彩超基础培训

M模式图像
多普勒效应
多普勒公式
fD
2
f0v cos
c
其中：
f
：发射频
0
率
v：反射体的速度
c：声速
：发射声束和反射体
流动方向的夹角
多普勒角度的影响
超声系统
简易连续多普勒
简易连续多普勒：不能分辨流 速，不能分辨位置，临床多 用于胎心监护
连续波(CW)
连续多普勒：同时显示声束上 所有血流回声，不受重复频 率的限制，可以测高速血流， 但无即距离选通。
CFM图像
D-Power图像
Power图像
Triplex, B+CFM+PW图像
探头：声头主要组成部分
1. 压电材料：产生压电 效应，发射、接收声 波，压电陶瓷、复合 材料等
2. 面材：匹配面材两边 的声阻抗，起到透声 作用
3. 背衬：吸收背向声波， 增加带宽、提高纵向 分辨力
人体
面材 压电材料
全数字超声
DBF ASIC
全数字超声
• 多波束技术
–波束Beam
沿着一个方向的超声波用来定 义一条扫描线或者一条扫描线 的一部分。技术上波束是指发 射和接收的声场，包括聚焦。
–多波束Multi Beam
用来提高帧频和信号处理速度 的技术，发射一次，然后接收 多个方向的回波。
全数字超声
• 动态聚焦
3. 超声在同一种物质中传播将不产生反射， 即没有回波。没有回波说明物质的均一， 但不能说明是哪种物质，更不是说没有 物质。
超声波的传播特性
4. 空气与人体软组织间声特性阻抗差异大， 两者界面反射很强，呈现强光点（强光 团）。折射能量减小，故很难看到含气 脏器后方的组织。
5. 空气与压电材料间声特性阻抗差异大。 若超声压电材料向空气发射，两者界面 反射强，即发射效率低。
3D
• Freehand • 定位
– 机械 – 磁场
• 实时
– 容积探头 – 2D探头
3D
3D
表面成像 胎儿面部
透明成像 胎儿脊柱
网络化
• 超声图像工作站 • PACS (Picture Archiving and Communication
System) • DICOM（Digital Imaging and Communication in
• 超声波是机械波：
– 机械波是由于机械力（弹性力）产生的机械振动在介质中的 传播，它传播的是机械能量，并且仅能在介质中的传播。
– 电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场变化在空间的 传播过程。它传播的是电磁能量，能在真空中传播。无线电 波、红外线、可见光、紫外光、X射线，γ射线和宇宙射线等 均是电磁波。
Z(air) = 403 Z(tissue) = 1,540,000
组织 1
0.9995
空气 0.001
•肾脏对脂肪：
Z(tissue) = 1,540,000 Z(fat) = 1,305,000
肾脏 1
0.0826
脂肪 0.993
超声波的传播
在不同的介质中频率不变，波长随速 度改变。
超声波的传播：衍射和散射
B 模式图像的建立
扫描线 #1 扫描线 #2
B 模式图像
B 模式图像
• X轴：扫描线的位置决定产生回波点的横 向位置
• Y轴：接收回波所需时间决定了深度 • Z轴：每个像素256级灰阶
B 模式扫描
发射脉冲
TGC
Amplitude detection
Scanconverter
纵向分辨率
横向分辨率
T = 1/PRF Image Depth
同步双工模式
CFM系统
彩色多普勒：采用自相关技术 获取所需部位的血流信息， 经伪彩色编码后叠加于二维 图象上，一般要求彩色实时 显示
CFM 扫描
彩超模式
CFM 模式: • 速度 • 方差 • 速度＋方差 • 方向性
Power模式: • 信号强度 • 无方向性 • 高灵敏性
探头
• 变频探头 • 宽带探头 • 多平面探头
– TEE
超声应用
• 心脏 (心脏运动/瓣膜...) • 妇科 • 产科 • 外周血管(臂，腿，颈...) • 腹部 (肝, 肾, 胰腺...) • 脑神经 • 泌尿 (肾脏...) • 小器官(甲状腺...) • ....
