B型超声成像课件

§人类之所以最先在声波范畴内发现多普勒效应， 是由于声波本身属于人耳的可闻波动，且声波 在空气中的传播速度不高（340m/s）,声源与 人耳的相对运动速度使声频率变化落在人耳的 敏锐辨别区内。
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§天文学家埃德温·哈勃发现：不同距离 的星系发出的光，颜色上稍稍有些差别。 远星系的光要比近星系红一些，即波长 要长一些，这种现象被称为“哈勃红 移”。它说明，各星系正以很高的速度 彼此飞离。
而在自相关处理中，用探测时间差异来解决这个问 题：脉冲发射过程中，前后两个相邻脉冲之间的时间差 Δt，包含了探测目标的运动方向与速度等变量因素，最 后反映在回波脉冲波形的相位差异上，由此通过脉冲自 身相位差的关系解得血流方向和速度的方法称作自相关 处理技术。
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§ 火车从身旁的铁路上呼啸而过时，会使我们非常明显 地听出鸣叫着的汽笛声突然间由尖锐变得低沉起来。
§ 当火车驰向我们时（V为正），我们所听到的汽笛声 （f1′）要比火车固定不动时的声音（f）尖锐一些（Δf1 ＞0， f1′＞ f ）；当火车背向我们驰去时（V为负）， 所听到的汽笛声（f2′）要比原来的声音（f）低沉一些 （Δf2＜0，f2′＝f2′＜ f ）。
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§则回声的频移量Δf（由Δf＝ 2f·v／c 可得）约为±450Hz。
§由此可见，多普勒频移量Δf与超声固有频率f及 反射目标的运动速度V成正比；与声波在某种 组织中的传播速度成反比。
§另外，常用超声频率在人体组织中产生的多普 勒频移量Δf恰好在人耳的敏锐听觉辨别范围内 （大约200～1200Hz），因此只要将此信号检 测放大后，仅凭有经验的医生聆听，就可以获 得有价值的临床诊断信息。
§现代天文学正是借助多普勒效应通过检 测、辨认宇宙深处恒星发光颜色的变化 来判定天体的运动状态的。
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§产生多普勒效应的原因 §以声波为例：当声波在某种介质中以固定的传
播速度c前进时，声速为波长和频率的乘积， 即c=λ· f； §但如果声源与接收系统之间存在着相对运动， 相对运动的速度为V，则声波向接收系统的相 对传播速度c′为原来传播速度c与相对运动V的 迭加，即c′=c + V。 §于是有: f′＝c′／λ＝（c＋V）／λ Δf＝f′－f＝（c＋V）／λ－c／λ＝V／λ §将λ=c／f代入上式，有Δf＝f·V／c §频移量Δf为相对运动速度与原声速的比值与波 源频率的乘积。
1.工作原理
滤过后的信号经A/D模数转换后，再进行自相关处理。这 一步骤是将前后2个脉冲产生回声的时间差换算成相位差，再 根据相位差与目标运动状态的关系处理成血流方向和速度结果。
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在一维多普勒诊断仪（连续波CW和脉冲波PW）中， 是将回声频率与原始振荡频率比较出频移量Δf，然后通 过多普勒方程式换算出血流方向和速度。
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§二、多普勒原理在超声医学诊断中的应用 §超声多普勒应用临床以来，其应用价值已愈加
明显，尤其在以运动器官为主要研究对象的心 血管科，超声多普勒诊断仪更成为不可或缺的 有力诊断工具； §原理应用：运动结构（如心脏瓣膜）或散射子 集合（如血管中的红细胞群体）反射回来的超 声波束，检测出其中的多普勒频移，得到探查 目标的运动速度信息，然后被人耳监听、用仪 器去分析、用图像去显示或者用影像去显现人 体内部器官的运动状态。
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五、彩色多普勒血流显像仪 脉冲多普勒探测的只是一维声束上超声多普勒 血流信息，它的频谱显示表示流过取样容积的 血流速度变化。脉冲多普勒技术也被称为一维 多普勒。 一维多普勒在测定某一位置的血流是很方便的， 如果要了解瓣口血流流动的详细分布，一维多 普勒就很困难，只能一个点一个点地测，把每 一个点的血流速度记录下来，最后得到一个大 致的血流轮廓。
§D型超声成像诊断仪（Doppler Ultrasound, D超） 即超声多普勒诊断仪，是利用声学多普勒原理， 对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频 移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、 色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官 的运动状态。
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反射回来的超声波（f′）仍沿着原来的传播路径向反方
向传送至探头，同时又迭加了一个相同方向的运动速
度（v），因此探头处检测到的超声波又产生了一次新
的频移（f″），最终频移量Δf″＝f″－f′＝2Δf′
Δf″
＝ 2f·v／c
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§假定频率f为3.5MHz的超声波，向着以0.1m/s速 度运动的血流发射，正常声速c=1540m/s，
2.血流运动状态的彩色 显示方法 ❖ 通过数字电路和计 算机处理，将血流的 某种信息参数处理成 国际照明委员会规定 的彩色图。规定血流 的方向用红和蓝表示， 朝向探头的运动血流 用红色，远离探头运 动的血流颜色用蓝色， 而湍动血流用绿色。
血流的速度与红蓝两种彩色的亮度成正比，正向速度越高， 红色的亮度越亮。
