医学超声原理-第十讲---脉冲回波式超声诊断仪

本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基 本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性， 如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程 序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配 技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本 科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及 工程技术工作者参考。
本讲主要内容
一
超声设备概述
问题
在对圆形反射体进行直线扫描时，断层像在入射角大 的一侧，存在明显因反射波造成的缺陷。
解决办法
用以下几种扫描方式
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超声波扫描方式
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超声波扫描方式—电子扫描型超声波诊断装置
电子扫描型超声波诊断装置
把探头固定，用电子开关控制超声波束扫描。在一条 线上配置多个振子。加在各振子上的信号用电子开关 控制，可以任意做成直线扫描、扇形扫描、复合扫描 等方式，从而易于实现实时描绘。
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二、超声成像的物理基础---超声在人体的衰减
衰减现象
超声在人体组织中传播时，声强会随传播距离的增加而减小
衰减因素
第一类是由于声束本身的扩散以及由于反射、散射等原因造成的声强度减弱 第二类衰减是由于介质的吸收引起的。它使声能转化成其他形式的能量（例
如热能）
解决衰减的办法
头前部的压电晶体振子向体内发射超声波 脉冲，再把从人体组织界面反射回来的超 声脉冲，用同一个压电振子接收、放大、 检波后显示在示波器上。
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脉冲回波式成像系统
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A超演示
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与本PPT配套的指定教材
目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是 从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本 科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的 主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理 基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断 原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超 声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练 习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并 提高分析解决问题的能力。为配合双语教学， 本书保留了关键专业词汇的中英文对照。
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图5-1 脉冲波的含义
思考题：该超声成像系统为什么需要脉冲波？连续波可以吗 ？
超声波扫描方式
扫描方式问题的重要性
超声诊断方法中，发射超声脉冲的探头移动方式(超声 波束运动方式)不同，即根据扫描方法的不同，而获得 的断层象也不同。超声束对于生物体内组织反射面入 射角的不同，对反射图象的形成影响很大。
衰减
二
超声成像的物理基础
传播速度
应用原因
三
脉冲回波式成像系统
扫反描射A方折超式射散射
基本B工超作原理
四
脉冲回波式成像系统分类
超声CT
C超
五
其他成像系统
超M声超全息术 Doppler仪
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一、超声设备概述
一、医学超声设备的分类 1.按其用途分类： 超声诊断仪: 向人体内发射超声波，并接收由人体组织反射的回波 信号，根据其所携带的有关人体组织的信息，加以 检测、放大等处理，并显示出来，为医生提供诊断 的依据。 超声治疗仪： 向人体内发射一定功率的超声能量，利用其与生物组 织的相互作用产生的各种效应，对有疾患的组织起 到治疗作用。治疗仪器不需要接受回波与处理回波， 结构较为简单，功率较大。
同步电路的振荡频率一般取f=50～2000Hz。提高振荡频率可增强荧 光屏上的波形亮度，但振荡频率过高，扫描时间就很短满足不了深 度要求
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
扫描电路（锯齿波发生器） 属于直线扫描距离显示，具体要求为：
扫描电路------足够扫描的时间
扫描线的全长所代表的深度，由扫描持续时间决定。 最大的扫描持续时间应与仪器的最大探测深度相适应， 以保证在仪器探测深度内的目标回波均能显示出来。
扫描电路------较短的恢复时间
:扫描电路在休止期间应很快恢复 到 稳 定 状态，以保 证每次产生的扫描电压都相等。
衡量锯齿电压直线性好坏的程度，常用非线性系数δ来表 示。定义：
因为充电电流为
，代入上式得到
i(0)表示充电初始值i(T)表示终止值
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
扫描电路------扫描线的长度
:扫描线的长度由锯齿电压的幅度来决定。当示波管的 偏转灵敏度S。为已知时，如果要获得长度为L的扫描 基线，则锯齿电压的幅度应为
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一、超声设备概述
2.以获取信息的空间分类 一维信息设备， 如Ａ型、Ｍ型。 二维信息设备， 如扇形扫查Ｂ型、线性扫查Ｂ型、凸阵 扫查Ｂ型等。 三维信息设备， 即立体超声设备。 3.按超声波形分类 连续波超声设备， 如连续波超声多普勒血流仪。 脉冲波超声设备 ， 如Ａ型、Ｍ型、Ｂ型超声诊断仪。
本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基 本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性， 如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程 序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配 技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本 科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及 工程技术工作者参考。
一、超声设备概述
4.按利用的物理特性分类 回波式超声诊断仪 如Ａ型、Ｍ型、Ｂ型、Ｄ型等。 透射式超声诊断仪 如超声显微镜及超声全息成像系统。 5.按医学超声设备体系分类 Ａ型超声诊断仪 Ｍ型超声诊断仪 Ｂ型超声诊断仪 Ｄ型超声多普勒诊断仪 Ｃ型和Ｆ型超声成像仪 超声全息诊断仪 超声ＣＴ
