医学图像技术---超声成像课件

2019/8/16超声成像MedicalImagingTechnology2019/8/16MedicalImagingTechnology超声物理超声波的基本概念超声波在介质中的传播特性多普勒效应超声换能器超声场血流动力学效应2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的基本概念声音实质是机械振动在媒质中的传播2019/8/16MedicalImagingTechnology纵波2019/8/161830年法国Savart,音调极限实验，24000赫兹自然界存在听不到的声音MedicalImagingTechnology2019/8/16蝙蝠选择超声的理由A.声波在一定范围内，频率越高，反射越大；B.对于同样大小的声源，发射声波的频率越高，声波的方向性就越好；C.对于同样大小的反射体，同样大小的波长，声波的强度越大，回波越强。MedicalImagingTechnology2019/8/16MedicalImagingTechnology超声次声振动频率20,000Hz的声波——超声波(Ultrasonic)振动频率20Hz的声波——次声波医用频率2.5—13MHz(常用2.5—5MHz)什么是超声？2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的基本概念频率(f):声波每秒振动次数，Hz。波长(λ):声波在一个振动周期内所通过的距离，mm声速(C):声波在介质中每秒传播的距离，m/sＣ=f×λλC（m/s）人体软组织超声声速平均为1540m/s2019/8/16MedicalImagingTechnology脉冲波脉冲宽度脉冲重复周期脉冲重复频率间歇期占空因子峰值功率平均功率2019/8/16MedicalImagingTechnology声速超声波传播的速度与所经过的介质有关。在致密性介质中传播快，在可压缩介质中传播慢，如在软组织为1500m/s,在骨中为3400m/s,在空气中为330m/s.在不同的介质中传播时频率不变。2019/8/16MedicalImagingTechnology声压和声强声压:mPAcw声强:220.5IAwcA:声振动幅值ρ：介质密度c：波速ω：声波圆频率2019/8/16MedicalImagingTechnology声阻抗介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积称声阻抗。声阻抗值一般为固体液气体。czs瑞利，Rayleigh2019/8/16MedicalImagingTechnology超声物理超声波的基本概念超声波在介质中的传播特性多普勒效应超声波的发生与接收－压电效应超声场血流动力学效应2019/8/16超声波的反射与折射超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射或散射与绕射。MedicalImagingTechnology2019/8/16超声波的反射与折射MedicalImagingTechnology超声波的入射、反射和折射示意图大界面折射波入射波反射波△Z＞0.1%即可产生反射声阻抗差大，反射强2019/8/16超声波的反射与折射MedicalImagingTechnology2019/8/16超声波的反射与折射MedicalImagingTechnology反射、折射与透射：凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长（称大界面）时，产生反射与折射。成角入射，反射角等于入射角，反射声束与入射声束方向相反。垂直入射时，产生垂直反射与透射。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时，反射声强最大。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往前传播，遇不同声阻抗的介质时，再产生反射，依次类推，被检测的物体密度越不均匀，界面越多，则产生的反射也愈多。2019/8/16超声波的散射与绕射MedicalImagingTechnology超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长（小界面）的介质时，产生散射与绕射。散射为小介质向四周发散超声，又成为新的声源。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。2019/8/16超声波的散射MedicalImagingTechnology遇界面远小于波长的微小粒子，超声波将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏器内的细微结构。2019/8/16超声波的绕射MedicalImagingTechnology目标大小约为1～2λ或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。2019/8/16超声波的吸收与衰减MedicalImagingTechnology声衰减定义：是指声能随着传播距离而减弱的现象衰减量=频率×深度频率高，衰减重原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射2019/8/16超声波的分辨力与穿透力MedicalImagingTechnology频率高，分辨好，穿透差频率低，分辨低，穿透强对应的临床应用：检测浅表器官，采用高频探头检测深部脏器，采用低频探头2019/8/16MedicalImagingTechnology超声物理超声波的基本概念超声波在介质中的传播特性多普勒效应超声波的发生与接收－压电效应超声场血流动力学效应2019/8/16MedicalImagingTechnology多普勒效应Dopplereffect声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内收到的振动次数（频率），除声源发出者外，还由于接收体向前运动而多接收到（距离/波长个）振动，即收到的频率增加了。