第2章——医用超声诊断仪器概论1

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。
②显示范围指的是屏上光栅的最大尺寸，它并不一定等于 仪器的探测深度，不过在仪器设计时，通常使两者基本接近。
医用超声诊断仪器的性能指标
4
使用参数——电子放大与倍率
指对图像的放大功能。有利于对图像局部范围的观察。 放大倍数可以有多种，如0.8倍、1倍、1.5倍、2倍等。
医用超声诊断仪器的性能指标
5
使用参数——注释功能
安全剂量限制
医用超声诊断仪器的性能指标
6
技术参数——工作频率
工作频率是指超声探头发射频率，它既与探头晶振的固有 频率有关，也与发射振荡电路的其他参数有关。 工作频率根据两个方面因素做最佳的选择： 从分辨力的角度 从穿透力的角度 需要较高工作频率 需要较低工作频率
在设计中做合理折中选择。不同频率的探头满足不同检查 深度的需要。
医用超声诊断仪器的性能指标
3
使用参数——显示方式与显示范围
①显示方式超声诊断影像显示有A型、M型、B型等，一台 B型超声诊断仪可以有其中一种或几种显示功能：
B单幅(在屏上仅显示1幅B型影像)显示 B双幅(在屏上同时显示1幅冻结B型影像和1幅实时B型影像)显示 B/M显示(在屏上既显示B型实时影像，又显示M型实时影像)
医用超声诊断仪器的性能指标
3
技术参数——脉冲持续时间
脉冲持续时间是指探头受电激励后产生超声振动的长短。 它严重影响超声系统的纵向分辨力。 持续时间长、声速大，则最小可辨距离大，分辨力就差。
医用超声诊断仪器的性能指标
4
技术参数——脉冲重复频率
脉冲重复频率是探头每秒钟重复发射超声脉冲的次数，即 探头激励脉冲的频率。 脉冲重复频率决定了仪器的最大探测距离： Dmax<1/2CT 脉冲重复频率过高 影响最大探测距离 影响帧频或线密度
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
医用超声诊断仪器的发展简史
01 02 03
18世纪，发现蝙蝠回声定位功能。
1880年，发现正压电效应。
1917年，发现逆压电效应。
04 1942年，超声用于医学诊断颅脑疾病。 05 1946年，研制成A型脉冲超声检测仪。 06 1958年，研制成M型超声心动图仪。 07 60年代，B型超声诊断仪发明，超声新技术发展。 08 09 10
70年代，微型计算机在超声诊断中得到使用。
80年代，彩色多普勒超声显像仪出现。 90年代，超声新技术发展。
医用超声诊断仪器的发展简史
二维超声 定性测量
三维超声 定量测量
单参量诊断
静态成像
多参量诊断
实时动态成像
医用超声诊断仪器的性能指标
1
技术参数——分辨力
分辨力指成像系统能分辨空间尺寸的能力，即能把两点 区分开来的最短距离。 能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小间距的能力。 依方向不同可分为纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。
医用超声诊断仪器的性能指标
2
技术参数——聚焦方式
聚焦方式是指对探头发射和接收波束采用何种方法聚焦 可分为：非电子聚焦和电子聚焦 非电子聚焦：透射镜聚焦、反射镜聚焦、压电材料凹面聚焦。 电子聚焦：线阵列和环阵列，使用电子延迟线路实现。
医用超声诊断仪器的性能指标
2
技术参数——聚焦方式
声透镜聚焦 穿过透镜的声波是聚焦还是发散取决于透镜内波速与透镜 外波速的大小变化。这决定了透镜采取何种材质和何种形态。 （1）聚乙烯和合成树脂作为透镜材料，声波在其中的传播 速度大于人体中的传播速度，故应制成凹透镜。 （2）为了与人体皮肤有良好接触，探头需制成凸形，采用 另一种低速材料制成凸透镜覆于表面，常用硅胶做材料。
医用超声Biblioteka Baidu断仪器的性能指标
2
使用参数——探头规格
探头规格有标称工作频率、尺寸、形状等参数，还有是否 可配合穿刺等特殊要求。 探头标称工作频率通常在15MHz范围以内，可根据不同需 要选定。探头尺寸和形状的选定应根据被探测介质声窗大小和 部位来考虑。 现代B超仪通常都配有多种频率和形状的探头，以适应于 不同探查的需要。
医用超声诊断仪器的性能指标
6
使用参数——测量功能
指仪器对被探查脏器进行定量分析具有的各种测量功能。 包括有距离测量，脏器或病灶面积、周长和重量的测量， M方式运动速度和心功能参数的测量，对妊娠周期的测量等。 除距离和速度的测量之外，其它测量通常必须在影像冻结状态 下进行。
医用超声诊断仪器的性能指标
