第2章——医用超声诊断仪器概论2

如图 1 超声回波信号以波的形式显示，回波信号的强弱由波 形幅度的高低，以示波器的纵向 Y 轴来反映，回波信号的传播时间 由示波器横向 X 坐标轴来显示。 根据深度等于声速乘以时间除以 2 的关系， 所以从 A 型诊断仪上可 得到声束某一方向，各个深度点的回波幅度变化的波形图。 y 图 1 显示 在临床上可根据回波密度、幅度，衰减程度,衰减速度，来诊断 脏器组织的回波特性，还可根据回波的深度位置，确定脏器的几何 尺寸（厚度） 。由于 A 型诊断仪所显示的波形图只能反映某一方向 的一维深度各点的回波波形信息，缺少解剖形态，目前除了在眼科 超声还在应用外，已很少应用。 x A 型诊断仪的超声回波信号以波的形式
超声诊断仪器的分类、结构、原理
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B型诊断仪——亮度调制
如果以上2种超声影像，其获取回波信息的波束扫描速度 相当快，便可以满足对运动脏器的稳定取样，因而连续不断 地扫描，便可以实现实时动态显示，观察运动性脏器的动态 情况。 线扫式断层B型超声波诊断仪适用于观察腹部脏器，如对 肝、胆、脾、肾、子宫的检查，扇扫断层B型超声波诊断仪 适用于对心脏的检查。 现代B型超声波诊断仪通常同时具备以上2种探查功能， 通过配用不同的超声探头，方便地进行转换。
换能器
C型平面
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D型诊断仪——多普勒效应
1842奥地利数学家和天文学家C. Doppler在观察天体运动 时发现了一种物理现象，当星球朝向地球或背离地球运动时， 来自星球的光色发生了变化，光波发射与接收的频率差和光源 与接收器之间相对运动有关。这种物理现象称为多普勒效应。 日常生活：火车鸣笛而来，音调增高；呼啸而去，音调降低。 这种频率变化称多普勒频移。
DSC部件
探头 波束形成 电路
图像 存储器
显示器 坐标变换 电路
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B型诊断仪——亮度调制
凸阵探头B型超声诊断仪——模拟部分原理方框图：
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B型诊断仪——亮度调制
凸阵探头B型超声诊断仪——数字部分原理方框图：
超声诊断仪器的分类、结构、原理
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D型诊断仪
D型超声成像诊断仪也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反射回波的多普勒频移 信号进行检测处理，转换成声音、波形、色彩和辉度信号， 从而显示出人体内部器官的运动状态。 超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：
连续式超声多普勒(continuous wave doppler)成像诊断仪 脉冲式超声多普勒(pulsed wave doppler)成像诊断仪 实时二维彩色超声多普勒血流成像(color doppler flow image)诊断仪
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B型诊断仪——亮度调制
通过改变探头的角度(机械的或者电子的方法)，从而使 超声波束指向方位快速变化，使每隔一定的小角度，被探测 方向不同深度所有界面的反射回波，都以亮点的形式显示在 对应的扫描线上，便可形成一幅由探头摆动方向决定的垂直 扇面二维超声断影像，称之为扇形扫描断层影像。
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M型诊断仪——运动调制
M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器如心脏的探查。 由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉 度调制，按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时序（ motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得 的图像也叫作超声心动图。
超声回波幅度信息提取
速度信息的提取
超声诊断仪器的被最早应用。它是由探头中的一个 换能器发射出某一频率的连续超声波信号，当声波遇到运动目标 血流中的红细胞群，则反射回来的信号是变化了频率的超声波。 探头内的另外一个换能器将其检测出来转成电信号后送入主机， 经高频放大后与原来发射频率电信号进行混频、解调，取出差频 信号根据处理和显示方式的不同，可转换成声音、波形或血流图 以供诊断。这种方式难以测定距离，不能确定器官组织的位置， 1 给应用诊断造成诸多不便。 Nyquist采样频率限制，即 f 2 PRF
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A型诊断仪——幅度调制
A型超声诊断仪工作原理的方框图：
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A型诊断仪——幅度调制
A型CRT信号及显示屏各轴标称：
A型显示
CRT各控制轴信号 显示屏各轴意义
水平（X）
深度扫描信号 探测深度
垂直（Y）
回波脉冲信号 回波脉冲幅度
亮度（Z）
正程增灰信号 无
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B型诊断仪——亮度调制
B型超声诊断设备基本组成：
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B型诊断仪——亮度调制
线性B型超声诊断仪——系统结构： 主要由主机、标准电视监视器、手车三大部分组成。
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B型诊断仪——亮度调制
线性B型超声诊断仪——系统工作原理方框图： 主要由发射/接收电路、数字扫描变换器电路、CPU控制电路 三大部分组成。
