第四章 超声成像(第一节至第四节)

第二声束是3、4、……n＋2
先扫描奇数线，再扫描偶数线 每帧图像由(m一n＋1)条扫描线构成
隔行扫描示意图(m=5，n=80)
二、B型超声成像中的电子扫描
(3)飞跃扫描
飞跃扫描示意图(m=5)
二、B型超声成像中的电子扫描
(4) 半间距扫描
半间距扫描示意图
二、B型超声成像中的电子扫描
(5)半间距飞跃组合扫描
1 t d sin c
c：人体中的声速
相控阵扇形扫描原理图
二、B型超声成像中的电子扫描
扫描按时差对各晶片接收回波进行时差补偿，然后叠加 获得目标空间位置正确信息，完成相控阵扇形扫描信号 接收。
相控阵接收原理图
三、B型超声成像中的图像处理
1.动态范围 在回波信号既不被噪声淹没也不饱和的前提下，允许仪器 接收放大回波信号幅度的变化范围。
半间距飞跃组合扫描示意图
二、B型超声成像中的电子扫描
(6)1/4间距扫描
¼间距扫描示意图
二、B型超声成像中的电子扫描
2.相控阵扇形性扫描
利用线(或面)阵式换能器阵元发射时有一定的相位延迟，
使合成声束的轴线与线阵平面中心线有一夹角，随夹角的 变化可实现扇形扫描。
d：晶片中心距离； t：延迟时间； ：合成声束偏转角度
二、脉冲波多普勒
2.脉冲重复频率对血流测量的限制 脉冲重复频率(PRF)也称采样频率，一般为几千Hz。
(1) 最大探测深度Rmax 下一次脉冲发射之前最后到达换能器的回波信号对应 的位置深部。
Rmax
c 2 PRF
PRF c 2 Rmax
不发生距离模糊的条件
二、脉冲波多普勒
(2)最大多普勒频移fdmax 最大流速vmax产生的多普勒频移 (3)取样定理
回波)，通常界面两侧介质声学性质差
异不大，大部分超声穿过界面继续传播
，至新界面处又产生回波，反射回波主
要携带位置信息。
超声反射回波
一、反射和散射回波
2.散射回波
超声与人体组织脏器相互作用时，其波前方向、幅度、相
位及频率会因组织的非均匀性而发生变化，产生散射回波
，主要携带组织的细微结构信息。 超声成像的信息主要由反射回波和散射回波所携带，如幅 度、频率、相位、时间等含有目标的多种信息。
(3)侧向分辨力
超声换能器长轴方向的分辨力 超声换能器短轴方向的分辨力称为横向分辨力 线阵、面阵及相控阵 换能器有侧向分辨力与横 向分辨力之区别 单晶或环型换能器侧 向分辨力与横向分辨力相 等
空间分辨力示意图
四、B超图像及质量评价
3.对比度分辨力
是对超声图像中相邻两个结构能够加以区分程度的 量度 超声图像对比度是画面上相邻两个结构亮度之比，主 要取决于反射特性和纹理 反射特性主要由生物组织的阻抗特性决定 两种组织的声特性阻抗差越大，其反射强度越大，其 对比度也越好
四、B超图像及质量评价
6.伪像 (1)伪像形成的原因
实际情况下 三个物理假定难满足 技术限制、方法不全 诊断上的主观偏差
四、B超图像及质量评价
1)图像形状与位置失真
声速不同造成散射体位置失真 声特性阻抗差异较大产生反射失真
圆柱体后成像示意图
四、B超图像及质量评价
2)图像亮度失真 声束传播路径上媒质的不均匀性，声速与声衰减变化 及界面存在，改变回波强弱，而改变亮度。 反射或折射回声与原区 域回声叠加引起亮度增强造 成图像失真。
一般仪器在40～60dB 动态范围越大，所显示影像的层次越丰富，影像越清晰
三、B型超声成像中的图像处理
2.数字扫描变换器
将回波的模拟信号转换为数字信号，进行图像后处理。 (1)像素亮度后处理 (2)空间后处理
(3)时间后处理
(4)图像冻结
四、B超图像及质量评价
1.声像图特征
(1)根据图像中的不同灰阶，把回波信号分为：强回声、
B型、M型联用
一、辉度调制式断面图像的形成
4.B型超声与M型超声的主要差别
M型：帧扫描是与时间成线性关系慢变化
显示取样线上各点动态状况
辉度调制 探头固定 B型：帧扫描与声线实际位置严格对应
显示断面图像
辉度调制 声束运动
一、辉度调制式断面图像的形成
5.三种超声成像比较
B超成像原理图
M超、A超成像原理图
PRF 2 f d max