动态范围是指保证回声不被噪声淹没也不饱和的前提下， 允许仪器接收回声信号幅度的变化范围。 动态范围大，所显示图像的层次丰富，图像清晰。
医用超声诊断仪器的性能指标
9
技术参数——灰阶级
灰阶级是表示接收机显示器调灰显示能力的一个参数， 灰阶级有16、32、64、128等级之分。
医用超声诊断仪器的性能指标
10
技术参数——时间增益控制
深度增益补偿用作补偿超声传播过程中的声衰减。软组织 平均衰减系数（往返）可认为在1 dB /cm•MHz左右。但不同 组织及病变时衰减系数可改变，因而使用时必须个别调整不同 深度段的接收机增益。 时间增益补偿是指根据超声入射组织部位时间长短的不同 来调节分段补偿，故时间增益补偿与深度增益补偿所指为相同 事物。 一般超声仪器给出的时间增益补偿参数为： 近场区增益 -80—-10dB 远场区增益 0—6dB
指对B超图像进行注释具有的功能。 注释功能某些是由仪器自行控制的，比如有关探头频率的 显示、影像处理值（γ校正值等）的自动显示、接收机总增益 、近程增益和远程增益值的显示等。当操作者采用某种频率的 探头或设定控制接收机增益为某值时，仪器将自行控制在屏上 某固定位置显示出当前数值。 某些注释功能需要操作者进行相应操作才能在屏上插入， 比如被检者编号(ID)、检查时间的年、月、日、时、分、秒、 体位标志、病灶注释、探头标志等，必须由操作者控制插入。
医用超声诊断仪器的性能指标
1
技术参数——分辨力
横向、侧向分辨力是指与声束相垂直的面上，能被分辨的 两点的最小间距。它与超声束的宽窄带有关。 超声波束直径尺寸越窄（细），横向、侧向分辨力越好。 近场区分辨力大于远场区分辨力。 提高横向、侧向分辨力的方法是使超声波束变窄（细）， 使用聚焦方法来实现。理论最小可分辨间隔为δ=1.22 λF/D。
医用超声诊断仪器的性能指标
1
使用参数——扫描方式
扫描方式是指仪器所发射的超声波束对被测介质进行探测 的方法。 手动扫描 高速机械线性和扇形扫描 高速电子线性和扇形扫描 扫描方式不同，则仪器所配用的探头和电路构成亦不同， 仪器的成本和价格也不同。 采用何种扫描方式的超声仪器，取决于被检目标的需要， 对腹部脏器的探查，使用电子线扫B超仪，而对心脏的探查， 由于受声窗的限制，仅适合使用机械或电子扇形扫描B超仪。
医用超声诊断仪器的性能指标
1
技术参数——分辨力
轴向分辨力是指声束穿过介质中能被分辨为前后两点的最 小间距。它与超声波的频率成正比。 从单纯理论上计算所能测到物体的最小直径，叫做最大理 论分辨力。在数值上为1/2λ。在实际的B型超声设备中，轴向 分辨力可以达2mm以下。故探头频率越高分辨力越高。 一个周期的振动产生两个最强振幅，最大分辨率为1/2λ。
医用超声诊断仪器的性能指标
2
技术参数——聚焦方式
电子聚焦 应用电子相控技术，对多阵元探头发射激励脉冲进行相位 控制的方法实现对波束的聚焦。
医用超声诊断仪器的性能指标
2
技术参数——聚焦方式
焦点问题 对于发射聚焦来说，一次发射只有一个焦点，若要有多个 焦点需要多次发射，每次发射聚焦在不同位置，如上中下三个 焦点，然后将三次信号叠加成一幅图像，此时整体空间分辨力 提高了，但却降低了时间分辨力，也就是图像帧频减低。 对于接收聚焦来说，因为接收的回波源数据全面、庞大， 可以将接收来的各点信息利用电子延迟进行信息聚集，在计算 机后台处理，实现多点聚焦或动态聚焦。
医用超声诊断仪器的性能指标
7
技术参数——帧频
帧频是指成像系统每秒钟内可成像的帧数，或称帧率。 为使图像无闪烁感，两帧像之间的时间要小于视觉残留时间， 即每秒成像数应在24帧以上。 帧频、线数和穿透深度三者的乘积是一个常数： SNF=c/2 三者相互制约。
医用超声诊断仪器的性能指标
8
技术参数——动态范围
脉冲重复频率过低
脉冲重复频率的选择应综合考虑。
医用超声诊断仪器的性能指标
5
技术参数——作用距离
作用距离是指发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像 的被测介质深度。 影响作用距离的主要因素是脉冲信号在传播途中的衰减，要 提高仪器的探测深度，即扩展作用距离，有三个方面的途径： 降低工作频率 提高灵敏度和 扩大动态范围 加大发射功率 分辨力限制 噪声限制
7
使用参数——记录方式
探查获得的超声影像通常只在荧光屏上进行显示，为了保 留资料还必须考虑将影像记录下来。影像的记录有多种方式， 比如采用视频打印机打印或采用录像机进行磁带录像等。一般 B型超声成像诊断仪都配有相应的输出信号接口，由用户确定 选用1～2种记录方式。