目录
医用超声诊断仪器的发展简史 医用超声诊断仪器的性能指标
超声诊断仪器的分类、结构、原理
医用超声成像技术
超声诊断仪器的分类、结构、原理 超声诊断利用超声波在人体内不同介质中 的传播与反射特性的不同，显示出不同的影像， 而达到诊断的目的。 超声诊断仪主要通过发射接收超声波信号 ，并把它们按一定的方式显示，来实现对人体软 组织的成像，所以按探头、声束扫描方式和采用 的信号显示方式的不同，形成多种超声成像种类 。 超声诊断仪器根据其原理、任务和设备体 系等，可以划分为很多类型。
超声诊断仪器的分类、结构、原理 1.以获取信息的空间分类
(1)一维信息设备 如A型、M型、D型。 (2)二维信息设备 如扇形、线性、凸阵扫查B型等。 (3)三维信息设备 即立体超声设备。 (1)连续波超声设备 如连续波超声多谱勒血流仪。 (2)脉冲波超声设备 如A型、M型、B型超声诊断仪。 (1)回波式超声诊断仪 如A型、M型、B型、D型等。 (2)透射式超声诊断仪 如超声显微镜及超声全息成像系统
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A型诊断仪——幅度调制
故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得 人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度及病灶的大小。 根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，还可在一定 程度上对病灶进行定性分析。 A型超声诊断仪适应于医学各科的检查，从人的脑部直 至体内脏器。其中应用最多的是对肝、胆、脾、肾、子宫的 检查。对眼科的一些疾病，尤其是对眼内异物，用A型超声 诊断仪比X线透视检查更为方便准确。在妇产科方面，对于 妇女妊娠的检查以及子宫肿块的检查，都比较准确和方便。
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B型诊断仪——亮度调制
为了获得人体组织和脏器解剖影像，B型、P型、BP型、 C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点 是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称 超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式 采用辉度调制(brightness modulation)而得名，其影像所显示 的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称剖面图)，对于 运动脏器，还可实现实时动态显示。
发射电路
接收电路
同步信号 发生器
换能器
显示器
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B型诊断仪——亮度调制
线性B型超声诊断仪——系统工作原理方框图： 主要由发射/接收电路、数字扫描变换器电路、CPU控制电路 三大部分组成。
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B型诊断仪——亮度调制
凸阵探头B型超声诊断仪——系统工作原理方框图：
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A型诊断仪——幅度调制
A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，属一维超声， 即在阴极射线管的荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度， 纵坐标代表回波脉冲的幅度。
换能器
回波信号
t
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A型诊断仪——幅度调制 提取回波幅度的超声诊断仪器 A 型诊断仪
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A型诊断仪——幅度调制
由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息， 不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确性与 操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值渐见低落， 即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。 尽管A超的重要性已经不及初始阶段，但当今B超在显示 断面图像的同时，往往选波束特定指向上的回波幅度在屏幕 上同时作A式显示，以配合B式图像的判读。
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B型诊断仪——亮度调制
B型CRT信号及显示屏各轴标称 ：
M型显示
CRT各控制轴信号 显示屏各轴意义
水平（X）
横向位置信号 横向位置
垂直（Y）
纵向位置信号 纵向位置
亮度（Z）
回波脉冲信号 回波脉冲幅度
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C型诊断仪——亮度调制
B超图像显示的是声束扫描的人体断面，C型和F型与B型 扫描面相差90°，成像画面是与超声束垂直的。 C型——图像是与声束垂直的某一等深断面。 F型——图像是与声束垂直的某一非等深曲面。
第二章 医用超声诊断仪器概论
前言
医学超声是超声物理学、电子探测技术和 生物医学在发展中相互渗透的产物，具有理、 工、医相结合的特点。 其研究包括基础物理理论研究、仪器工程 开发、图像处理、换能材料研究等相互联系又 相互促进的多个方面。它以研究超声波与生物 组织媒质互作用规律和生物效应为理论基础， 以研制先进的生物医学超声仪器为工具，应用 于诊断、康复、监护、普查人体疾病。
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