超声成像原理
超声成像原理
成像基本原理
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（二）超声成像的类型和显示方式 超声成像的主要类型有二维、M型和D型。其间成像技术和显示方式有所不同，分
述如下。 1.二维超声：常简称为B型超声。其采用多声束对选定切面进行检查，并以每条声
束的所有回声依各自的回声时间（代表深度)和强弱，重新组成检查切面的二维图像。 图像上的纵坐标代表回声时间即回声深度，而回声的强弱则用不同辉度的光点来表示， 故属于辉度调制型显示。在二维声像图上，根据组织内部声阻抗及声阻抗差的大小， 将人体组织器官分为四种声学类型
M型超声主要用于检查心脏和大血管。通过评估距离一时间曲线，可以检测房室和主 动脉径线，左右室壁和室间隔厚度，瓣膜运动幅度和速度以及左右室收缩功能等。
超声检查方法
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（四）超声成像的新技术
①组织多普勒成像：是应用多普勒效应，以频谱方式定量分析心肌局部运动的检查技术； ②彩色多普勒能量图：成像参数为血流中与散射相对应的能量信号，主要与红细胞相对数 量有关，从而为评估病变内血管和血流灌注提供重要信息； ③声学造影：原理是人为向血流内注人与血液声阻抗不同的微气泡，致血液的散射增强， 呈云雾状回声，从而为疾病的超声诊断提供新的信息； ④声学定量(AQ）：可实时自动检测血液与组织界面，主要用于心功能评估；应用AQ原理， 还可获得不同时相心内膜运动不同色彩的编码图，即彩色室壁动态分析图，用于检测室壁运动 异常；
成像基本原理
（二）超声成像的类型和显示方式
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超声设备与超声成像性能
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（一）超声设备
超声设备主要由换能器(常称为探头）、主机和信息处理系统、显示和记录系统组成。 换能器(探头)兼有超声波发生和回声接收功能。 按应用分类方式分类：有体外探头、体内探头、穿刺活检探头之分 按探头中换能器所用振元数目分类：有单元探头和多元探头之分； 按波束控制方式分类：则有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等； 按探头的几何形状分类：用在不同诊则有矩形探头、柱断部位的各型探头、弧形探头 类超生探头（又称凸型）、圆形探头等； 主机和信息处理系统负责设备运转，包括超声波的发射、接收，信息采集和处理。 显示和记录系统用于实时显示图像和资料保存。由显示屏(荧屏）、打印机、照相机、录 像装置组成。
超声波医学成像工作原理
超声波医学成像工作原理超声波医学成像是一种非侵入式的诊断技术，可以通过声波的传播和反射来获取人体内部的结构和组织信息。
它在临床上广泛应用于检测和诊断肿瘤、器官损伤、妊娠等多种医学领域。
本文将详细介绍超声波医学成像的工作原理。
一、超声波的产生超声波是指频率超过20kHz（人耳听觉范围）的声波。
在超声波医学成像中，超声波的产生主要依靠压电效应。
当施加交变电压于具有压电特性的晶体或陶瓷材料上时，晶体或陶瓷会发生机械振动，从而产生超声波。
二、超声波的传播和反射超声波在物质中的传播速度与介质的密度和弹性有关。
一般来说，在软组织中，超声波的传播速度约为1540米/秒。
当超声波遇到两种介质界面时，会发生反射和折射现象。
反射是指超声波从介质界面上反射回来，而折射是指超声波在两种介质之间发生方向改变。
三、超声波成像的原理超声波成像利用超声波在人体组织中的传播和反射特性来获得人体内部结构的信息。
具体而言，超声波成像主要分为超声波的发射和接收两个过程。
在超声波的发射过程中，医生将超声波探头放置在患者身体表面，并通过控制仪器发出超声波脉冲。
超声波脉冲通过介质传播后，遇到不同组织界面会发生反射，部分能量会返回到探头。
在超声波的接收过程中，探头上的压电晶体会将接收到的超声波信号转化为电信号。
这些电信号经过放大和处理后，可以生成图像，并通过显示屏展示出来。
四、超声波成像的模式超声波成像有多种模式，常见的包括B超、彩色多普勒超声和三维超声。
B超，即亮度超声，是最常用的超声波成像模式。
它通过反射超声波的亮度变化来显示图像。
B超图像以灰度形式展示，明亮的区域代表回波强，而暗淡的区域则代表回波弱。
