第七章 超声成像设备

第二节 B超基本结构与工作原理
2.电子聚焦 电子聚焦实质是对各振元 采用延时激励，即使每一激 励脉冲，经不同的延时后到 达各振元，使得这些振元发 射的声场在某个既定的区域 内，因相位相同产生相长干 涉，而在另一区域内产生相 消干涉，使各阵元发射的超 声波在焦点处会聚，换能器 辐射的波阵面等效一个凹面 发射源。
2．容积三维成像 它的成像原理和自由臂三维的成像原理一样，区别在
于设计了专门的容积探头，提高了成像速度，可以瞬间重建，所以也有 准实时三维的叫法。
3．实时三维成像（四维） 其成像原理是通过探头发出呈矩阵排列的扫
描线，一次采集得到容积的成像信息，进而形成三维影像。
第四节 超声成像新技术
一、三维成像技术
M超显示图
第一节 概述
三、医学超声成像技术
近10年以来, 随着临床医学的发展和科学技术的进步, 超声
影像技术在成像方法、探头、信号检测与处理方法及临床应用 软件等方面都取得了长足的进步, 使图像质量和分辨率越来越 高。
各类超声图
第一节 概述
（一）换能器技术的发展---高密集、小曲率、高频率。 （二）计算机平台技术---电脑化超声诊断仪。 （三）宽频带成像技术---全面采集回波中隐含的丰富信息。
（一）换能原理---压电效应 1880年法国科学家居里兄弟发现。
---正压电效应：施力产生电。
---负压电效应：加电产生力（振动）。
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压电效应示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 1.柱形单振元探头 主要用于A超、M超。 外壳 电极引线
声学绝缘层 垫衬吸声材料
声透镜 匹配层
压电振子
电极引线 垫衬 电子线阵探头前端示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 4.凸形探头 凸形探头的结构原理与线阵探头相同，只是振元排列成凸 形。但相同振元结构凸形探头的视野要比线阵探头大 。
凸形探头外观图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 5.相控阵探头
第四节 超声成像新技术
二、谐波成像技术
（一）组织谐波成像 组织谐波成像是利用宽频探头，接收组织对发射波非线性调制 而产生的高频基波信号及谐波信号，采用滤波技术，去除基波 信号，仅利用谐波来进行成像，在信号处理过程中常采用实时 平均处理，增强较深组织的回声信号，改善图像质量，提高信 噪比。 （二）对比谐波成像 对比谐波成像是指用超声造影剂的谐波成像。
A超基本结构与工作原理图
第一节 概述
（二）B型：借助于 换能器或波束的动态 扫描，获得多组回波 信息，并把回波信息 调制成灰阶显示，形 成断面图像，因此也 称断面显像仪。
B超显示图
第一节 概述
（三）M型： M型超 声诊断仪是一种单轴 测量距离随着时间变 化的曲线，用于显示 心脏各层的运动回波 曲线。图像垂直方向 代表人体深度，水平 方向代表时间。
第二节 B超基本结构与工作原理
二、模拟B超
（一）发射单元；（二）接收单元； （三）信号处理与图像形成单元；（四）系统控制单元
B超结构框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（一）发射单元---发射单元是指把控制单元给出的触发逻辑信号
（DP）调制成探头振元所需的激励脉冲信号的单元电路。
发射单元框图
第二节 B超基本结构与工作原理
第三节 超声多普勒成像
一、超声多普勒技术
（二）多普勒技术的医学应用
应用多普勒效应测定血流速度的基本原理
应用多普勒效应测定血流速度的基本原理示意图
第三节 超声多普勒成像
二、多普勒信号的显示
（一）振幅显示
振幅显示图
第三节 超声多普勒成像
二、多普勒信号的显示
（二）频谱显示
频谱显示图
第三节 超声多普勒成像
控制采样脉冲方式数字波束合成框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（一）全数字B超的关键技术
1.数字波束形成 （2）基于双口RAM方式
基于双口RAM方式数字波束合成框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（一）全数字B超的关键技术
2.数字信号处理---全数字B超数字信号处理的核心内容是检 波，用以完成这个任务的电路称为检波器。 （1）绝对值包络检波器