(3)超声波在人体传播途中，遇到组织不均匀界 面 时 (声 特性阻抗 不同 )就会产生反射。从人体组织的界面反射系数表可知，大部分 软组织的声特性阻抗差异不是很大的，故只有小部分声能反射回 来，而大部分声能穿过界面继续向前传播，遇到第二个界面时， 又产生反射并仍有大部分声能透过第二个界面继续前进。 回波虽然很小，但是仍能检测出来。
本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基 本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性， 如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程 序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配 技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本 科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及 工程技术工作者参考。
脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
大器 ) 时标电路、锯齿波发生器、显示器等
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a.A超原理框图
b.A超各级波形图
脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation) 由触发信号发生器 (同步电路)
同步电路产生一系列时间相等的触发脉冲(又称同步脉冲)去控制发 射电路、扫描电路等，使整机协调地工作。
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目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是 从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本 科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的 主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理 基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断 原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超 声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练 习与思考ຫໍສະໝຸດ Baidu，以帮助读者巩固书中的内容，并 提高分析解决问题的能力。为配合双语教学， 本书保留了关键专业词汇的中英文对照。
A超基本介绍
A超是超声设备中最基本的形式。 它采用幅度调制型的显示方式， 以锯齿电压去调制示波管水平偏转板上的电压，使得
示波管水平方向显示出代表超声探测深度的时间基线; 以接收到的反射信号去调制示波管垂直偏转板上的电
压，使示波屏垂直方向以波的形式显示出代表反射信 号强弱的回声图。 根据回声图的形态、数值大小及分布情况来判断人体 脏器位置和病变的性质。 它适应于医学各科的检查，广泛用于肝、胆、肾、眼、 子宫、颅脑等疾病的诊断和肿瘤性质的鉴别。
直线性好 扫描线有足够的一长度 足够的扫描持续时间 恢复时间短
触发信号和扫描电压的对应关系如a图 (a),(b)所示
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
扫描电路------直线性
为了使扫描线每单位长度所代表的距离相等，从而减小测距的误 差，要求锯齿电压 (即扫描电压 )应该有良好的直线性
例如：某些恶性肿瘤的传播速度比较高
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声速不同引起的图像伪差
二、超声成像的物理基础---超声在人体的反射、折射、散射
与衍射
声压反射系数公式：
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三、脉冲回波式成像系统
超声成像系统类型1
M超
脉冲回波式成像系统
B
超 A超
C超
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三、脉冲回波式成像系统
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
原理 利用脉冲反射原理，向人体内发射超声波，几
乎以相同的速度在体内传播。超声波碰到声阻抗 不同的组织界面时，有一部分反射到超声探头上， 回波被振子所接收。 超声在体内传播的三种情况
超声脉冲波通过腹壁后，到达组织表面； 体内组织前壁反射一部分超声波脉冲；同样，经过一定时间到达
体内组织后壁时也反射一部分超声； 衰减后的超声波朝体内部前进，当到达体内硬组织表面时，在这
里几乎全部超声都被反射回去。
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
向体内传播从软组织前壁来的回声 从软组织后壁传来的回声 被硬组织完全返回
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
超声回波信号与时间的关系
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
由触发信号发生器 (同步 电路) 高频间歇振荡器 (发射电路 ) 探头 ( 超 声 换 能器 ) 接收电路 (包括高频放大器、检波器、视频放
超声诊断仪器中一般都要设计一个深度补偿电路，或叫做时间增益控制电路
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二、超声成像的物理基础---超声在人体的传播速度
反射超声成像系统中的一个基本假设
超声在人体的传播速度是一样的，实际：除软组织外差异≤5%
不利影响：会使波速产生失真或偏移，从而带来附加的误 差
有利利用：在研究组织断面中传播速度的不同分布，包含 了有用信息
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脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
延时电路
延时电路的延迟时间是可变的，通常采用单稳态电路。 该电路的作用
优点
由于没有机械运动部分，主要优点是耐用；
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两种主要的扫描方式
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两种主要的扫描方式
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超声波扫描方式—电子扫描型超声波诊断装置
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脉冲回波式成像系统
基本工作过程 脉冲反射法是把探头放在人体表面，由探
超声脉冲反射法能在医用超声仪中应用主要原因:
(1)超声波在人体内传播速度比较慢，在发射完仅几微秒的超声脉 冲后，随着超声波在人体内的传播，大约有几百微秒的时间可以 用来接收、放大和处理回波信号。
(2)超声波在人体内大多数软组织中传播速度相差不大，超声波在 人体组织中传播的声速，除气质性脏器和骨组织外，几乎都在 1540m/s左右，声速在决定声特性阻抗 (R=PC)以及回波测距精度 上是一个重要因素。
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第十讲 脉冲回波式超声诊断仪
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