彩色多普勒超声用于检测血流，可以显示血流方向和速度分布。
彩色多普勒超声通过测量血液回波的多普勒频移来计算血流速度，并以彩色形式在B超图像上显示。
三维超声是一种高级的超声模式，它可以实时获取物体的三维图像。
三维超声利用多个二维图像拼接而成，可以提供更加全面的结构信息。
超声成像原理
c、强回声：反射比较强，回声明亮，也可 伴有声影或多重反射。纤维组织（包 膜）、结石、钙化灶、气体。
d、高回声：回声强度介于等回声与强回声 之间。
e、无回声：均匀液体内无声阻抗差异的界 面既呈无回声暗区。胆汁、尿液、血液。
正常人体各种组织的回声表现：
1、强回声：气体、骨皮质、软骨组织、纤维结 缔组织
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者头侧，图右为患者足 侧，图上为背，图下为腹。
侧卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者足侧，图右为患者头 侧，图上为背，图下为腹。
（三）图像分析的内容
观察分析超声图像时，首先应了解切面 方位，以便于认清所包括的解剖结构， 并注意分析以下内容 。
骨>肌肉>肝脾>肾、血液>乳腺>水>脂 肪>肺>空气
（四）超声波的特性
1、方向性：直线传播 2、声衰减现象：扩散、散射、组织对声
能的吸收 3、多普勒效应（Doppler效应）：声源
与接受体之间存在相对运动，产生频率 变化。
超声遇到活动的界面，散射或反射回声 的频率发生改变，又名多普勒频移。界 面活动朝向探头时，回声频率升高，呈 正频移；界面活动背离探头时，回声频 衰减低，呈负频移。频移的大小与活动 速度呈正比。
（4）光环——回声呈环状。
（5）光带——回声光点连续排列呈明亮的 带状或线状。
（6）声晕——结节外周呈1~2mm无回声 环形围绕者。肝癌。
（7）声影——声速经过声阻抗差别大及声 衰减系数较大的障碍物时，声能明显衰 减，后方出现条状暗区称为声影，多见 于结石、钙化及致密结缔组织回声之后。
超声多普勒成像的基本原理
超声多普勒成像的基本原理
超声多普勒成像是一种利用声波的多普勒效应来观测物体运动和血流速度的成像技术。
它的基本原理如下：
1. 声波的传播：超声波是一种机械波，通过超声探头发射频率高达几百万赫兹的声波，并经由介质传播。
声波在介质中传播时，会与组织中的不同结构发生相互作用。
2. 多普勒效应：当声波与运动物体相互作用时，会出现多普勒效应。
多普勒效应是指当发射声波的源和运动物体之间有相对运动时，声波的频率会发生变化。
当物体远离声源时，声波频率降低；当物体靠近声源时，声波频率增加。
3. 血流速度测量：在超声多普勒成像中，探头会发射连续的超声波，它们经由组织传播并与血液相互作用。
通过测量声波的频率变化，可以计算出血流速度。
这是因为血液中红细胞的运动与组织之间存在相对运动，从而引起声波频率的变化。
4. 彩色多普勒成像：彩色多普勒技术可以将测得的血流速度信息以彩色显示在图像上。
不同颜色对应不同的血流速度，利用这一特性，医生可以在显示屏上直观地观察血流速度的分布和流动方向。
总的来说，超声多普勒成像利用声波的多普勒效应来观测物体运动和血流速度。
通过测量声波频率的变化，可以绘制出物体或者血流的速度分布图像，为医生提供重要的诊断信息。
超声波成像的成像原理
超声波成像的成像原理
超声波成像的成像原理主要涉及三种基本超声原理：反射原理，衍射原理和散射原理。
1.反射原理：当超声波遇到物体表面时，部分声波将会反射回饱满张力网络，而其他声波会从物体表面转入物体内部；
2.衍射原理：当声波遇到狭窄的物体入口时，衍射现象会发生。
这种衍射现象会使得声波在不可视的隐形内部物体表面折射，散射多次;
3.散射原理：当声波经过障碍物或具有各种大小形态的结构时，部分声波会被障碍物以及结构所吸收，而另一部分会发生散射。
这种散射现象比反射和衍射效应更为显著，用以表征不同结构的超声利用散射信号来建立图像，这种图像被称为回应图像（RF）。
超声的成像原理与应用
超声的成像原理与应用1. 引言超声成像技术是一种利用超声波在人体内部产生反射、散射、传播的特性，通过接收反射回来的超声信号，将其转化为图像展示的一种医学成像技术。
超声成像具有无创、无辐射、实时性强等优点，在医学领域得到了广泛的应用。
本文将介绍超声成像的原理和应用。
2. 超声成像原理超声成像利用超声波的机械振动与压缩传播原理实现对人体内部结构的成像。
具体包括以下几个步骤：2.1 超声波的发射与接收超声成像系统通过超声探头发射超声波，并接收由体内组织反射回来的信号。