彩色多普勒血流成像系统框图
第四节 超声成像新技术
目录
一、三维成像技术
二、谐波成像技术
三、介入性成像技术
四、组织弹性成像技术
第四节 超声成像新技术
一、三维成像技术
（一）三维超声技术的发展
三维超声的发展可分为三个阶段。
1．自由臂三维 其成像方式是利用二维探头对目标进行一个面一个面的 扫查，获得多个二维图像信息，再将二维图像信息重建为三维立体影像。
二、谐波成像技术
谐波与基波能量关系图
第四节 超声成像新技术
二、谐波成像技术
（一）组织谐波成像 组织谐波成像是利用宽频探头，接收组织对发射波非线性 调制而产生的高频基波信号及谐波信号，采用滤波技术，
去除基波信号，仅利用谐波来进行成像，在信号处理过程
中常采用实时平均处理，增强较深组织的回声信号，改善 图像质量，提高信噪比。
（四）超声造影成像技术---突出感兴趣区域的图像。
超声探头与工作站
第二节 B超 基本结构与工作原理
目录
一、医用超声探头 二、模拟B超
三、全数字B超
第二节 B超基本结构与工作原理
一、医用超声探头
（一）换能原理
（二）基本结构
（三）超声场 （四）组合扫描 （五）声束的聚焦
第二节 B超基本结构与工作原理
第三节 超声多普勒成像
目录
一、超声多普勒技术 二、多普勒频移信号的显示
三、超声多普勒成像系统
第三节 超声多普勒成像
一、超声多普勒技术
（一）多普勒效应
当声源、接收器、介质之间存在相对运动时，接收器收到超声频率和超
声源的频率之间产生的差异，这种现象称为多普勒效应，其变化的频差 称多普勒频移。
多普勒效应示意图
绝对值包络检波器框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（一）全数字B超的关键技术
（2）正交包络检波器
正交包络检波器框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二） 全 数 字
B
超 分 析
DP-9900型B超系统结构框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二） 全 数 字
B
超 分 析 DP-9900型B超系统各板与母版连接图
二、多普勒信号的显示
（三）彩色显示
彩色显示原则图
第三节 超声多普勒成像
三、超声多普勒成像系统
1.连续波多普勒成像系统
连续波多普勒成像系统框图
第三节 超声多普勒成像
三、超声多普勒成像系统
2.脉冲多普勒成像系统
脉冲多普勒成像系统框图
第三节 超声多普勒成像
三、超声多普勒成像系统
3.彩色多普勒血流成像系统
一、发展简史
20纪初，物理学家朗 之万（langevin）首 次研制成了石英晶体超 声发生器。 1946年，出现A 型超声反射法探 测疾病。 1955年，出 现M型超声 诊断方法。
20世纪60年代中 期，开始研究机 械式或电子的快 速实时成像法。
20世纪80 年代，彩 色多普勒 超声用于 临床
20世纪90年代以来，全 数字化技术、三维超声 成像技术等技术的出现 和不断发展，
（二）接收单元---接收单元是指探头接收到反射超声波，将其转换成
电信号输送开始到回波信号合成为止的单元电路。
接收单元框图
第二节 B超基本结构与工作原理
（三）信号处理与图像形成单元---信号处理与图像形成单元是
指回波信号合成后进行一系列处理，最后形成全电视信号的单元电路。
信号处理与图像形成单元框图
第二节 B超基本结构与工作原理
信号，并接受键盘命令，从而完成超声的发射、接收以及
DSC处理的各种任务。
第二节 B超基本结构与工作原理
三、全数字B超
（一）全数字B超的关键技术 （二）全数字B超分析
第二节 B超基本结构与工作原理
（一）全数字B超的关键技术
1.数字波束形成 数字波束形成关键是波束合成，波束合成 简单地说就是延时求和。 （1）控制采样脉冲方式
压电晶体 保护面板 柱形单振元探头示意图
电极
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 2.机械扇扫探头 早期用于B超。
机械扇扫探头示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 3.电子线阵探头 现代常用。 外壳
二极管开关 控制器 阻尼垫衬
多元换能器 电子线阵探头示意图
声透镜
第二节 B超基本结构与工作原理
第四节 超声成像新技术
二、谐波成像技术