(4)脉冲重复频率对血流测量的限制
2 vcos 由 fd f0 c
得
vmax Rmax
c2 8 f 0 cos
医学影像物理学
第四章 超声成像
主编：南京医科大学 吴小玲 编者：新疆医科大学 马远新 锦州医科大学 王亚平 青 岛 大 学 童家明
第一节 超声回波所携带的信息
一、反射和散射回波 二、超声成像的三个物理假定
一、反射和散射回波
1.反射回波 人体组织和脏器的声速、声特性阻抗不 同，界面上产生反射声波(回波，也称
二、M型超声成像
M型超声心动图（二尖瓣波群）
可进行多种心功能参数的测量 不能获得真正的二维解剖图像 不适用于静态脏器诊查
仅适用于以探头为顶点的90°扇面内
二、M型超声成像
解剖M 型超声成像：利用
计算机软件，逐帧将任意方
向的取样线与每条声束线交 叉点的灰度值及位置信息提 取出来，并加以显示，实现 了二维时序图像中任意方向
生对被检者摆位及运动状态的合理指导，从而有效控制 图像质量。
第四节 频谱多普勒
一、连续波多普勒 二、脉冲波多普勒
一、连续波多普勒
接收频率与发射频率之
差即为多普勒频移fd
2 vcos fd f0 c
连续波多普勒示意图
流速的测量值只取决于多普勒频移值
最大可测血流速度受数字模拟转换器工作速度的限制。
四、B超图像及质量评价
4.时间分辨力
单位时间成像的幅数，即帧频，表示时间分辨力 帧频越高，获取图像的时间越短，即成像速度越快， 其时间分辨力越高 时间分辨力的极限
c N RF 2
多声束技术可突破上式的极限
合理选择R、F和N
四、B超图像及质量评价
5.清晰均匀性 (1)对比清晰度
显示相似振幅、不同灰阶细微差别回声的能力 低对比度条件下、鉴别软组织和细微结构的能力 (2)图像均匀性 整个显示画面的均匀程度
四、B超图像及质量评价
(2)轴向分辨力 超声传播方向上两界面回波不重叠的最小距离 设脉冲宽度t，两界面可测最小距离d，声速c 若使两界面回波刚好不重合，必须满足
1 d ct 2
脉冲宽度愈小，纵向可辨距离d愈小，轴向分辨率 愈高
四、B超图像及质量评价
轴向可分辨示意图
轴向分辨不清示意图
四பைடு நூலகம்B超图像及质量评价
一、连续波多普勒
连续多普勒探头连续地发射和接收脉冲波，多普勒超
声束内所有回波信号均被记录下来。
优点：能测量高速血流 缺点：不能定位
二、脉冲波多普勒
1.距离选通与采样容积 (1)距离选通 选通深度 R
脉冲波多普勒示意图
(2)采样容积
1 cTd 2
V c t S
S ：声束截面积
距离选通与采样容积
解剖M 型超声成像
上灰度、位置-时间函数的
重现。
第三节 B型超声成像
一、辉度调制式断面图像形成 二、B型超声成像中的电子扫描 三、B型超声成像中的图像处理 四、B超图像及质量评价
一、辉度调制式断面图像的形成
1.B型超声成像原理 辉度调制回波； 光点强弱代表回波信号幅度大小； 快速移动声束线逐次获得不同位置界面反射回波；
1.三个物理假定 ① 声束在介质中直线传播。
估计成像方位
② 各介质中声速均匀一致。 估计成像层面
③ 各种介质中介质吸收系数均匀一致。
确定增益补偿等技术参数
二、超声成像的三个物理假定
2.脉冲回波测距
回波位置与往返路程和声速的关系
ct l 2
t ：回波时间 l ：声源至界面距离
脉冲回波测距示意图
二、超声成像的三个物理假定
识别方法：侧动探头、加压探测
四、B超图像及质量评价
3)旁瓣伪像 旁瓣和主瓣同时检测物体，两者回声重复造成
旁瓣伪像示意图
（a）膀胱内有旁瓣伪像；（b）膀胱内无伪像 旁瓣伪像
四、B超图像及质量评价
4)声影 前方有强反射或声衰 减很大的物质存在， 在其后方出现声线不 能达到的区域。
胆结石声像图
四、B超图像及质量评价
一、反射和散射回波
3.超声诊断技术
(1)基于回波扫描的超声诊断技术 利用超声在不同组织中产生的反射和散射回波强度成像。 获取解剖学范畴检测组织形态学信息。 (2)基于多普勒效应的超声诊断技术 利用超声在运动物体散射或反射声波的频移信息成像。 获取器官功能和血流动力学信息。
二、超声成像的三个物理假定