超声波是由高频振动的声源产生的，发射到人体内部后，会遇到组织的不同介质边界从而发生反射和散射。
2.2 超声波的传播超声波在传播过程中，会受到组织的声音的吸收和散射。
不同的组织对超声波有不同的声阻抗，这会导致超声波在组织内部的传播速度发生变化。
根据这种速度差异，可以得到不同组织的声速和密度信息。
2.3 超声成像图像的生成超声成像系统将接收到的超声信号转化成电信号，通过一系列信号处理，最终生成可视化的超声成像图像。
在图像生成的过程中，需要对声波传播的时间和强度进行计算和处理，从而得到不同组织的结构信息。
3. 超声成像应用超声成像技术在医学领域有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：3.1 超声诊断超声成像用于医学诊断，常见的应用包括妇科超声、心脏超声、泌尿系统超声等。
通过超声成像，可以观察到人体内部器官的结构和功能，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
3.2 超声检测超声成像在工业领域也有广泛的应用，例如检测金属材料的缺陷、测量液位、检查管道堵塞等。
通过超声波的传播和反射，可以获取到物体的内部结构和状态信息。
3.3 超声治疗超声技术还可以用于医学治疗，例如利用高能超声波进行肿瘤消融和溶石治疗等。
超声波的高能量可以对病灶进行精确的摧毁，达到治疗的效果。
3.4 超声导航在手术操作中，超声成像可以作为导航工具，帮助医生准确定位和定位手术目标。
通过超声成像技术，医生可以实时观察手术过程，减少手术风险。
超声波成像技术的原理和应用
超声波成像技术的原理和应用超声波成像技术是一种医学图像学方法，利用声波传播在物体内部时的反射和散射特性来形成图像。
它已成为现代医学中最常用的成像技术之一，因为它非侵入性、安全、无副作用，可以在实时、高分辨率的情况下得到详细的解剖信息。
超声波成像的原理是基于超声波在介质中传播时产生的反射和散射。
超声波是高频机械波，其频率通常在1-20MHz之间，比可见光的频率还高。
当超声波遇到两个不同介质的边界时，部分超声波被反射回来，部分超声波被穿透到新的介质中。
这些反射和散射的声波信号被超声探头捕获并转换为电信号，然后通过计算机处理形成图像。
超声波成像技术有多种应用。
最常见的应用是肝、胰腺、乳腺、甲状腺、心脏等内脏器官的成像，因为这些器官无法通过其他成像方法得到详细的解剖信息。
此外，超声波成像也用于检测畸形儿的出生缺陷，以及女性妊娠期间的孕妇健康状况。
超声波成像技术有两种主要类型。
第一种是二维超声技术，它在病灶部位以不同角度产生扫描，用计算机将这些图像整合在一起，形成一个整体图像。
第二种技术是多普勒超声技术，它使用声波的多普勒效应来检测血流速度和方向，用于评估器官的血流情况。
超声波成像技术的一大优势是它是非侵入性的，不需要使用放射性物质或注射剂，因此不会对受检者造成任何副作用。
此外，它可以提供实时的图像，使医生可以及时看到病变的位置和形态。
它也是一种相对便宜的成像技术，对于那些无法承受昂贵成像技术，如核磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）的患者尤其重要。
尽管超声波成像技术在医学领域得到广泛应用，但它也具有其他领域的应用。
例如，它可用于检测材料的质量和裂缝，用于生物研究中对生物组织的分析、评估和测量。
由于它的非侵入性和实时性，也被用于生物医学工程、机器人技术和虚拟现实等领域的研究。
总之，超声波成像技术是一种非常重要的成像技术，已广泛应用于许多医学领域和其他领域。
它的发展使医生能够获得诊断和治疗疾病所需的详细解剖信息，帮助提高疾病的识别和治疗水平。
超声波成像的成像原理
超声波成像的成像原理
超声波成像是一种技术，它可以使用高频声波来显示内部组织的形状和结构。
它是一种非接触的技术，可以通过发射和接收超声波来检查器官及其血管系统的状况。
超声波成像技术是诊断技术中最受欢迎的技术之一，它可以以无损的方式，快速准确地识别疾病。
超声波成像的工作原理是向器官发射超声波，然后将接收到的超声波信号转换为图像。
超声波在传播过程中从器官反射回来，这种反射受到器官结构及其组织的影响，然后用于构建图像。
超声波成像的主要应用是可以用来检查心血管系统，这是因为它可以检测血管的状况，查看血流速度，以及监测血管的血流量。
超声波也可以用来检查肝脏，胆囊，肾脏，胰腺和脑部组织等器官。
