超声技术原理

为什么要学习基超声原理基础原理是否重要？帮助你更好的了解超声，知己知彼；超声设备技术复杂，发展迅速；使你更专业、增加信任度；国际超声发展史•1880年，法国人发现压电效应；•1917年，法国人应用压电原理进行超声探测，1921年发展成声纳。•1942年，奥地利人使用A型超声装置，用穿透法探测颅脑.•1952年，美国人开始研究超声显像法，并于1954年将B超应用于临床。•1954年，瑞典人用M型检查心脏。•1956年，日本人首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利用连续波多普勒法判断心脏瓣膜病。•1959年，研制出脉冲多普勒超声。•1983年，日本Aloka公司首先研制成功彩色血流图•1990年，奥地利Kretz公司制成3D扫描器，并使之商品化。1.概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。潜艇海洋0Hz20Hz20KHz1MHz30MHz400MHz次声波可听见声音超声次声武器耳朵无损探伤图像诊断声学显微镜2.声音频谱超声基本原理超声基本原理超声波是机械波，必须在介质中传播在不同密度的介质分界面上，声波将发生反射、折射、干涉、衍射、散射等现象随着超声的传播，超声信号强度不断衰减超声在密度越高的介质中传播越快，在空气中迅速衰减空气液体固体超声基本原理超声频率与波长：λ＝C/fλ－超声波波长C－超声波声速f－超声波频率波长：一个波的长度频率：单位时间内的周数（重复次数）超声基本原理人是不均匀介质除骨骼和空气以外，声速相差不大组织名称平均速度(m/s)脂肪1450脑1541肝1549肾1561脾1566血液1570肌肉1585软组织（平均值）1520颅骨4080水1480空气330超声设备工作基本原理探头显示超声设备的构成探头（换能器）：–发射和接收超声波–电/声转换主机：–声束形成–信号处理–图像处理–存储和传输显示器外围设备–打印机、录相机等超声设备关注点探头（换能器）–种类、用途–参数：频率、振元数等–其他：材料、新技术等主机–功能–外形、超作面板、探头接口等显示器–种类、大小、调节等外围设备传统超声成像的步骤单轴声束的声照射入人体声束的扫查人体组织对入射超声的反应－回声回声的放大与前处理数字扫描转换器（DSC）显示和记录超声系统成像步骤延时线路脉冲发射/接收处理滤波器、对数放大器、时间增益控制DSC数字扫描转换器监视器记录设备录像机打印机彩色打印机图象档案管理存储硬盘、磁光盘主机探头超声探头种类线阵（血管、小器官）凸阵（腹部、妇产科）相控阵扇扫（心脏）经食管探头(TEE)腔内探头（妇产、泌尿）容积探头（三维成像）导管超声（心脏）概述：超声设备在医学临床上有多种扫描方式。－凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。特点：•近、远场视野宽－线阵：用于小器官、血管及术中。特点：•孔径大•近场视野宽•旁瓣影响小电子扫描方式探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。电子扫描方式机械扫描方式特殊方式－线阵－机械扇扫－斜向扫描－凸阵（含微型凸阵）－径向扫描－梯形扫描－相控阵－扩大扫描－向量扫描超声探头扫描方式相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度偏转主要用于心脏扫查延时线扫描超声波束相控阵探头过延时线聚焦相控阵扫描不同扫查模式形成的声像图线扫扇扫弧扫频率与分辨率和穿透力一般成像的频率范围：心脏：成人2~4MHz儿科：3~8MHz新生儿：4~10MHz腹部：成人2~4MHz儿科：4~8MHz新生儿：4~10MHz外周血管：5~10MHz小器官：7~12MHz腔内：4~9MHz经食管：成人3~7MHz儿科：4~8MHz低频高频分辨率更好穿透力：更强超声波的衰减：超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。高频衰减大，低频衰减小（穿透力强）超声成像模式成像模式：A型（Amplitudemodulation）M型（Time-motionmode）B型（Brightnessmodulation）彩色多普勒（ColorDoppler）能量多普勒（PowerDoppler）频谱多普勒（SpectralDoppler）最早的工作方式：A型A模式：是一种振幅的模式。它在显示器上形成垂直偏转的波形图。最早的工作方式：A型工作方式：M型M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个光标，然后在以时间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。皮肤探头时间轴深度工作方式：M型工作方式：B型Line1Line2Line3Line4Line5Line6Line7Line8B模式：是一种辉度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的直线构成。点的亮度代表接收到回声的振幅。通过连续扫描，二维的剖面图像不断地被更新，这就是实时B模式。