医学超声成像技术课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1540
头颅骨
3360
3. 声压与声强
（1）声压。 对于一无吸收介质的平面波，有波动时压强的最大值与没有波动作用时各点压强的差值称为压强振幅，由式4-2确定： （4-2） 式4-2表明，声压振幅与介质密度、质点的振动速度（简称振速）的最大值及波速c成正比。
20.00
1.6
肺
41.00
1.0
系统原理：利用超声波在传播路线上遇到介质的不均匀界面能发生反射的物理特性检测回波信号，并对其进行接收放大和信号处理，最后在显示器上显示。 脉冲回波成像系统主要分为三部分： 换能器、信号处理部分、显示和记录部分。
4.2 医学超声成像技术
4.2 医学超声成像技术
四维医学超声成像技术
图4-7 四维医学彩色超声诊断仪实物
图4-8 四维医学彩色超声诊断仪显示图像
4D医学彩色超声成像技术同其它超声诊断过程相比，主要是可以实时的观察人体内部器官的动态运动。
眼球玻璃体液
0.10
6～30
血液
0.18
10
脂肪
0.63
0.8～7.0
延髓(顺纤维)
0.80
1.7～3.4
脑组织
0.85
0.9～3.4
肝脏
0.94
0.3～3.4
肾脏
1.00
0.3～4.5
脊髓
1.00
1.0
肌肉(顺纤维)
1.30
0.8～4.5
颅骨
声阻抗和电学中电阻抗相似，声压相当于电压， 声速相当于电流强度。
4．声阻抗
表4-2 人体组织及相关物质的声阻抗
介 质
密度(g／cm3 )
声阻抗(×10 6 N·s／m3 )
空气(0℃)
0.00129
0.000428
水(37℃)
0.9934
1.513
生理盐水(37℃)
1.002
1.537
石蜡油(33.5℃)
0.835
1.186
血 液
1.055
1.656
脑脊水
1.000
1.522
羊 水
1.013
1.493
肝 脏
1.050
1.648
肌肉(平均值)
1.074
1.684
软组织(平均值)
1.016
1.524
脂 肪
0.955
1.410
散射衰减可以看成是声波与众多的散射中心的多次相互作用的过程，作用的结果是部分声能转化为热能而散失掉。
吸收衰减
在某种介质中，超声强度的衰减规律，由式4-6表示：
表4-3 人体主要组织成分对相应频率超声的衰减系数
人体组织
衰减系数 (dB·cm -1 ·MHz -1 )
频率范围(MHz)
三维医学超声成像技术
图4-5 三维医学彩色超声诊断仪实物图
图4-6 三维医学彩色超声诊断仪显示图像
三维超声工作站特点与功能
（1）三维超声工作站软件特点 ①三维超声采集难度低。 ②二维序列图像采集适用最新压缩格式，并且具备升级能力。 ③三维超声重建运算速度快，3秒钟即可生成三维影像。 ④三维超声重建采用无损重建法不损失任何数据。 ⑤三维超声影像显示速度快，三维影像显示时没有停顿感。 ⑥预定义了多套伪彩编码，可以精确自定义伪彩编码并可保存。 ⑦软件适用于所有的windows操作系统。 ⑧软件适用于所有的普通超声诊断仪。 ⑨软件适用多数符合微软标准的视频采集卡。
4.1.2声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声强逐渐减弱，这种现象称为声波的衰减（attenuation of sound wave）。导致声波衰减的主要原因有以下几种：
扩散衰减是声波在空间传输中由能量分布的改变造成的衰减。由平方反比定律（inverse square law）可以计算。
超声成像的物理基础
式中，t 为从发出超声到接受界面反射回波的一段时间，即渡越时间。依据不同界面的回波时间 ，可以求出各个界面与换能器之间的距离，这就是广泛用于脉冲回波测距的理论基础。
4.2.2超声成像的信息处理
根据回声强度可判断器官组织 （只有经验丰富的超声科医生才能掌握）
（1）无回声。是超声经过的区域没有反射，成为无回声的暗区(黑影)。 （2）低回声。实质器官如肝，内部回声为分布均匀的点状回声，在发生急性炎症，出现渗出时，其声阻抗比正常组织小，透过声强增大，而出现低回声区(灰影)。 （3）强回声。可以是较强回声、强回声和极强回声。
教学重点
超声波的物理特性 超声波的成像原理 B型与D型超声诊断仪工作原理
4.1 医学超声成像技术概述
超声波是机械波，由物体作机械振动产生，频率在20Hz～20000Hz之间。用于医学上的超声频率为2.5MHz～10MHz，常用的是2.5MHz～5MHz。