超声优点
• 安全性 • 实时性 • 定量测量（Doppler） • 大量的应用 • 设备小巧轻便，使用方便 • 费用低
复合聚焦
探头 动态聚焦
谐波成像
二次谐波（Harmonic）：频率为 基波整数倍的超声波，属非线性 散射和反射波，有二次、三次、 四次谐波，二次信号最强。谐波 由于频率高，声束细，因此可以 改善组织结构的边界声影，减少 近场噪音。
谐波成像
• y = a0 + Acost + (Bcos2t)/2 ＋ ...
Medicine）
网络化
DICOM 超声设备
数字超声影像网络
超声诊断报告输出中心
远程会诊工作站
非 DICOM 超声设备
Networking
图像采集工作站
存储服务器
主任工作终端
教学培训中心
磁盘阵列
CD光盘库 DVD光盘库
超声术语
宽频探头：探头的发射频率为一个较宽
的范围。
变频探头：同一个探头可以变化有几个
脉冲波(PW)
脉冲多普勒：在回声接收器中 设置闸门，可以测特定位置 的血流速度，即距离选通。 受重复频率的限制，一般不 能测高速血流。
脉冲重复频率
Transmit Doppler
Receive Doppler
Transmit B-mode
Receive B-mode
Transmit Receive Doppler Doppler
超声基础知识
超声医学 Ultrasonic medicine
超声治疗 Ultrasonic therapy 超声诊断 Ultrasonic diagnosis
超声成像发展史
• 1950s A型 (A-mode) 回声图 (echogram) • 1960s M型 (M-mode) M型超声心动图
谐波成像
发射
2
5 MHz
24
接收
5 10
2 4 57
基波消除
谐波
4
7
谐波成像优点
• 改善信噪比 • 改善空间分辨力 • 改善检测深度和分辨力的约束 • 改善对最低血流速度的检测
选用基波与谐波的原则：
目标与周围的声学差异，基波和谐波中，谁大用谁 突出目标 － 空间、时间
谐波成像
• 超声造影剂谐波（UCA） • 组织谐波（THI,NHI,...） • 脉冲反转回波（Pulse Inverse） • 闪烁回波（Flash Echo） • 编码谐波（Coded Harmonics ） • ...
108 频率（Hz）
0.5MHz
诊断超声
按频率进行声波分类
20MHz
几个重要的参数：频率，周期和波长
几个重要的参数：声速
C = /T = f×
331m/s = 1,200km/h
在不同介质中声波传播速度是不同的!
介质
速度（m/sec）
空气
331
脂肪
1450
水
1530
脑
1540
血液
wenku.baidu.com
1570
肝
1570
– 回波 y 中不仅具有频率， 还有 2 – 具有发射频率 的波称基波 – 具有发射频率二倍 2 的波称二次谐波
谐波技术的必要条件
• 产生谐波
– UCA －声速、界面散射 (f 、2f) (f 、2f)
– 人体组织 － 声速、界面反射/散射 (f 、2f) (f 、2f)
• 接收系统只接收谐波 2 的回波
• 超声波的优点：
– 它可在各种不同媒质中传播，且可传播足够的距离； – 传播时方向性强，能量易于集中； – 超声波与传播媒质的相互作用适中，易于携带有关超声传播
的媒质状态信息或对传播媒质产生效应。
什么是超声波？
15Hz
20KHz
次声波
可听见的声波
100 101
102 103
104 105
超声波 106 107
工作频率。
超声术语
帧频数（帧率）：单位时间（每秒）
内成像的幅数。
电影回放：重复放映已经做出的图像,
可以逐帧回放或者动态回放。
•
(sonograph + Doppler spectrum
• • 1990s 三维
+ colour Doppler flow image CDFI) 立体声像图
•
(3 diamentions)
