超声成像新技术的物理声学基础及其应用
超声检测-物理基础
机械振动
机械波
机械振动——谐振动
振动：质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态。 谐振动：质点受到跟位移成正比、方向总是指向平衡位置的回 复力作用下的振动。
振动方程：
y A cos t A : 振幅
＝2 f ：角频率 ：初始相位
机械振动——谐振动
特点： 位移随时间的变化符合余弦规律； 振幅和频率始终保持不变、自由、周期的振 动——最基本、最简单的理想的振动； 固有频率由系统本身决定； 只有弹力或重力做功，机械能守恒。
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
远场分辨率：两相距2mm反射体
c d 2f 测得：f 1.4MHz d 2.1mm
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
机械波——产生与传播
机械波 机械振动在介质中传播形成机械波。 弹性介质 由以弹性力保持平衡的各个质点所构成。
机械波——产生与传播
产生机械波的条件 机械振动源、弹性介质。 特点： 机械振动是机械波的根源、机械波是机械振动状态的 传播。 机械波的传播不是物质的传播，而是振动状态和能量 的传播。
超声检测的历史
1964年，焊缝超声检测技术。
70’，裂纹高度测量，结合断裂力学，评估结 构强度和寿命预测。 80’，随着电子技术和计算机的发展，超声检 测自动化和成像技术发展迅速。
超声波的特点
超声波能量高
超声波穿透力强 超声波方向性好
声学成像技术及其应用
声学成像技术及其应用声学成像技术是一种利用声波对物体进行成像的技术。
它可以通过声波的反射来对对象进行成像，并且可以实现三维成像。
声学成像技术目前在医疗、地震勘探、水下勘探等领域有着广泛的应用。
一、声学成像技术的原理声波是一种机械波，它可以在固体、液体和气体中传播。
当声波遇到对象时，一部分声波会被反射回来，这被称作声波的回波。
声波回波的幅度、相位和频率的变化可以提供对目标物的信息，通过处理这些信息，可以进行成像。
二、声学成像技术在医疗领域的应用声学成像技术在医疗领域有着广泛的应用。
其中最常见的就是超声波成像技术，它可以用来诊断肿瘤、器官的异常、血管的位置等。
超声波成像技术还可以用来对胎儿进行检查，通过成像可以了解胎儿的生长情况、性别等信息。
除了超声波成像技术之外，声学成像技术在医疗领域还有其他的应用。
例如，声学血流测量技术可以通过测量血液流速和血容量，来评估心脏的功能。
声学治疗技术可以利用高强度的声波去摧毁肿瘤细胞。
三、声学成像技术在地震勘探中的应用声学成像技术在地震勘探中也有着广泛的应用。
地震勘探是一种通过地震波来探测地下结构的方法。
地震波可以在地下的不同土层中传播，并且在不同的土层中会有不同的反射和折射。
通过记录地震波在不同位置和时间的反弹，可以推导出地下结构的特征。
四、声学成像技术在水下勘探中的应用声学成像技术在水下勘探中也有着广泛的应用。
水下勘探是一种通过声波来探测水下物体的方法。
例如，声学成像技术可以用来定位沉船、水下遗址等。
声波可以穿过水层，并且可以被反射回来，从而形成一个物体的声波回波图像。
五、声学成像技术未来的发展随着科技的不断进步，声学成像技术也在不断地向前发展。
未来，声学成像技术可能会进一步提高成像的分辨率和灵敏度。
此外，声学成像技术还可以与其他技术结合使用，例如人工智能、虚拟现实技术等，从而开拓出更广阔的应用前景。
总之，声学成像技术是一种十分有用的技术，它在医疗、地震勘探、水下勘探等领域都有着广泛的应用。
应用物理学中的光声成像技术
应用物理学中的光声成像技术光声成像技术是近年来兴起的一种多模态生物成像技术，它结合了光学和声学两种模态，具有非侵入性、高分辨率、快速成像等优点。
在医学、生物学、化学等多个领域得到了广泛应用，对于人类健康事业和科学研究具有重要意义。
一、光声成像技术的原理光声成像技术是通过光声效应来实现的。
当激光束照射到生物组织中时，它被组织的吸收、散射、反射等过程所影响。
这时产生的热量会使组织局部膨胀并引发压力波的辐射，压力波在不同介质层之间传播的速度不同，这就形成了所谓的光声信号。
通过检测这些光声信号并将其转化为图像，就可以实现对生物组织的成像。
二、光声成像技术在医学中的应用光声成像技术在医学中应用非常广泛。
例如，在癌症早期诊断和治疗过程中，光声成像技术可以探测肿瘤的形态和位置，还可以观测其治疗效果。
此外，光声成像技术还可以用于心血管成像、脑部成像等诊断和研究。
它的非侵入性和高分辨率的优点使得它在医学领域中有着许多潜在的应用前景。
三、光声成像技术在生物学中的应用在生物学研究中，光声成像技术也得到了广泛应用。
例如，通过对生物组织的成像，可以研究细胞生长、分裂、迁移等过程，也可以观察神经系统的结构和功能。