相反，声源和接收体作背离运动时，接收体收到的频率就减少，这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应。2019/8/16MedicalImagingTechnology多普勒效应相对静止相对运动背离运动2019/8/16MedicalImagingTechnology多普勒效应2019/8/16MedicalImagingTechnology超声多普勒利用多普勒效应原理检测运动物体。当发射超声传入人体某一血液流动区，被红细胞散射返回探头，回声信号的频率可增可减，朝向探头运动的血流，探头接收到的频率较发射频率增高，背离探头的血流则频率减低。接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差频。目前常用的超声多普勒有连续波多普（CWD）、脉冲波多普勒（PWD）及彩色多普勒（CDFI）。2019/8/16MedicalImagingTechnology超声多普勒多普勒频移（Fd）与发射频率（fo）、血流速度（V）、超声束与血流间夹角（θ）的余弦成正比，与声速（C）成反比，公式为：CfVFCfVVFdd/cos**2/*2/200式中Fd、cosθ均可测得，fo及C为已知，可以计算出V声束与血流方向平行时可记录到最大血流速度声束与血流方向垂直时则测不到血流信号。V0f2019/8/16MedicalImagingTechnology超声多普勒cosθ＜900，血流迎向探头，fd为正值称为正性频移cosθ＞900，血流远离探头，fd为负值称为负性频移夹角对fd值的影响2019/8/16MedicalImagingTechnology超声多普勒血流速度测量对于脑循环,心血管疾病的诊断非常重要。利用超声多普勒技术测量血流的成功，是人们可不必切开皮肤，从血管中插入导管来测血流，只需在体外就可实现血流的无损测量。2019/8/16MedicalImagingTechnology超声物理超声波的基本概念超声波在介质中的传播特性多普勒效应超声换能器超声场血流动力学效应2019/8/16MedicalImagingTechnology超声换能器Transducer超声换能器是由压电晶片组成，晶片受电信号激发发射超声，进入人体组织，遇不同声阻界面产生反射与散射、晶片又接收回声信号，转换成电信号、送入仪器。晶片将电能转换成声能（发射），又能将声能转换成电能（接收），称之为声电换能器。2019/8/16MedicalImagingTechnology压电效应（Piezoelectricity）有些种类的单晶体对它施加机械应力，它的表面会出现电荷（正效应），反过来，对它加电压，它的尺寸会改变(逆效应)。天然晶体、压电陶瓷电能机械振动能1880,居里兄弟2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的发射与接收（压电效应）发射：电讯号→换能器→超声波(逆效应)接收：反射波→换能器→电信号(正效应)2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的发射与接收（压电效应）逆压电效应示意图+++++++++++++++++--------------------------++++++++++++++++++--+发射超声2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的发射与接收（压电效应）正压电效应示意图+++++++++++++++++--------------------------+++++++++++++++++正压负压接收超声2019/8/16MedicalImagingTechnology超声物理超声波的基本概念超声波在介质中的传播特性多普勒效应超声波的发生与接收－压电效应超声场血流动力学效应2019/8/16MedicalImagingTechnology超声场超声场特性：超声在介质内传播的过程中，明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具有以下特点：如果超声换能器的直径明显大于超声波波长，则所发射的超声波能量集中成束状向前传播，这现象称为超声的束射性（或称指向性）。近场区：换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似，平行而不扩散，近似平面波，该区域称近场区。近场区内声强分布不均匀。远场区：近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。2019/8/16MedicalImagingTechnology超声场近场远场DθD声源直径θ扩散角频率高，波长短，呈直线传播2019/8/16MedicalImagingTechnology超声场L0=r2f/Csinθ=1.22λ/D。式中L0为近场距离，r为换能器半径，f为频率，C为声速、θ为半扩散角、D为换能器直径，λ为超声波波长。近场距离声源直径半扩散角2019/8/16MedicalImagingTechnology血流动力学效应层流湍流涡流…….2019/8/16MedicalImagingTechnology超声波的特性⒈指向性⒉反射、折射、散射和绕射⒊吸收与衰减⒋分辨力与穿透力⒌多普勒效应