超声原理

幅 度
a a b c
b
c
时 间
a a b b c c
M超:
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。
(通常用于探测心脏的活动及胎心等 )垂直(Y轴)表示深度,水平(X轴)表示时间.
B超 :
是一种亮度的模式。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
液 性
非 均 质 性
均 质 性
钙 化
超声具有反射、散射、折射、衍射、干涉、衰减、方 向性和多普勒效应等物理特性。
介质
体液 空气 肝脏 骨骼
速度
1480 m/sec 330 m/sec 1550 m/sec 4080 m/sec
吸收系数
0.002（1MHz） 12.000 (1MHz) 1.000（1MHz） 5.000（1MHz）
通过探头在一定角度内往复运动（摆动）来产生若 干个切面，每一个切面就是一幅二维图像。 将若干切面处理后，形成三维图像。
Q@A
一般体检时检查肝脏使用的是什么类型的探头？
五）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。 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。 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。 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。 几何分辨率高－－灰度分辨率差
三维（4D）成像：利用二维探头，采集图像并进行实 时图像融合，建立三维图像。
图像采集 图像分割
三维重构
源自文库成像
ROI提取
36
弹性成像：对组织的软、硬程度进行甄别，通过彩色 映射后方便观察，对乳腺肿瘤的良恶性鉴别准确率 高达95% 。
灰阶血流成像：利用数字编码技术对血流、血管及周 围软组织进行直接实时观察，并以灰阶方式显示的 一种新型影象技术，其帧频和分辨率分别达到彩色 模式的三倍和四倍，直接地显示血流动力学变化和 血管壁及其周围组织的解剖结构，无血流外溢。
• B超是发射接收装置
电 声 声 电
阵 元
处 理 器
接收装置
•B超又是脉冲系统：发射激励的是脉冲波，发射和接收可共用一个换能器。 • 雷达需要天线（电磁波） B超需要探头（超声波） •编码发射： •发射电路是一个脉冲波（1.实现纵向分辨率。 2.发射时间极短，把时间让给接 收。要考 虑深度，不同深度需不同时间） •B超的构成：发射装置、接收装置、探头、处理器 •发射：输出百十伏的高压电脉冲，脉宽决定B超图像纵向分辨率。脉冲电压代表（驱动能力、 负载能力）电压高，能量强，探测深度深，但要考虑安全性跟可靠性。脉宽是可控的，窄可 以提高纵向分辨率，但能量不足，影响深度。同时脉宽与探头频带有关，脉冲越窄，频带越 宽，当超出探头频带时再窄就没用了。 •接收：提供几千倍上万倍的放大。回声可能微弱到微伏量级，所以需放大，还有延时问题等。
TXM
TXM
RCV
如果接收体向着振动源运动，则接收 到的频率将高于发射频率。
RCV
如果接收体背着振动源运动，则接收 到的频率将低于发射频率。
多普勒技术在超声诊断中非常有价值。主要用于检测心脏、血管内血液的流向， 流速及流量。 主要包括以下三种：- 脉冲多普勒(PW) - 高脉冲重复频率多普勒(HPRF) - 连续波多普勒 (CW)，包括：单连续波多普勒和可控连续波多普勒
超声产品原理及临床应用知识
市场运营部
MR
ultrasonic
DR
CT
医学超声成像的特点
优点： A、应用范围广 B、实时显示 C、对人体无伤害 D、操作比较简便 E、重复性好 F、收费低
缺点： A、不能应用到肺、胃肠含 气脏器 B、肥胖病人成像质量差 C、不能穿透骨骼 D、要达到最好效果操作 者需要经验