它还可以用于监测胎儿的发育情况，以及检查肿瘤，胎膜破裂，腹腔血肿等情况。
超声波成像技术可以提供精确的诊断信息，而且它不会损害患者的健康，因此被广泛应用于诊断技术中。
它是一种安全，可靠，可靠的技术，可以帮助医生做出准确的诊断，确定最佳治疗方案。
超声成像的的原理
超声成像的的原理
超声成像的原理是利用声波在物体内部的传播及其反射、散射、折射等规律，通过接收和处理声波的回波信号，对物体的内部结构进行成像。
具体原理如下：
1. 发射声波：超声成像系统通过发射器产生高频的声波，常用频率在2-18MHz 之间。
这些声波会以固定的速度在人体组织内传播，通常为1540m/s。
2. 声波的传播：声波在不同组织之间的传播速度会因组织的密度、弹性等特性而有所不同。
当声波从组织间传播时会发生反射、散射和折射等现象。
3. 回波接收：当发射的声波遇到物体内部的界面时，一部分声波会被界面反射回来，并由接收器接收。
接收器会将接收到的声波信号转化为电信号。
4. 信号处理：接收器接收到的声波信号经过放大、滤波等处理后，会进行时延和幅度分析，并将信号转换成图像。
5. 图像重建：通过多次发射声波和接收回波的过程，超声成像系统可以在不同的方向和位置上获取回波信号。
利用这些信号，系统可以通过计算和重建技术生成具有空间分辨率的二维或三维图像。
总的来说，超声成像利用声波在组织内的传播和回波反射的特性，获取物体内部结构的信息，并通过信号处理和图像重建技术生成可视化的图像。
超声成像的基本原理
超声成像的基本原理
超声成像是一种常见的医学影像学技术，它利用超声波在人体组织中的传播和
反射特性来获取人体内部的结构信息。
超声成像的原理基于超声波在不同组织中传播速度不同的特性，通过探测超声波在组织中的传播和反射情况，可以得到人体内部器官和组织的影像。
超声成像的基本原理可以分为超声波的发射、传播、接收和图像重建四个部分。
首先，超声波的发射是通过超声探头产生的，探头中的压电晶体受到电压刺激
后产生超声波，这些超声波在人体组织中传播。
其次，超声波在人体组织中的传播受到组织密度和声阻抗的影响，不同组织对
超声波的传播速度和反射特性有所不同。
这些传播和反射的超声波被探头接收并转化为电信号。
接着，接收到的电信号经过放大和滤波等处理后，被送入超声成像系统进行图
像重建。
图像重建是通过计算机对接收到的信号进行处理，根据超声波在组织中的传播和反射情况重建出人体内部的结构图像。
最后，通过图像重建，医生可以观察到人体内部器官和组织的结构，从而进行
诊断和治疗。
超声成像的原理简单易懂，而且无辐射，对人体无害，因此在临床医学中得到
了广泛应用。
它可以用于检查胎儿发育、心脏、肝脏、肾脏、乳腺等器官的病变，对于一些无法进行X线检查的患者，如孕妇和儿童，超声成像尤为重要。
总的来说，超声成像的基本原理是利用超声波在人体组织中的传播和反射特性
来获取人体内部的结构信息。
通过超声波的发射、传播、接收和图像重建过程，可以得到清晰的人体内部结构图像，为临床医学提供了重要的诊断依据。
超声成像技
术的不断发展和完善，将进一步拓展其在医学领域的应用范围，为人类健康保驾护航。
第二节 超声成像原理(最全)word资料
第二节超声成像原理一分类1 脉冲回旋法原理1 由探头发射一定脉冲频率的超声2 接受回声信号，预处理3 存储并进行数字处理4 显示图形包括振幅显示和辉度显示2 差频回声法利用多普勒效应原理1 发生固定频率超声2 接受频率改变的回声信号3比较频差4 显示速度信号3 时距测速法4其他1 非线性血流成像（2次谐波成像方法）2 C型等深度显示3 F型可变深度显示4 T型透射型显示5 全息超声(三维立体)6 3D（三维静止）7 4D（三维运动）A B M 型超声仪比较A型最早使用，发出单束信号，特点：只能看到界面，无法对组织形态学形成主观意识B型发射多束信号（多通道）看不到器官的蠕动M型单通道随时间改变，可看到器官的蠕动第三节超生的处理一实时成像：处理时每秒24帧以上静态成像二声束聚焦1 定义通过外部条件使得声场部分发生改变从而提高声像图的分辨力的技术称为声束聚焦2 非电子聚焦主要用来提高横向分辨力（1）声透镜<最主要>（2）声反射镜（3）压电材料凹面以上三种焦点固定3 电子聚焦多元（多振子）通过相位控制实现聚焦，主要改变纵向分辨力焦点位置可变（1 采用分段式聚焦2 折线式）三放大器动态范围最大可达80—120dB，要求对强信号的放大不能失真，弱信号不能缺失四TGC/DGC时间（深度）增益补偿1 定义通过对声像信号进行放大处理达到不同深度区的信号具有相同的强度五数字扫描转换（DSC）组成部分：1 A/D转换（采样频率要大于信号频率两倍以上，对信号强度要进行灰阶表示，保证信号不失真）2 前处理（包括压缩，串行→并行<慢写>）3 图像存储器：若要实现实时显示超声图像，可采用先写进的先读出的方式;若要将图像放的，可对写入的每一单元数据重复两次读出，使一次超声扫描获得的信息在荧光屏上相邻的两条扫描线上显示;若要将图像冻结，可停止存储器的写入，并对已存储的一帧图像数据重复不断地，则屏幕上显示一幅静止的图像。