超声在介质中传播的速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为1500m·s－1。
1.声波的分类
（1）按质点振动方向和波传播方向的关系分类：纵、横 （2）按波阵面的形状分类。 （3）按发射超声的类型分类： 连续、脉冲
2.声波的速度
表4-1 超声波在人体组织器官与有关的介质中的速度
介 质
传播速度(m/s)
介 质
传播速度(m/s)
空气(0℃)
三维超声工作站特点与功能
（2）三维超声工作站软件主要功能 ①表面重建成像，图像清晰直观，立体感强。 ②透明成像，能淡化周围组织结构的灰阶信息，使之呈透明状态，着重显示感兴趣区域的结构。 ③多平面成像。该方法对三维B超容积数据进行不同方向的剪切，生成新的平面图。 ④彩色多普勒血流三维成像，用于判断血管的走行、与周围组织的关系及感兴趣部位的血流灌注的评价。 ⑤兼容性强。软件支持所有Windows操作系统，支持所有普通超声工作站的所有功能。
3. 声压与声强
（2）声强。 声强（sound intensity）是表示声波的客观强弱的物理量，它用每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积的能量来度量，它的单位是焦耳／(秒·平方厘米)［J/(s·cm2 )］。 声强与声源的振幅有关（声强与振幅的平方成正比），振幅越大，声强也越大；振幅越小，声强也越小。
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
2. D型超声诊断仪 即多普勒超声诊断仪，是利用多普 勒效应原理，对运动的脏器和血流进行 检测的仪器。
接收晶片
发射晶片
解调器
高频放大大
振荡器
低通滤波
频谱分析
显示 记录
图4-15 连续波多普勒诊断仪结构框图
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
人体组织
换能器
cos
sin
主振 荡器
功 放
高 放
乘 法
低 通
S/H
带 通
乘 法
低 通
S/H
带 通
图4-16 脉冲波多普勒诊断仪结构框图
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
频谱分析器
图4-17彩色多普勒血流显像仪结构框图
利用实时二维彩色超声多普勒系统，使血流图像和B超图像 同时显示，即B超图像显示血管的位置，多普勒测量血流。 这种B超和多普勒系统的结合，能更精确地定位任一特定的 血管。
4．声阻抗
声阻抗（acoustic impedance）是描述弹性介质传播声波的一个重要物理量。将介质中某点的声压幅值与质点振动的速度幅值之比，称为声阻抗。它用表示：
4.3 医学超声成像设备
常用的医学成像设备有A型超声波诊断仪、M型超声波诊断仪、B型超声波诊断仪和彩色多普勒超声波诊断仪。
4.3.1 超声波诊断仪的类型
表4-4 临床上常用超声波诊断仪器的类型
C（constant）
CHI（color harmonic image）
THI（tissue harmonic image）
332
角 膜
1550
空气(15℃)
341
海水(30℃)
1545
石蜡油(33.5℃)
1420
肾 脏
1560
脂肪
1476
肌肉(平均值)
1568
玻璃体
1532
血液
1570
房 水
1532
肝 脏
生理盐水
1534
巩 膜
1604
人体软组织(平均值)
1540
水晶体
1641
脑组织
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
示波管
探头移动
人体
高频发 射电路
同步信号发生器
垂直深度扫描电路
反射波接收电路
锯齿波发生器
水平声束 扫描放大器
图4-14 B型超声诊断仪结构框图
B超能得到人体组织器官和病变的二维断层图像， 并且能对运动器官进行实时动态观察。屏幕上显 示时，强回声的光点明亮，弱回声的光点黑暗。
颅 骨
1.658
5.570
水晶体
1.136
1.874
5．超声波的产生
高频脉冲发生器
功率放大器
压电晶体
图4-2 超声波的产生
逆压电效应产生超声波
5．超声波的产生
信号放大器
压电晶体
示波器或 显示器
图4-3 超声波的接收
利用压电效应可以接收超声波
6．超声波的特性
