超声基础知识.ppt
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2019/9/5
超声波的传播
• 超声波的种类：
– 横波：质点的运动方向垂直于传播方向。在固体中波以横 波形式传播
– 纵波：质点的运动方向平行于传播方向。在软组织中波以 纵波形式传播。
– 在超声诊断中，主要应用超声纵波
• 声速与介质有关
– 固定>液体>气体
空
液
固
气
体
体
7/ GE Presenter and Event /
• 镜面反射及反射系数
10 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声诊断的物理基础（2）
声学特性阻抗差异大的界面反射特性
Z1<<Z2（气体-固体） Or Z1>>Z2 （固体-气体） 将会发生近乎全部反射， 即强力反射， 例如甲状腺（气管黑色）；肺部很难成像；超声耦合 剂
11 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声诊断的物理基础（3）
声学特性阻抗差异小的界面反射特性
如果Z1和Z2相近，则反射很小。 软组织的特性阻抗非常相近
例如：肝-肾界面只有6%的入射波能量反射会肝中，其余94% 的能量透入界面送入肾
12 / GE Presenter and Event /
轴向分辨力
– 声束穿过介质中能被分辨为前后两点的最小距离 – 与超声波的频率成正比 – 最大分辨力为λ/2
侧向分辨力或者横向分辨力
– 与声束相垂直的线或面上，能在荧光屏上被分别显示为两 个点的最小距离的能力。
– 与声束的宽窄有关
19 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
17 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声的多普勒效应
多普勒公示：
公式中，C，f0不变，v是变化 的 多普勒效应是血流成像的基础！
18 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声的分辨力
分辨力的定义
– 指超声检查时，能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小 距离的能力。
• 介质
– 气体，固定，液体是传播声音的介质 – 声音必须在介质中传播，不能在真空中传播 – 超声成像中，人体脏器，器官都是介质 – 介质的声学特性，与成像的关系非常密切
4/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波与频谱图
可听范围：20-20000HZ 超声波：>20 000HZ 超声成像范围：2-20MHZ
2019/9/5
声波在软组织中的速度
在软组织的平均速度是1540米/秒 探测1cm深度目标所需时间为13us
8/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的几个重要物理量
• 波长λ( 一个超声波周期所经 历的长度)
• 频率f (每秒发射的超声波的 脉冲数量)
C=λ*f f=1/T
21 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
第二部分 超声成像原理
22 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声的模式
在监视器上显示的超声图像是二维图像，这与CT和核磁共振所
形成的图像相同。
回波振幅
来自百度文库
1. A模式：是一种振幅的模式。它在显示上形成垂直偏转的曲线图。 探头 2. B模式：是一种亮度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的 直线构成。点的亮度代表接收到回声的振幅。通过连续扫描，二
主瓣和旁瓣
• 旁瓣会产生伪像—克服旁瓣，增强主瓣
a-主瓣 b,c-旁瓣
16 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的衰减特性
• 超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。 • 高频衰减大，低频衰减小（穿透力强） • 引起衰减的因素
• 吸收 • 散射，折射等减弱
– 1000HZ=1KHZ – 1MHZ=106HZ
5/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
医学超声波的应用范围
• 3.5-5MHZ应用于成人心脏及腹部成像 • 7-10MHZ应用于小器官成像，例如甲状腺，血 管 • 10-40MHZ应用于血管和皮肤成像
6/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的折射
折射系数
• 由于超声波在界面两边的声速不同，其声速之比决定折射程 度
• 如果速度相等，则不发生折射 • 伪像的产生—折射 • 人体各种软组织的声速都是接近的
15 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的声场特性
声场分布
• 由换能器发出超声后，呈狭窄的圆柱形分布，其直径与晶体大小接近， 有明显的方向性，称为超声束。
超声的穿透力
• 穿透力的增加，以分辨力的损失为代价 • 频率越高，分辨力越高，穿透力越小 • 频率越低，穿透力越强，分辨力越低
20 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声诊断的优点
• 安全、无辐射。适用于胎儿诊断。 • 设备可移动，成本低。 • 实时成像 • 通过扫描角度变化，获得更佳的图像。 • 多普勒－检测血流量信息。
• 振幅A (超声信号的强度) • 周期T (完成一个完整的波长
所需的时间)
Wavelength Amplitude
Frequency
Time
9/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声诊断的物理基础（1）
超声波的回声是反射式超声成像的基础
• 界面反射
– 超声在均匀介质中沿直线传播 – 不同介质界面，会发生反射与折射
超声原理
主要内容
1.超声诊断的物理基础 2.超声成像原理 3.超声应用
2/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
第一部分 超声诊断的物理基础
3/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
声源、介质
• 声源：
– 能发声的物体称声源。 – 声源振动后产生声波。 – 在超声成像中，探头的晶片高频振动时即产生超声
2019/9/5
小结
界面反射是超声成像的基础，只要有1‰的声 阻抗差异，就会产生反射，所以超生对软组织 的分辨力非常高。 如果不发生反射？ 反射太强？
13 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的散射
散射：入射声波遇到小界面时产生散射