超声成像原理
超声成像原理超声成像是一种非常有用的医学诊断技术，它可以提供关于内部结构和功能的精确图像。
它使用声波来检查器官，肌肉，血管，软组织和关节，以及检测癌症，肿瘤，结石等。
它可以在几分钟内获得高质量的图像，而且不会对患者造成任何伤害。
一、超声成像的原理超声成像是一种医学影像技术，它通过发射和接收高频声波来检测器官，肌肉，血管，软组织和关节，以及检测癌症，肿瘤，结石等。
它使用一个发射器发射声波，然后通过接收器接收反射回来的声波。
反射回来的声波将被转换成图像，以显示器官的结构和功能。
超声成像的原理是基于声波的反射原理。
当声波撞击某个物体时，它会反射回来，而反射回来的声波的强度取决于物体的密度，形状，硬度和湿度。
声波反射回来的时间也可以用来测量物体的距离。
二、超声成像的优点1. 无创性：超声成像是一种无创性的检查方法，它不会对患者造成任何伤害。
2. 快速：超声成像可以在几分钟内获得高质量的图像，而且不需要患者做任何准备。
3. 精确：超声成像可以提供关于内部结构和功能的精确图像，可以检测癌症，肿瘤，结石等。
4. 价格实惠：超声成像的成本比其他影像技术要低得多，因此更加实惠。
三、超声成像的应用超声成像在医学诊断中有着广泛的应用，可以用来检查心脏，肝脏，肾脏，胆囊，膀胱，甲状腺，乳腺，脊柱，关节，肌肉，血管，软组织，淋巴结，检测癌症，肿瘤，结石等。
它也可以用来诊断妊娠，检测胎儿的发育情况，诊断胎儿的某些遗传性疾病，以及诊断其他器官的疾病。
四、超声成像的局限性1. 灵敏度低：超声成像的灵敏度比其他影像技术要低，因此它不能检测出某些低密度的结构。
2. 干扰：由于超声成像受到空气的影响，所以它会受到空气干扰，影响图像的质量。
3. 尺寸限制：超声成像的检查范围有限，因此它不能用于检查大型器官。
4. 深度限制：超声成像的深度有限，因此它不能用于检查深层结构。
总结超声成像是一种有用的医学诊断技术，它可以提供关于内部结构和功能的精确图像。
超声成像原理
超声成像原理
超声成像是一种利用超声波来获取人体内部结构信息的医学诊断技术。
它通过将高频超声波传入人体内部，然后接收回波并对其进行处理，最终生成人体内部结构的图像。
超声成像原理主要包括超声波的产生、传播、接收及成像处理等几个方面。
首先，超声波的产生是超声成像的基础。
超声波是一种高频声波，它是通过压电晶体产生的。
压电晶体受到外加电压时，会发生形变，产生机械振动，从而产生超声波。
这些超声波经过适当的声学透镜和换能器后，可以形成一束束平行的超声波束，然后传入人体内部。
其次，超声波在人体内部的传播是超声成像的关键。
超声波在人体组织中传播时，会发生多次的反射、折射和散射。
这些反射、折射和散射的过程会使得超声波在不同组织之间产生不同的传播速度和衰减程度，从而形成回波信号。
接着，超声波的接收是超声成像的另一个重要环节。
回波信号会被接收探头接收到，并转换成电信号。
然后，这些电信号会被放大、滤波和数字化处理，最终形成一幅幅图像。
最后，成像处理是超声成像的最终环节。
通过对接收到的回波信号进行处理，可以得到人体内部结构的图像。
成像处理的方法有B超、多普勒超声等，它们可以根据回波信号的不同特点来生成不同类型的图像，从而为医生提供更多的诊断信息。
总的来说，超声成像原理是通过产生、传播、接收和处理超声波来获取人体内部结构信息的技术。
它具有无创、安全、实时等优点，在医学诊断中得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步，超声成像技术也在不断发展，为医学诊断提供了更多更好的帮助。
超声成像原理
③舒张期末是将要进入下一个收缩期的舒 张期最末点
A
31
④窗为无频率显示区
⑤中间水平线（横轴线）代表零频移线 （基线），在横轴上方为正频移，表示 血流朝向探头，横轴下方为负频移，表 示血流背离探头。
⑥振幅的高低代表频移的大小，即血流速 度的快慢。