10)折射伪像
（a）胆囊壁重复伪像；（b）胆囊壁无重复伪像 折射伪像示意图 折射伪像
四、B超图像及质量评价
11)声速失真 通过低声速结构的回声接收到得晚，而通过高声速结构的 回声接收到得早，结果使深部的图像失真。平整的表面变 得不平整；甚至使小结构不能显示。
声速失真伪像示意图
四、B超图像及质量评价
由于超声在肝内富含脂肪 的血管平滑肌脂肪瘤(L)中 的传播速度较慢，出现的 肝被膜破裂伪像(左下方三
角箭头所示)。
肝被膜破裂伪像
四、B超图像及质量评价
伪像还可以来自设备硬件的损坏，信号采集、处理、扫描
参数选择，仪器调节不当以及视野大小、位置选择和人体 摆位不当等。
这类伪像的克服或减弱标志着设备运行质量提高，及医
高回声、等回声、低回声和无回声。
回声强度示意图
四、B超图像及质量评价
(2)按显示器上所形成状态，回声形态可划分为:光团、光
斑、光环、光点、光带等。
回声形态示意图
(3)按图像中光点的分布情况可分为：均匀或非均匀、密集 或稀疏等不同类型。
四、B超图像及质量评价
2.空间分辨力
清晰区分细微组织的能力 (1)横向分辨力 在与超声波束垂直平面上能分辨开相邻两点间最小距 离的能力。 超声束直径小于两点间距可将其分辨。
二、B型超声成像中的电子扫描
1.电子线性扫描 以电子开关或全数字化系统控制由若干个晶片并联
起来组成的探头阵元组顺序发射来实现。
(1)常规扫描 n个阵元构成阵元组 m个阵元构成线阵 (m一n＋1)条扫描线组 成一帧线性扫描图像
常规扫描示意图(m=5)
二、B型超声成像中的电子扫描
(2)隔行扫描 防止前一次回波对后一次扫描干扰 相邻阵元组错开两个阵元 第一声束是1、2、……n
5)后方回声增强 当前方的病灶或器官的 声衰减甚小时，其后方 回声强于同深度的周围 组织。
后方回声增强(肝囊肿)
四、B超图像及质量评价
6)侧壁回声失落 超声入射角较大时，反射声转向他侧不复回探头的现象。
侧壁回声失落示意图
侧壁回声失落(睾丸)
四、B超图像及质量评价
7)侧后折射声影 超声从低声速介质进入高 声速介质，在入射角超过 临界角时，产生全反射， 以致其后方出现声影，也 称侧边声影。
侧后折射声影(乳腺)
四、B超图像及质量评价
8)多途径反射伪像 声束非垂直入射到组织内某界面，并反射偏离到另一界 面(不在声束传播方向上)，然后再反射直至被接收，显 示的位置与目标实际位置相差甚远。
多途径反射伪像示意图
四、B超图像及质量评价
9)镜面伪像
镜面伪像示意图
镜面伪像（肝脏血管瘤）
四、B超图像及质量评价
B型超声成像原理图
一、辉度调制式断面图像的形成
2.扫描
声束线沿特定方向的快速移动 线形扫描 扇形扫描
声束的线形扫描与扇形扫描
一、辉度调制式断面图像的形成
3.B型超声心动图
快速连续不断地扫描，可以实现实时动态显示，满足实时 动态显示运动性脏器(心脏)二维形态的B型超声成像也称二 维超声心动图。
二维超声心动图（舒张期）
距离(横轴)正比于反射界面位 置或界面之间的距离.
超声回波成像
二、M型超声成像
辉度调制回波 光点显示回波
光点的强弱代表回波
信号幅度的大小 垂直扫描线(深度方向
，纵轴)多个界面的回波形
成一系列垂直亮点。
M型超声成像原理图
在水平方向（横轴）展开，可构成一幅各反射界面位
置及回波强度随时间变化的活动曲线图。
3.时间增益补偿
时间增益补偿依据假设③建立，按衰减的幅度进行补偿， 增益与扫描时间成正比。
时间增益补偿
第二节 A型超声成像与M型超声成像
一、A型超声成像 二、M型超声成像
四、B超图像及质量评价
一、A型超声成像
幅度调制回波
脉冲波表示反射回波
脉冲的幅度(纵轴)代表反
射回波的强度
脉冲的位置或脉冲之间的
不同类型后方回声示意图
四、B超图像及质量评价
(2)伪像分类 1)混响伪像 多次反射形成
（a）胆囊内显示混响伪像； （b）胆囊内无混响伪像 混响伪像
识别方法：侧动探头、加压探测
四、B超图像及质量评价
2)切片厚度伪像 也称容积伪像
（a）胆囊内显示切片厚度伪像；（b）胆囊内无切片厚度伪像 切片厚度伪像