（1）超声的指向性：直线传播 （2）超声的多普勒效应：当声源与接收者相对于介质发生相对运动时，接收者收到的声波频率与声源发出的声波频率出现不相同的现象。 （3）超声的生物效应。（机械能的损伤）
头颅骨
3360
3. 声压与声强
（1）声压。 对于一无吸收介质的平面波，有波动时压强的最大值与没有波动作用时各点压强的差值称为压强振幅，由式4-2确定： （4-2） 式4-2表明，声压振幅与介质密度、质点的振动速度（简称振速）的最大值及波速c成正比。
20.00
1.6
肺
41.00
1.0
系统原理：利用超声波在传播路线上遇到介质的不均匀界面能发生反射的物理特性检测回波信号，并对其进行接收放大和信号处理，最后在显示器上显示。 脉冲回波成像系统主要分为三部分： 换能器、信号处理部分、显示和记录部分。
4.2 医学超声成像技术
4.2 医学超声成像技术
四维医学超声成像技术
图4-7 四维医学彩色超声诊断仪实物
图4-8 四维医学彩色超声诊断仪显示图像
4D医学彩色超声成像技术同其它超声诊断过程相比，主要是可以实时的观察人体内部器官的动态运动。
眼球玻璃体液
0.10
6～30
血液
0.18
10
脂肪
0.63
0.8～7.0
延髓(顺纤维)
0.80
1.7～3.4
脑组织
0.85
0.9～3.4
肝脏
0.94
0.3～3.4
肾脏
1.00
0.3～4.5
脊髓
1.00
1.0
肌肉(顺纤维)
1.30
0.8～4.5
颅骨
声阻抗和电学中电阻抗相似，声压相当于电压， 声速相当于电流强度。
4．声阻抗
表4-2 人体组织及相关物质的声阻抗
介 质
密度(g／cm3 )
声阻抗(×10 6 N·s／m3 )
空气(0℃)
0.00129
0.000428
水(37℃)
0.9934
1.513
生理盐水(37℃)
1.002
1.537
石蜡油(33.5℃)
0.835
1.186
血 液
1.055
1.656
脑脊水
1.000
1.522
羊 水
1.013
1.493
肝 脏
1.050
1.648
肌肉(平均值)
1.074
1.684
软组织(平均值)
1.016
1.524
脂 肪
0.955
1.410
散射衰减可以看成是声波与众多的散射中心的多次相互作用的过程，作用的结果是部分声能转化为热能而散失掉。
吸收衰减
在某种介质中，超声强度的衰减规律，由式4-6表示：
表4-3 人体主要组织成分对相应频率超声的衰减系数
人体组织
衰减系数 (dB·cm -1 ·MHz -1 )
频率范围(MHz)
三维医学超声成像技术
图4-5 三维医学彩色超声诊断仪实物图
图4-6 三维医学彩色超声诊断仪显示图像
三维超声工作站特点与功能
（1）三维超声工作站软件特点 ①三维超声采集难度低。 ②二维序列图像采集适用最新压缩格式，并且具备升级能力。 ③三维超声重建运算速度快，3秒钟即可生成三维影像。 ④三维超声重建采用无损重建法不损失任何数据。 ⑤三维超声影像显示速度快，三维影像显示时没有停顿感。 ⑥预定义了多套伪彩编码，可以精确自定义伪彩编码并可保存。 ⑦软件适用于所有的windows操作系统。 ⑧软件适用于所有的普通超声诊断仪。 ⑨软件适用多数符合微软标准的视频采集卡。
4.1.2声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其声强逐渐减弱，这种现象称为声波的衰减（attenuation of sound wave）。导致声波衰减的主要原因有以下几种：
扩散衰减是声波在空间传输中由能量分布的改变造成的衰减。由平方反比定律（inverse square law）可以计算。
超声成像的物理基础
式中，t 为从发出超声到接受界面反射回波的一段时间，即渡越时间。依据不同界面的回波时间 ，可以求出各个界面与换能器之间的距离，这就是广泛用于脉冲回波测距的理论基础。
4.2.2超声成像的信息处理
根据回声强度可判断器官组织 （只有经验丰富的超声科医生才能掌握）
（1）无回声。是超声经过的区域没有反射，成为无回声的暗区(黑影)。 （2）低回声。实质器官如肝，内部回声为分布均匀的点状回声，在发生急性炎症，出现渗出时，其声阻抗比正常组织小，透过声强增大，而出现低回声区(灰影)。 （3）强回声。可以是较强回声、强回声和极强回声。
教学重点
超声波的物理特性 超声波的成像原理 B型与D型超声诊断仪工作原理
4.1 医学超声成像技术概述
超声波是机械波，由物体作机械振动产生，频率在20Hz～20000Hz之间。用于医学上的超声频率为2.5MHz～10MHz，常用的是2.5MHz～5MHz。