• 2000s 四维
实时三维声像图
超声设备是主要医学影像设备之一
五种主要医学影像设备
US
什么是超声波？
R
7.5 MHz.
超声波的传播：TGC
signal
TGC
depth
signal
depth
depth
超声波的传播特性
1. 反射和折射所产生的各层回波给我们带 来了人体内部各层组织的信息，使我们 可以利用这些信息进超声诊断。
2. 超声回波涉及到界面两边物质的属性， 反映了界面的存在，并非反映某一个生 理参数或物理量。
• • 1970s B型 (B-mode) • 1980s 双功( duplex)
(M-mode echocardiograph) 声像图 (sonograph , ultrasonograph) 声像图 + 多普勒频谱
• • 1990s 三功(triplex)
显示
(sonograph + Doppler spectrum) 声像图+多普勒频谱+彩色多普勒血流
1. 垂直入射到两层相邻的介质
反射波声强 反射系数＝
入射波声强
Z2 Z2
Z1 Z1
2
折射波声强 折射系数＝
入射波声强
4Z1Z2
Z 2 Z1 2
反射
入射 Z1
Z2 折射
超声波的传播：反射和折射
2. 斜入射到两个相邻的介质－类似光传播
入射
反射
1
2 折射
超声波的传播：反射和折射
• 组织对空气：
B模式系统结构
Pressure Transducer
Mux.
Transmitter
Receiver TGC
Delay
Scan Conversion
Monitor
M 模式
• 将B模式的图像中的一条扫描线随时间展 开
– X轴：时间 – Y轴：接收回波所需时间决定了深度 – Z轴：每个像素256级灰阶
发射脉冲
TGC
A模式
B 模式(Brightness)
幅度 灰阶
Depth
26 ABC D
AB
Amplitude
CD
Position
B 模式 (Brightness）
• 将A模式信号联合起来形成二维（2D） 图像，把回波幅度转变成灰度值；
• 通过机械或电子的方法将从左到右移 动超声波束进行扫描；
骨
2500- 4700
超声仪器中设置为 1540 m/sec
几个重要的参数：声阻抗
声阻抗定义： Z = C
－密度 C－声速
每个介质都有其对应的声阻抗！
Z(air)
Z(tissue) Z(bone) Z(fat)
= = = =
1219 × 331 = 403 1000 × 1540 = 1,540,000 2000 × 3000 = 6,000,000 900 × 1450 = 1,305,000
超声缺点
• 穿透深度限制 (+/- 25 cm) • 不能扫描骨头和肺 • 伪影
超声新技术
• 全数字 • 谐波成像 • 3D • 网络化 • ...
全数字超声
• 全数字波束形成 • 全数字信号处理
– 回波信号处理 – 彩色血流多普勒 – 彩色能量多普勒 – 频谱多普勒
• 全数字图像后处理 • 软件超声 • 网络化
6. 衰减，探头频率，扫描深度， dB/MHz/cm
超声波应用：测距
接收回波的时间 Δt与海底的深度d 的关系：
2d ＝ c ×Δt
d
超声波应用：实时成像
A模式（Amplitude）
26
AB C D gain control
receiver emitter
A模式（衰减）
发射脉冲
A模式（带TGC）
超声波的传播：逆压电效应
• 超声波的产生
对压电材料施加电 场，压电材料会产 生应变，电能转变 成机械能，发射超 声波。
逆压电效应 电能机械能
超声波的传播：压电效应
• 超声波的接收
压电材料在机械力 作用下会在电极表 面产生电荷。机械 能转变成电能，接 受超声波。
正压电效应 机械能电能
超声波的传播：反射和折射
• 声波通过与波长线度相当的障碍物，传播方向 偏离原来方向产生衍射。
• 声波遇到大大小于波长的微粒如血球，微粒 吸收能量后向四周辐射，产生散射。
衍射
散射
超声波的传播：衰减
超声波的传播：衰减
3.5 MHz. 5.0 MHz. 7.5 MHz.
深度
超声波的传播：衰减
3.5 MHz.
A I
5.0 MHz.
背衬
探头
探头
– 机械探头
• 扇形扫描 • 单晶片
– 电子
• 阵列 • 多晶片
探头
• 阵列探头
–线阵（Linear） –凸阵（Convex） –相控阵（Phased） –环阵（Annular）
Annular
探头
• 按临床应用分类
–腹部探头：大凸阵，低频线阵 –心脏探头：相控阵，小凸阵 –浅表探头：高频线阵 –腔内：阴道，直肠，尿道，食道 –其他：穿刺，术中