多普勒超声
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§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。
§ 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 ）。
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。
§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。
§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。
§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。
Fra Baidu bibliotek
§产生多普勒效应的原因
§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。
第五节 B型超声成像
知识回顾
§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
§波束的聚焦
声学聚焦 电子聚焦
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）。
§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。
§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。
§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。
§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
• 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。
§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。
§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。
§ 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
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
§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，
§则回声的频移量Δf（由Δf＝ 2f·v／c 可得）约为±450Hz。
• 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）。
§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
§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。
源频率的乘积。
§ 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 ）。
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。
§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。
§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。
§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。
Fra Baidu bibliotek
§产生多普勒效应的原因
§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。
第五节 B型超声成像
知识回顾
§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
§波束的聚焦
声学聚焦 电子聚焦
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）。
§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。
§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。
§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。
§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
• 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。
§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。
§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。
§ 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
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
§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，
§则回声的频移量Δf（由Δf＝ 2f·v／c 可得）约为±450Hz。
• 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）。
§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
§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。