超声波在人体传播过程中，表现出明显的非线性。回波信 号受到人体组织的非线性调制后产生基波的二次三次等高 次谐波，其中二次谐波幅值最强，用回波的二次等高次谐 波成像的方法叫做谐波成像。
第四节 超声成像新技术
二、谐波成像技术
谐波非线性变化示意图
第四节 超声成像新技术
医学影像设备学 第七章 超声成像设备
上海健康医学院 李哲旭 牡丹江医学院 朱险峰
重点难点
医用超声探头基本结构与工作原理
B超的基本结构与工作原理
超声多普勒成像技术
三维超声成像技术
超声谐波成像技术 超声弹性成像技术
第一节 概
述
目录
一、发展简史
二、分类
三、医用超声成像技术
第一节 概述
（四）系统控制单元 它主要由中央处理器CPU、程序存储器ROM、工作存储
器RAM、读/写控制电路、取样时钟发生器、DP脉冲发
生器、数据输出接口电路、收/发控制（ROM）产生电路、 电视同步信号产生（ROM）电路、字符、标志形成电路、 键盘电路等组成。CPU在ROM程序和相应硬件的支持下， 以及在系统时钟和屏幕显示时钟的控制下，发出各种控制
第二节 B超基本结构与工作原理
2.矩形声源的超声场
Байду номын сангаас
单个与多个矩形换能器超声场示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（四）组合扫描 1.组合顺序扫描 用电子开关顺序切换 方式，将相邻m个振元 构成一个组合，接入发 射/接收电路的振子， 使之分时组合轮流工作 ，产生合成超声波束发 射并接收。
组合顺序扫描示意图
第一节 概述
二、分类
（一）A型：是利用超声波的反射特性来获得人体组织内的有 关信息，从而诊断疾病的。当超声波束在人体组织中传播遇到 不同声阻抗的两层邻近介质界面时，在该界面上就产生反射回 声，每遇到一个界面，产生一个回声，该回声在示波器的屏幕 上以波的形式显示。
A型成像显示图
第一节 概述
A超基本结构与工作原理
（二）三维超声成像原理
三维超声成像过程包含下面几个步骤：数据采集、三维重建、三维影像
可视化和三维影像操作。 （三）三维超声影像优势
1．图像显示直观
2．精确测量结构参数、心室容积、心内膜面积等 3．准确定位病变组织
4．缩短数据采集时间
随着成像技术的发展和临床应用研究的深入，三维超声成像的空间分辨 率和时间分辨力得到提高，普遍应用于临床是必然的趋势。
电子聚焦示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
3.动态电子聚焦
aim： 在整个探测深度范围内，波束都能有良好的会聚。
method：发射波在动态触发脉冲的控制下形成动态聚焦。
动态电子聚焦示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
二、模拟B超
（一）发射单元 （二）接收单元 （三）信号处理与图像形成单元
（四）系统控制单元
第四节 超声成像新技术
三、介入性成像技术
介入性超声成像是在超声显像
基础上，应用超声显像仪通过
侵入性方法达到诊断和治疗的 目的。可在实时超声引导下完 成各种穿刺活检、X线造影、 抽吸、插管、局部注射药物等。
第四节 超声成像新技术
四、组织弹性成像技术
组织弹性成像技术（Tissue Elastography）是以弹性 这一个物理特征作为成像因素而形成的影像 （一）超声弹性成像研究 1.超声弹性成像 2.弹性图与声像图的区别 （二）超声弹性成像的方法 1.施以动态应力 2.施以静态应力
第二节 B超基本结构与工作原理
（四）组合扫描 2.组合间隔扫描 ---d/2扫描 ---d/4扫描
组合间隔扫描示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
焦可以提高横向分辨力，在治疗中往往将超声波能量集中在肿瘤上 或体内结石上。 1.声学聚焦
（五）声束的聚焦---聚焦是诊断和治疗的需要，在诊断中聚
声学聚焦示意图
第四节 超声成像新技术
四、组织弹性成像技术
（三）弹性成像的相关技术 1.压迫性弹性成像 2.间歇性弹性成像 3.振动性弹性成像
相控阵探头示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（二）基本结构 6.矩阵探头 矩阵探头是近几年出现的多平面超声探头，主要应用于实 时三维超声成像。
矩形探头外观及振元排列示意图
第二节 B超基本结构与工作原理
（三）超声场---超声能量作用的弹性介质空间 1.单晶圆形声源的超声场---活塞往复运动
圆晶片超声场指向性与轴向声场分布图