（1）A型：基本已淘汰。 （2）B型：为辉度调制型。也称二维超声。
一个平面由X轴和Y轴形成的坐标表 示，Y轴代表时间，X轴代表范围。将单 条声束传播途径中遇到各个界面所产生 的一系列散射和反射回声的强度，在示 波屏时间轴上以光点的辉度表达。声束
A
24
顺序扫切脏器时，每一单条声束线上的光点群 按次分布在X轴上，形成一切面声像图。
A
8
（一）超声波的定义
振动的传播称为波动（波）。波动分为两大类— —机械波和电磁波。
超声波：是指振动频率超过2万Hz的机械波，称 为超声波。
诊断用的超声波频率通常为2.5~10MHz。 横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直 纵波：质点的振动方向与波的传播方向平行
A
9
A
10
（二）超声波的物理参数
包括3个重要Leabharlann 念：①回声界面以光点表达；
②各界面回声振幅（或强度）以辉度（灰度）表 达；
③声束顺序扫切脏器时，每一单条声束线上的光 点群按次分布成一切面声像图。
A
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（3）M型：为活动显示型。获得“距离－时间”曲 线。
其原理为：
①单声束取样获得界面回声；
②回声辉度调制；
③示波屏y轴为时间轴，代表界面深浅； ④示波屏x轴为另一外加的慢扫描时间基线，代表
1、波长：λ 2、频率：f 3、声速：c。声波在人体中平均速度为
超声波成像的物理原理与应用
超声波成像的物理原理与应用
一、超声波成像的物理原理
超声波成像是利用高频声波在组织中的传播和反射来得到图像。
声波在物质中传播时，会与不同类型的组织产生不同的相互作用，进而反射回来。
这些反射波在接收器上被接收，然后被转换成电
信号，通过计算机处理生成图像。
声波的频率越高，分辨率越高，但穿透力越差。
选择适当的频
率是根据不同部位和病变的要求而定。
声波在组织中不同介质之间产生反射的原理是：超声波在经过
不同介质交界面时，反射波的强度与界面的反射系数成正比。
二、超声波成像的应用
1. 临床医学
超声波成像在医学领域应用广泛。
它可以用于检测妇科疾病、
乳腺疾病、腹部疾病和心脏病等。
在体内超声是一种安全且无创
的检测技术，与 X 光检查相比，其不会产生辐射，对人体无害。
2. 工业检测
超声波成像在工业领域也被广泛应用。
它可以检测金属材料的
缺陷，如管道裂缝和焊接点的损坏。
超声波成像还可以用于测量
材料的厚度和检测流体中的气泡等。
3. 环境监测
超声波成像可以用于测量大气层和海洋中水中的气泡和浮游生物等，以分析环境的生物多样性。
4. 生命科学
超声波成像技术在生命科学领域也有广泛应用。
它可以用于预测小鼠生长、判断种子健康状况、测量胚胎尺寸和体积等。
五、总结
超声波成像技术已成为现代医学和工业等领域中的必备技术工具之一。
它不仅可做到无创、无辐射，而且成像效果精准可靠，被广泛应用于临床医学、工业检测、环境监测和生命科学等多个领域。
第10章 超声成像原理 20131211
23
10.2 超声波的物理属性
声压透射系数:衡量超声在不同介质中透射能量的大小 声压透射系数
pt tp pi
piBiblioteka viirpr
Z1 c1 c2 Z2
vr
如图
t vt
由声压连续和法向速度连续可知
pt
pt pi pr cosθi cosθr cosθt Z1 Z1 Z2
结合速度、声压与声阻抗关系联立导出
pi (
cos i ) pr ( ) Z1 Z2 Z1 Z2
pi (
cos i cos t cos r cos t ) pr ( ) Z1 t Z 2 Z1 r Z 2 cos cos t cos
Z cos i Z1 cos t P rp r 2 P Z 2 cos r Z1 cos t i
介质,可在其交界面上产生发射
临床上反射回声带来体内脏器及大界面信息
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人体常见组织的声阻抗
介质名称 密度（103kgm-3） 3) 血液 1.055 血浆 1.027 大脑 1.038 小脑 1.030 脂肪 0.955 软组织（平均值） 1.016 肌肉（平均值） 1.074 肝 1.050 肾 ___ 脑积液 1.000 颅骨 1.658 甲状腺 ___ 速度（ms-1） 1570 ___ 1540 1470 1476 1500 1568 1570 1560 1522 3860 ___ 声阻抗(106 Nsm1.656 ___ 1.599 1.514 1.410 1.542 1.684 1.648 ___ 1.522 5.571 16 1.620-1.660