换能器监视器Line12345678工作方式：B型二维灰阶成像正频移负频移多普勒效应（Doppler）超声在探测移动的目标时，其回声的频率会发生变化利用多普勒效应可检测物体有无运动，及运动的方向和速度比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动彩色多普勒成像彩色多普勒速度图（CDV）ColorDopplerVelocity通过信号的自相关运算获得速度、加速度、方差等信息彩色编码血流的方向朝向探头的为红色背离探头的为蓝色受角度影响、受其他运动影响、易混迭、彩色多普勒速度图彩色多普勒能量图（CDE）ColorDopplerEnergy利用反射回来的多普勒信号中的振幅（能量）彩色多普勒能量图显示的不是速度参数，而是与血液散射量相关的能量信号。彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图有速度有方向敏感度低易混迭、伪像角度依赖性无速度无方向敏感度高无混迭角度非依赖性彩色多普勒速度图0.41cm/s0.41cm/s0.41MHz彩色多普勒能量图速度图与能量图的区别多普勒血流测量皮肤血管v0fDff00cos2fcvfDfd=多普勒频移F0=探头发射的多普勒频率V=血流的速度C=声波的速度（1540米/秒）q=声束和血流方向之间的夹角彩色多普勒成像可定性的观测血流走行、速度快慢以及方向等信息但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数2cos•f。C•ΔfV(cm/s)=V血流V(cm/s):血流速度C(cm/s):声速(1530m/s)(度):血流与超声波束之间的夹角Δf(Hz):多普勒频移f。(Hz):超声频率超声波束血管角的调整：30°0.86633°0.8393.2%cos误差变化70°0.34273°0.29217.1%夹角θ的最佳范围：30－60°频谱多普勒的角度依赖频谱多普勒多普勒波包括以下数据:－速度－速度范围（宽度）－血流量大小－血流方向一个心跳周期宽的速度范围逆流时间基准线慢快快迎向背向最高峰收缩舒张舒张结束多普勒频谱的含义脉冲波多普勒和连续多普勒连续波多普勒(CW)ContinuousWave发射与接收是各自分开的两个晶片沿着整个声束的长度监听返回的信号，无距离分辨测高血流速度不会有混叠现象，最大量程约15~20m/s皮肤血管v皮肤血管v单晶片双晶片脉冲波多普勒（PW）PulseWav发射和接收是同一个晶片卓越的距离分辨率(RangeResolution)流速测量上限值受奈奎斯特频率限制脉冲重复频率（PRF）决定流速的测量范围，极限约5~7m/s脉冲波与连续波发射与接收优点缺点适用部位脉冲波PW一个晶片完成距离分辨率流速上限低腹部、外周血管连续波CW一个晶片发射一个晶片接收高流速无混迭无距离分辨率心脏PWCW名词解释－分辨率分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分分辨率几何分辨率灰度分辨率时间分辨率轴向分辨率侧向分辨率侧向（横向）分辨率：是指对垂直于超声波束轴方向上可区分的两个点目标的最小距离侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束聚焦情况（探头的晶片数量及种类有关）轴向分辨率高低侧向分辨率高低名词解释－分辨率轴向（纵向）分辨率：是指沿超声波束轴方向上可区分的两个点目标的最小距离轴向分辨率由超声波束的波长所决定一般来说，轴向分辨率为波长的2到4倍灰度（对比度）分辨率：是指对两个相似密度的物体的识别能力识别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别描述256灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨灰度分辨率几何分辨率平衡几何分辨率高－－灰度分辨率差名词解释－分辨率时间分辨率：捕获相邻两个时相运动变化的能力在超声设备上表现为帧频的高低帧频：帧频是指单位时间内获得图象的帧数高帧频可以捕捉细微的运动变化信息高帧频对高速运动的脏器扫查非常重要物体移动轨迹低帧频捕捉高帧频捕捉名词解释－分辨率谐波成像－组织谐波成像非线性谐波：谐波的形成是非线性的，它随传导的深度而逐渐积累加强，而后因衰减而减弱。信号强度深度基波谐波混响反射：发生在超声波所经过的路径上遇到两个或多个回声介面时。如声束在组织间来回往返，从而在图像上显示为多条带状噪声。优点：–消除近场伪像和噪声干扰–提高穿透力、提高对比分辨率–临床上对成像困难的病人，可明显改善二维图像质量，增强心内膜、肿块等边界显示组织谐波成像基波成像自然组织谐波成像脉冲反相谐波技术正相负相无信号合成谐波成像－造影剂谐波成像造影剂谐波：–利用超声在造影剂微泡表面反射时的二次谐波信号进行成像–微泡在超声照射下产生的非线性谐波能量，明显强于组织产生的谐波能量–目的：•增强多普勒信号强度•观察灌注信号•增强边界显示多维成像概念：通过采集容积信息，经系统处理而得到扫描组织的立体成像。三维显像包括：探头自由扫描，软件重建三维图像；什么实时三维成像？什么是4D?4D是实时三维吗？实时4D，非实时4D。