14 / GE Presenter and Event /
超声波的传播
• 超声波的种类：
– 横波：质点的运动方向垂直于传播方向。在固体中波以横 波形式传播
– 纵波：质点的运动方向平行于传播方向。在软组织中波以 纵波形式传播。
– 在超声诊断中，主要应用超声纵波
• 声速与介质有关
– 固定>液体>气体
空
液
固
气
体
体
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• 镜面反射及反射系数
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超声诊断的物理基础（2）
声学特性阻抗差异大的界面反射特性
Z1<<Z2（气体-固体） Or Z1>>Z2 （固体-气体） 将会发生近乎全部反射， 即强力反射， 例如甲状腺（气管黑色）；肺部很难成像；超声耦合 剂
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超声诊断的物理基础（3）
声学特性阻抗差异小的界面反射特性
如果Z1和Z2相近，则反射很小。 软组织的特性阻抗非常相近
例如：肝-肾界面只有6%的入射波能量反射会肝中，其余94% 的能量透入界面送入肾
12 / GE Presenter and Event /
轴向分辨力
– 声束穿过介质中能被分辨为前后两点的最小距离 – 与超声波的频率成正比 – 最大分辨力为λ/2
侧向分辨力或者横向分辨力
– 与声束相垂直的线或面上，能在荧光屏上被分别显示为两 个点的最小距离的能力。
– 与声束的宽窄有关
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2019/9/5
超声的多普勒效应
多普勒公示：
公式中，C，f0不变，v是变化 的 多普勒效应是血流成像的基础！
18 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声的分辨力
分辨力的定义
– 指超声检查时，能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小 距离的能力。
• 介质
– 气体，固定，液体是传播声音的介质 – 声音必须在介质中传播，不能在真空中传播 – 超声成像中，人体脏器，器官都是介质 – 介质的声学特性，与成像的关系非常密切
4/ GE Presenter and Event /
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超声波与频谱图
可听范围：20-20000HZ 超声波：>20 000HZ 超声成像范围：2-20MHZ
2019/9/5
声波在软组织中的速度
在软组织的平均速度是1540米/秒 探测1cm深度目标所需时间为13us
8/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声波的几个重要物理量
• 波长λ( 一个超声波周期所经 历的长度)
• 频率f (每秒发射的超声波的 脉冲数量)
C=λ*f f=1/T
21 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
第二部分 超声成像原理
22 / GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声的模式
在监视器上显示的超声图像是二维图像，这与CT和核磁共振所
形成的图像相同。
回波振幅
来自百度文库
1. A模式：是一种振幅的模式。它在显示上形成垂直偏转的曲线图。 探头 2. B模式：是一种亮度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的 直线构成。点的亮度代表接收到回声的振幅。通过连续扫描，二
主瓣和旁瓣
• 旁瓣会产生伪像—克服旁瓣，增强主瓣
a-主瓣 b,c-旁瓣
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超声波的衰减特性
• 超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。 • 高频衰减大，低频衰减小（穿透力强） • 引起衰减的因素
• 吸收 • 散射，折射等减弱
– 1000HZ=1KHZ – 1MHZ=106HZ
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医学超声波的应用范围
• 3.5-5MHZ应用于成人心脏及腹部成像 • 7-10MHZ应用于小器官成像，例如甲状腺，血 管 • 10-40MHZ应用于血管和皮肤成像
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超声波的折射
折射系数
• 由于超声波在界面两边的声速不同，其声速之比决定折射程 度
• 如果速度相等，则不发生折射 • 伪像的产生—折射 • 人体各种软组织的声速都是接近的
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超声波的声场特性
声场分布
• 由换能器发出超声后，呈狭窄的圆柱形分布，其直径与晶体大小接近， 有明显的方向性，称为超声束。
超声的穿透力
• 穿透力的增加，以分辨力的损失为代价 • 频率越高，分辨力越高，穿透力越小 • 频率越低，穿透力越强，分辨力越低
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超声诊断的优点
• 安全、无辐射。适用于胎儿诊断。 • 设备可移动，成本低。 • 实时成像 • 通过扫描角度变化，获得更佳的图像。 • 多普勒－检测血流量信息。
• 振幅A (超声信号的强度) • 周期T (完成一个完整的波长
所需的时间)
Wavelength Amplitude
Frequency
Time
9/ GE Presenter and Event /
2019/9/5
超声诊断的物理基础（1）
超声波的回声是反射式超声成像的基础
• 界面反射
– 超声在均匀介质中沿直线传播 – 不同介质界面，会发生反射与折射
超声原理
主要内容
1.超声诊断的物理基础 2.超声成像原理 3.超声应用
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第一部分 超声诊断的物理基础
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声源、介质
• 声源：
– 能发声的物体称声源。 – 声源振动后产生声波。 – 在超声成像中，探头的晶片高频振动时即产生超声
2019/9/5
小结
界面反射是超声成像的基础，只要有1‰的声 阻抗差异，就会产生反射，所以超生对软组织 的分辨力非常高。 如果不发生反射？ 反射太强？
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2019/9/5
超声波的散射
散射：入射声波遇到小界面时产生散射
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