影響近距離回波的分辨 為相鄰回波的最小可辨距離 它與發(fā)射脈沖持續(xù)時(shí)間及聲速有關(guān) 持續(xù)時(shí)間 聲速 最小可辨距離 分辨力 醫(yī)學(xué)課件 72 影響脈沖持續(xù)時(shí)間的因素 超聲工作頻率探頭阻尼特性激勵(lì)脈沖寬度 B超發(fā)射脈沖寬度小于0 2us 醫(yī)學(xué)課件 73 3 脈沖重復(fù)頻率 Pulserepetitionfrequency PRF 每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù) 決定最大探測(cè)距離 fc 為脈沖重復(fù)頻率 醫(yī)學(xué)課件 74 影響因素最大探測(cè)距離幀頻線密度 B超脈沖重復(fù)頻率通常在2k 4kHz之間 醫(yī)學(xué)課件 75 4 分辨力成像系統(tǒng)分辨空間尺度的能力 用兩回聲點(diǎn)之間的最小可辨距離表示 縱向分辨力 軸線分辨力 距離分辨力 橫向分辨力 醫(yī)學(xué)課件 76 縱向分辨力受哪些因素的影響 發(fā)射超聲頻率聲波的縱向分辨力極限為聲波的半波長(zhǎng) 脈沖持續(xù)時(shí)間脈沖持續(xù)時(shí)間越短 縱向分辨力越高 醫(yī)學(xué)課件 77 橫向分辨力受哪些因素的影響 聲束的寬度 橫向分辨力的計(jì)算 目前利用聚焦聲束 橫向分辨力可達(dá)2mm以下 聯(lián)系半擴(kuò)散角表達(dá)式P13式1 30 醫(yī)學(xué)課件 78 顯示器性能顯示器掃描線寬度是橫向分辨力的上限 而掃描線受聲速和光點(diǎn)的大小的限制 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍 醫(yī)學(xué)課件 79 5 探測(cè)深度儀器發(fā)射的超聲波束可穿透并能顯示回聲圖像的被測(cè)介質(zhì)的深度 受哪些因素的影響 接收系統(tǒng)的靈敏度及動(dòng)態(tài)范圍 工作頻率 發(fā)射功率的影響 醫(yī)學(xué)課件 80 6 灰階級(jí)接收機(jī)顯示器輝度顯示能力 灰階級(jí)越高 顯示回聲圖像的層次感強(qiáng) 圖像的清晰度越高 灰階處理 壓縮無用灰度級(jí)信息 保留并擴(kuò)展具有診斷意義的微小灰度差別 使圖像質(zhì)量得到改善 醫(yī)學(xué)課件 81 7 聚焦方式探頭發(fā)射和接收的波束采用何種方法聚焦 聲學(xué)聚焦電子聚焦多點(diǎn)動(dòng)態(tài)聚焦混合聚焦方式 醫(yī)學(xué)課件 82 8 圖像幀頻成像系統(tǒng)每秒鐘內(nèi)可成像的幀數(shù) 概念 靜態(tài)或慢速成像系統(tǒng)準(zhǔn)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)高速成像系統(tǒng) 幀頻升高使圖像質(zhì)量降低 醫(yī)學(xué)課件 83 9 動(dòng)態(tài)范圍保證回聲既不被噪聲淹沒也不飽和的前提下 允許儀器接收回波信號(hào)幅度的變化范圍 動(dòng)態(tài)范圍受顯像管特性的限制 通常不能太大 一般儀器在40 60dB 醫(yī)學(xué)課件 84 10 時(shí)間增益控制 TGC 接收機(jī)的近場(chǎng)增益適當(dāng)小 遠(yuǎn)場(chǎng)增益適當(dāng)大 一般超聲儀器給出的TGC參數(shù)為 近場(chǎng) 80 10dB遠(yuǎn)場(chǎng) 0 5dB 醫(yī)學(xué)課件 85 使用參數(shù) 1 掃描方式 2 探頭規(guī)格 3 顯示方式與顯示范圍 4 電子放大與倍率 5 注釋功能 6 測(cè)量功能 7 記錄方式 醫(yī)學(xué)課件 86 spc 2000b超聲診斷儀