收缩
舒张
舒张结束
4.彩色血流成像（彩色多普勒）
彩色血流成像（CFM）是在 二维声像图上叠加彩色实时血流 显像。每一个彩色的点表示小区 域内血液流速的平均值。不同的 颜色代表血液流量的速度及检测 方式的不同。通常，红色表示迎 向探头的血流方向，蓝色表示离 向探头血流方向。
CFM
平均值
一个心跳周期
宽的速度范围
高脉冲波重复频率多普勒（HPRF）
探头在发射一组超声脉冲波之后，不等采样部位的回声信号反 回探头又发射出新的超声脉冲群，这样在一个超声束方向上， 沿超声束的不同深度可有一个以上的采样容积。（综合改进型）
能量多普勒的原理及与彩色多普勒的区别
能量多普勒基本原理：
是取其红细胞的能量总积分，配以红色成为血流 信息的图像显示。彩色亮度表示多普勒信号能量的大小。 血流信号显示与血流方向无关
快
色标
迎向
基准线 逆流 慢
时间
背向 快
连续波多普勒（CW）
连续发射和接收超声信号，不同深度出现的血流频移，都被叠 加起来，不受高速血流限制，所以可检测心脏的高速血流信息， 但不能提供距离信息。（以时间换空间）
脉冲波多普勒（PW）
采用单个换能器以很短的脉冲期发射超声波，在脉冲间歇期内 有一“可听期”，具有距离选通能力，但不能提供时间信息。 （以空间换时间）
2、超声治疗：利用超声波的能量及对物质的作用，达到治疗的目的。
超声诊断：主要原理是利用超声波在生物组织中的 传播特性，不同的组织与器官具有独特的声像图 特征。
液性结构为无回声暗区。 实质性结构为强弱不等的各种回声。 均质性实质结构为均匀的低回声或等回声。 非均质性结构为混合性回声。 钙化或含气性结构则呈极强回声并伴后方声影。
一) 声波
1. 概念：声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。
声音频谱
0Hz
次声频段 地震波
20Hz
可听见声音 耳朵
20KHz
1MHz
超 声 频
30MHz
段
400MHz
无损探 伤
图像诊断
声学显微 镜
超声的应用
声纳
海洋
潜艇
1、超声诊断：利用超声波照射人体,通过接收和处理回波,获得人体组织
性质与结构的可见图像的方法和技术.
组织能量多 普勒成 像 （TEI）， 功能类 同于 Power。
组织多普勒 M型 （TVM）， 功能相 当于PW。
梯形成像：开拓线阵探头成像视野，增加显示范围， 基于扫描线偏转（延时）的原理。 宽景成像（ iScape ）：是一种图像融合技术，对不同 位置的图像进行融合，从而增加显示范围，观察到 目标物的全貌。
探头
用于超声的探头也称为换能器，是用来产生和检测超声波的部件，即换能器既是发射器， 也是接收器。它和主机构成超声设备最重要核心。 1. 结构：详见右图所示。 其中：压电陶瓷－发射/接收超声波；声透镜－轴向 聚焦；背衬材料－防止产生超声波反向振动；匹配层 --减少超声传播中的多重反射. 2. 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英) 在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。 3. 工作原理： 主机通过电缆在基元上施加电信号，使基元振动， 发出超声波，超声波经物体反射作用在基元上，使基元 两端产生电信号，通过电缆传送至主机处理、显示。
探 头 的 种 类
1、电子线阵：用于小器官、血管及术中。 2、电子凸阵：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。
3、电子相控阵： 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。主要用于心 脏,颅脑。
4、电子微凸阵： 与电子凸阵探头工作原理相同. 主要用 于腔内扫查.