超声在介质中传播的速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为1500m·s－1。
1.声波的分类
（1）按质点振动方向和波传播方向的关系分类：纵、横 （2）按波阵面的形状分类。 （3）按发射超声的类型分类： 连续、脉冲
2.声波的速度
表4-1 超声波在人体组织器官与有关的介质中的速度
介 质
传播速度(m/s)
介 质
传播速度(m/s)
空气(0℃)
三维超声工作站特点与功能
（2）三维超声工作站软件主要功能 ①表面重建成像，图像清晰直观，立体感强。 ②透明成像，能淡化周围组织结构的灰阶信息，使之呈透明状态，着重显示感兴趣区域的结构。 ③多平面成像。该方法对三维B超容积数据进行不同方向的剪切，生成新的平面图。 ④彩色多普勒血流三维成像，用于判断血管的走行、与周围组织的关系及感兴趣部位的血流灌注的评价。 ⑤兼容性强。软件支持所有Windows操作系统，支持所有普通超声工作站的所有功能。
3. 声压与声强
（2）声强。 声强（sound intensity）是表示声波的客观强弱的物理量，它用每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积的能量来度量，它的单位是焦耳／(秒·平方厘米)［J/(s·cm2 )］。 声强与声源的振幅有关（声强与振幅的平方成正比），振幅越大，声强也越大；振幅越小，声强也越小。
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
2. D型超声诊断仪 即多普勒超声诊断仪，是利用多普 勒效应原理，对运动的脏器和血流进行 检测的仪器。
接收晶片
发射晶片
解调器
高频放大大
振荡器
低通滤波
频谱分析
显示 记录
图4-15 连续波多普勒诊断仪结构框图
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
人体组织
换能器
cos
sin
主振 荡器
功 放
高 放
乘 法
低 通
S/H
带 通
乘 法
低 通
S/H
带 通
图4-16 脉冲波多普勒诊断仪结构框图
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
频谱分析器
图4-17彩色多普勒血流显像仪结构框图
利用实时二维彩色超声多普勒系统，使血流图像和B超图像 同时显示，即B超图像显示血管的位置，多普勒测量血流。 这种B超和多普勒系统的结合，能更精确地定位任一特定的 血管。
4．声阻抗
声阻抗（acoustic impedance）是描述弹性介质传播声波的一个重要物理量。将介质中某点的声压幅值与质点振动的速度幅值之比，称为声阻抗。它用表示：
4.3 医学超声成像设备
常用的医学成像设备有A型超声波诊断仪、M型超声波诊断仪、B型超声波诊断仪和彩色多普勒超声波诊断仪。
4.3.1 超声波诊断仪的类型
表4-4 临床上常用超声波诊断仪器的类型
C（constant）
CHI（color harmonic image）
THI（tissue harmonic image）
332
角 膜
1550
空气(15℃)
341
海水(30℃)
1545
石蜡油(33.5℃)
1420
肾 脏
1560
脂肪
1476
肌肉(平均值)
1568
玻璃体
1532
血液
1570
房 水
1532
肝 脏
生理盐水
1534
巩 膜
1604
人体软组织(平均值)
1540
水晶体
1641
脑组织
4.3.2 B型与D型超声诊断仪
示波管
探头移动
人体
高频发 射电路
同步信号发生器
垂直深度扫描电路
反射波接收电路
锯齿波发生器
水平声束 扫描放大器
图4-14 B型超声诊断仪结构框图
B超能得到人体组织器官和病变的二维断层图像， 并且能对运动器官进行实时动态观察。屏幕上显 示时，强回声的光点明亮，弱回声的光点黑暗。
颅 骨
1.658
5.570
水晶体
1.136
1.874
5．超声波的产生
高频脉冲发生器
功率放大器
压电晶体
图4-2 超声波的产生
逆压电效应产生超声波
5．超声波的产生
信号放大器
压电晶体
示波器或 显示器
图4-3 超声波的接收
利用压电效应可以接收超声波
6．超声波的特性
（1）超声的指向性：直线传播 （2）超声的多普勒效应：当声源与接收者相对于介质发生相对运动时，接收者收到的声波频率与声源发出的声波频率出现不相同的现象。 （3）超声的生物效应。（机械能的损伤）