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• 一列火车快速驶远时，它的汽笛声听来会沉 闷很多，因为声波相对于我们的频率变低、波 长变长了，这就是多普勒效应。
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§多普勒效应并非仅仅存在于声波传递中，任何 以波动形式行进的能量传递过程，均可产生多 普勒效应，如无线电波、高能X射线(或γ射 线)、可见光线以及其他电磁辐射等。
§1．超声波的产生、发射和反射 §主频振荡器产生并输出频率为f的振荡信号，送入
声发射驱动单元，经过放大后驱动探头中的压电 换能器向外辐射出频率为f的连续超声波。
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§2．频移信号的检测和频移量的获得
§ 接收到的频率为f′的回声波，将之转换为电信号，通过 电缆线送至机器的高频放大单元，经过信号幅度放大 后再送至混频解调器作解调处理。混频解调器是一个 非线性差频处理单元电路，它有2路输入信号端口和1 个信号输出端口。
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1.工作原理
系统在接收到发射来的回声信号后，先进入相位检波器与 原始振荡信号进行相位比较，再将一路信号送入脉冲多普勒 信号处理通道；另一路则经过低通滤波器去除没有意义的杂 波信号。
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三、连续式超声多普勒成像仪
探头内为双换能器结构，各自完成发射和接收任务， 一只换能器连续不断地发射超声信号，另一只换能 器不停接收反射回声，转换为电信号，送至高频放 大单元，经幅度放大后再送至混频解调器解调。
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彩色多普勒成像，对于血流方面的多种状态具有强 大的显示能力，如： • 同时显示心脏某一断面上的异常血流的分布情况； • 反映血流的途径及方向； • 明确血流性质是层流、湍流或涡流； • 可以测量血流束的面积、轮廓、长度、宽度； • 血流信息能显示在二维切面像或M型图上，更直 观地反映结构异常与血流动力学异常的关系等。
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§波束的聚焦
声学聚焦 电子聚焦
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第六节 超声多普勒成像
一、多普勒效应 1842年奥地利物理学家多普勒（Doppler） 发现并研究了声波的“频移”现象，后被 命名为“多普勒效应”。 此效应是指波源将某一频率的波以一种固 定的传播速度向外辐射时,如果波源与接收 系统产生相对运动，则所接收到的波的频 率会发生变化（即频移）。
缺点：所有运动目标产生的多普勒信号混叠在一起，无 法辩识信息产生的确切部位，没有距离（深度）的信息。
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四、脉冲波式超声多普勒成像仪
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§探测距离的选通
获得人体内部所需探测目标的回声信息，就必须采 用距离（或深度）选通接收门控制器。
• 发展的主要阶段 1. 连续波式多普勒系统(continuous wave doppler) 2. 脉冲式多普勒系统(pulsed wave doppler) 3. 彩色多普勒血流成像系统(color doppler flow image，CDFI) ，也被称为彩色血流图 （color flow mapping, CFM）。
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§在实际应用中，超声的发射与接收并 不一定正对着探测目标的运动方向， 多数情况下它们之间会存在一个夹角θ， 因此上述多普勒频移量Δf的完整表达 式应为：Δf＝2fcosθ·v／c
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在人体软组织中，超声的传播速度差别不大，可以 将平均声速视为常数（c=1540m/s），故从发射出 脉冲信号的前沿为起始时刻(t0)计起，至返回信号 的脉冲到达时间(t1)的长短与运动器官距离换能器 的深度成正比。
只要调节“距离选通门”的启闭时间，就能控制探 测距离和沿着这一距离方向上的一段长度（又称作 “容积”），这样就可以只接收感兴趣目标的回声 信号，滤除前后的无关信号。
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§ 以人体内血流的运动状态检测为例：
§ 声波的发射源与接收器均为超声探头自身，在检测时 刻探头是固定不动的。
§ 超声波向着流动中的红细胞集合体传播，遇到声障
（红细胞）时，相对于流动中的红细胞，声波f已经产
生了一次多普勒频移（f′），频移量Δf′＝f′－f；而声障
❖在彩色多普勒中，由 于血流的方向决定了 血流的颜色（一般正 向血流为红色，反向 血流为蓝色），所以 同一流向的血流处在 与声束不同角度时血 流的颜色也可能不同。
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§相控阵扫描
对振元不同时给予电激励 各振元的激励脉冲有一个时间差
§线性扫描
振元分组分时受激励 每组振元同时受电激励
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§2个输入信号分别为：①高频放大单元送来的f′ 电信号；②主频振荡器分出的参照f电信号。在 混频解调器内，这2路信号进行混频、相差处 理，将差频信号Δf＝f′－f从输出端口送出。
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