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10.2 超声波的物理属性
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第一章超声成像原理和妇产超声诊断临床基础
第一节超声成像原理
一、超声波的概念和基本特性
（一）超声波的概念频率在2万赫兹以上的机械振动波，称为超声波（ultrasonic wave），简称超声（ultrasound）。
能够传递超声波的物质，称为传声介质，它具有质量和弹性，包括各种气体、液体和固体；传声介质有均匀的、不均匀的；有各向同性的、各向异性的等。
超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。
（二）超声波的产生医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的，这种换能器又称为探头，能将电能转换为超声能，发射超声波，同时，它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。
探头具有发射和接受超声两种功能。
常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型，探头的类型不同，发射的超声束形状和大小各不相同，而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。
见图1-1-1。
图1-1-1 探头示意
（三）超声波的基本物理量
1．频率（f）：是指单位时间内质点振动的次数。
单位是赫兹（Hz）、千赫（KHz）、兆赫（MHz）。
超声的频率在20KHz以上，而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级，称为高频超声波，常用频率范围2～10兆赫。
频率越高，波的纵向分辨力越好。
周期（T）则是一个完整的波通过某点所需的时间。
有f·T = 1 。
2．波长（λ）：表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离，也就是一个波周期在空间里的长度。
波的纵向分辨力的极限是半波长，因此了解人体软组织中传
导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。
3．声速（C）：是指声波在介质中传播的速度。
声速是由弹性介质的特性决定的，不同介质的声速是不同的。
人体各种软组织之间声速的差异很小，约5%左右，所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时，假设各种软组织的声速是相等的，即采用了人体软组织平均声速的概念。
目前，较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/s。
实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的，因此声像图上显示的目标，无论是脏器或病灶，其位置及大小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论，一般可忽略
声速C、波长λ、频率f或周期T之间的关系符合
4．声强（sound intensity）：当声波在介质中传播时，声波的能量从介质的一个体积元通过邻近的体积元向远处传播。
声强是指超声波在介质中传播时，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的平均能量。
声强的物理意义为单位时间内在介质中传递的超声能量，或称超声功率。
声强小时超声波对人体无害，声强超过一定限度，则可能对人体产生伤害，目前规定临床超声诊断仪安全剂量标准为平均声强小于10mW/cm2。
（四）超声波的传播
1. 声特性阻抗（acoustic characteristic impedance）：声特性阻抗（Z）定义为平面自由行波在介质中某一点处的声压（p）与质点速度（u）的比值。
在无衰减的平面波的情况下，声特性阻抗等于介质的密度（ρ）与声速（C）的乘积。