二者的区别：
• 彩色多普勒—速度信息，能量多普勒—能量信息。 • 显示与血流方向的关系： 彩色多普勒—有关（红迎兰离），能量多普勒—无关 显示与角度及混叠的关系 彩色多普勒—有关， 能量多普勒—无关
彩色多普勒组织成像（TDI）
组织速度多 普勒成 像 （TVI）， 功能相 当于 Color。 组织频谱多 普勒成 像 （TVD）， 功能相 当于PW。
C型：彩色血流成像，在 二维图像区域内，以 色彩饱和度的不同显 示目标速度的大小， 以色彩的颜色显示速 度的方向。
特点：可以直观地显示血 流的动力学状态。
逆向声头血流
迎向声头血流
乃奎斯特频率极限
D型：多普勒成像，以 幅度的不同显示目标 速度的大小，并在时 间轴上展开显示速度 随时间的变化。
声阻抗
1.492 0.000428 1.648 5.570
脂肪 肌肉
1440 m/sec 1568 m/sec
0.600（1MHz） 2.300 (1MHz)
1.410 1.684
管壁产生折射伪像
包膜处产生强反射
干涉产生伪影
由于探头的各晶片振荡 时在开始的一段距离 内产生互相干涉，形 成许多大小不一的 “花瓣”，称为旁瓣。
Q@A
超声基本成像模式总共有几种？ 静脉血栓、肾结石可用哪些模式进行检查？
四）超声诊断仪的构成
超声系统框图
（探头、主机、显示器）
主机
延时线路 脉冲发射/接收
监视器
处理
滤波器、对数放大 器、时间增益控制
记录设备
探头
D S C
数字扫描转换器
录像机
打印机
彩色打印机
存储
硬盘、磁光盘
图象档案管理
发射装置
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
Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8
Line
1 2 3 4 5 6 7 8
适用于对肝、胆、脾、肾、子宫、心脏等各种 脏器的测量
C超
1. 多普勒效应： 振动源和接收体有相对运动时 , 所接收到的声波频率不同于振源所发射 的声波频率,其差别与相对运动的速度有关,这就是多普勒效应。多普勒 效 应 是 奥 地 利 科 学 家 多 普 勒 于 1 8 4 2 年 首 先 提 出
特点：可较准确地测量血 流速度，用于检测心脏及 血管的血流动力学状态。
速度轴 时间轴
多普勒处理器
• 根据运动物体的速度 及方向，多普勒处理 器在“频谱”上标上 一个点。
通过观察声波与红细胞的作用，
就能探测它们有存在及量化它们的速度。
多普勒处理器
• 当运动的物体运动速 度不相同时，多普勒 处理器为每一物体标 上一个不同的点。
多普勒处理器
• 在纵坐标上位置代表 物体的速度。
多普勒处理器
• 当不同的物体以相同 的速度运动时，频谱 上相应的点就标志的 更亮一些。
多普勒处理器
2. 多普勒效应公式：
超声波束
血流 血管
V
V(cm/s)=
C • Δ f
2cos • f。
角的调整：
cos
误差变化
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
衬套 匹配层 声透镜
电缆
背衬材料
压电陶瓷(基元)
发射 反射
物 体
凸阵探头解剖
基元 声吸收层
声匹配层
声透镜
不同探头的成像原理
线阵
微凸阵
凸阵
线阵/凸阵 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。
不同探头的成像原理
相控阵
0
脉冲 31
6 3
0 1
n
2
Q
3.
三维容积扫描
Abdominal
超声波在人体软组织中 的衰减大约
1dB/MHz/cm
海鹰超声产品实用频率波 段为2MHz-12MHz。
Q@A
哪些器官超声诊断仪无法进行诊断？ 要进行浅表器官检查时，使用高频还是低频？
D型
C型
M型
B型 A型
Motion Brightness Amplitude Color Doppler
A模式（A超）：显示界面回声的幅度（Amplitude），称为振幅调制型。
A型是以脉冲波的幅度来显示回声的高低，可 用于测量组织界面的深度（距离）和反应界面 的组织基本特性（厚度、浓度）。
用途： A型脉冲超声诊断仪现用于颅脑和眼科检查。 特点： 直观、方便、快捷。
a b c
运 静 动 止 目 目 标 标
灰度分辨率 高
轴向分辨率
几何分辨率
分辨率
灰度分辨率
侧向分辨率
轴向分辨率 低
30° 33° 70° 73°
0.866 0.839 0.342 0.292
3.2% 17.1%
夹角θ的最佳范围：30－60°
3. 多普勒波的含义
多普勒波包括以下含义(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
快 迎向 基准线 逆流 快 最高峰
时间
慢 背向