2. 声特性阻抗差与声学界面：两种介质的声特性阻抗差大于1‰时，它们的接触面即可构成声学界面。
入射的超声波遇声学界面时可发生反射和折射等物理现象。
人体软组织及脏器结构声特性阻抗的差异构成大小疏密不等、排列各异的声学界面，是超声波分辨组织结构的声学基础。
3. 声波的界面反射与折射：超声入射到声学界面时引起返回的过程，称为声反射（acoustic reflection）。
射向声学界面的入射角等于其反射角。
而声波穿过介质之间的界面，进入另一种介质中继续传播的现象，称为声透射（acoustic transmission）。
当超声的入射方向不
垂直于两种介质的界面时，它通过界面进入另一种介质后改变传播方向的过程，称为折射（acoustic refraction）。
见图1-1-2。
当两种介质的声特性阻抗相同或很接近时，为均匀介质，超声波在均匀介质中传播时，没有反射。
两种介质声特性阻抗差异很大时，声波几乎全部反射，没有透射。
这种情况常发生在气体与软组织，或软组织和骨骼、结石所组成的交界面。
虽然人体软组织声特性阻抗差异很小，但只要有1‰的声特性阻抗差，其组成的界面产生的反射波都可被超声诊断仪检测出来，所以超声对软组织有很高的分辨力。
当超声波垂直分界面入射时，可得到最佳的反射效果。
图1-1-2 反射与折射示意图
4. 声波的衍射和散射：界面反射的条件是界面的尺寸要比声波的波长大得多，当声波传播过程中遇到大小与波长相当的障碍物，声波将绕过该障碍物而继续前进，这种现象称为声衍射（acoustic diffraction），超声仪无法检测这类目标。
因此，超声波波长越短，能发现障碍物越小。
这种发现最小障碍物的能力，称为显现力。
能检测到物体的最小直径，称为最大分辨力。
最大理论分辨力等于λ/2。
实际上，仪器的最大分辨力要低于理论值的5~8倍。
声波传播过程中，遇到直径小于波长的微小粒子，微粒吸收声波能量后，再向四周各个方向
辐射球面波，这种现象称为声散射(acoustic scattering)，可出现在不规则的粗糙面上。
在生物组织的介质中，散射现象是声波传播中最普遍、最基本的现象，它是脉冲回波技术的依据，而这一技术已成为绝大多数超声诊断技术的基础。
从广义上来说，除了由介质的吸收以及界面的反射所引起的变化外，由于介质的不均匀性引起入射波时间和空间成份的任何变化都可以定义为散射。
声像图背景中的大量像素来自散射，各种多普勒血流仪也是利用血流中的红细胞在声场内有较强的散射，从而获得人体血流的多普勒频移信号。
见图1-1-3。
图1-1-3 衍射与散射示意图
5. 声衰减：声波在介质内传播过程中，由于介质的粘滞性、热传导性、分子吸收以及散射等因素导致声能减少、声强减弱的现象称为声衰减（acoustic attenuation）。
在绝大多数软组织中，引起声衰减的主要原因是声吸收。
由于声吸收现象，声波传播中的一部分能量被转化为热能，从而使继续传播的声强减弱。
在人体组织中衰减程度一般规律是：骨组织（或钙化）>肌腱（或软骨）>肝脏>脂肪>血液>尿液（或胆汁）。
组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大；液体内含蛋白成分多时声衰减大。
在超声诊断的频率范围内，生物软组织的声
衰减系数大多与频率成正比。
超声波频率越高，分辨力越好，但衰减越强，穿透力越差；反之，频率越低，分辨力越差，但衰减越弱，穿透力越强。
在超声诊断仪中，为使深部回声信息清楚，一般采用STC或TGC调节来补偿声衰减。
6. 超声多普勒效应：当声源与接受体之间存在相互运动时，接受体发觉声的频率发生变化，这种现象称为多普勒效应。
由此效应引起的频率的变化，即发射频率（f0）与运动目标反射波或散射波频率（f）之间的频率差，称为多普勒频移 (Doppler shift)，用符号fd表示。
它符合关系式：
此多普勒公式中，V为运动目标的运动速度，C为声速，θ角为入射波和运动目标运动方向之间的夹角。
由式可见，多普勒频移fd和运动目标的运动速度V成正比；入射波和运动目标运动方向一致时，fd值最大；当运动目标朝探头方向运动时，f值增加，即fd为正值；而运动目标背离探头方向运动时，f值减少，即fd为负值。
见图1-1-4。
在常规临床超声检查的频率范围内，人体体内运动组织产生的频移fd一般都在音频范围。
所以检出fd后，可以监听其发出的响声，如胎儿监护时的胎心音监听以及心血管的血流音监听，同时，亦可以对fd进行频谱分析。
图1-1-4 多普勒效应示意图。