此外，光声成像技术还可以对动物个体进行全身成像，探测其内部结构和功能。
这为生物学的研究提供了一种有力的手段。
四、光声成像技术的局限性与展望虽然光声成像技术有许多优点，但它也存在一些局限性。
例如，光声成像技术对于胸腔和体内较深的组织成像不够稳定、分辨率也不够高，这限制了它在某些领域的应用。
此外，光声成像技术的设备和操作成本较高，也需要更多的研究和开发。
但随着技术的不断发展，光声成像技术的应用前景也越来越广阔。
例如，在纳米领域中，光声成像技术可以用于纳米探针的成像，实现高分辨率的纳米成像。
在工业领域，光声成像技术可以用于材料检测和质量控制等方面。
可以预见，随着技术的不断创新和发展，光声成像技术必将发挥更加重要的作用。
超声成像原理课件
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
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2、侧向分辨力
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头长轴方向上 的分辨力。能分辨相邻两点 （两个病灶）间的最小距离。
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超声仪器
探头原理
定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。
2024/6/7
2006年6月5日星期一
《超声成像原理》PPT课件
收超声能 超声，转利 声能利换用 。量用成逆
转正超压 换压声电 成电能效 电效发应 能应射将 接将超电
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超声场特性 P171 1、声轴 2、声束 3、束宽 4、近场及特性 5、远场及特性
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《超声成像原理》PPT课件
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（3）横向分辨率（厚度分辨力）：
指在与声束轴线垂直的 平面上，在探头短轴方向的 分辨力。为与侧向分辨力在 一平面上，是相互垂方向轴 线上的分辨力。
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《超声成像原理》PPT课件
40
谢谢各位
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
2024/6/7
《超声成像原理》PPT课件
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超声原理
彩色编码技术是由红、蓝 、绿三种基本颜色组成，当频 移为正时，以红色来表示，而 兰色则表示负的频移。
图像特征
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在显示屏上以不同彩色显示不
《超声成像原理》PPT课同件的血流方向和流速。 P1899
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超声仪器
探头原理
----压电效应P169
超声成像基础.
超声换能器的结构示意图
保护层
压电振子 声透镜
引线 阻尼吸声块(背衬块) 外壳
时间增益补偿（TCG）
– 又称为深度增益补偿（DGC）、灵敏度时间 补偿（STC）
– 超声在组织内部传播时逐步衰减，从深部来 的回波振幅必然比浅表组织的回波振幅要小 的多。为了获得良好的显示，回波信号放大 器的增益时间而变化的，即对较近距离目标 的反射信号放大信号低一些，对较远距离目 标的反射信号放大信号高一些。
– 超声切面显像最显著的特点是声束必须扫查 掠过受检组织，从而显示出截面图像。因此 它属于二维超声。
– 声像图：在超声二维成像中，通过超声波扫 描，形成了由人体内部组织器官系列回声所 构成的切面图像，它反映了人体局部解剖断 层情况。
– 实时超声成像是指超声束能够快速、重复地扫查 被检切面，并形成相应的声像图的成像方式。理 论上，要求帧频达到20帧以上；实际上，对于心 脏等运动明显的器官，实时成像需要帧频达到30 帧或者更高，而对于腹部内脏这些运动不大的器 官，成像速度达到15帧以上即可满足临床需要， 对于静止器官，帧频可以更低。
–声阻：Z＝ρ ×C
–反射与折射发生于大界面上，如：器官包膜， 血管壁，等。
–界面反射是超声波诊断的基础。
超声波的散射与背向散射
– 发生于大小小于声波波长的界面 – 背向散射(或后散射)的存在，是超声显示组
织内细微结构的基础。
超声波的衰减
– 分为：距离衰减和吸收衰减 – 超声波的频率越高，衰减越快
所以有：
2
d v c × max
max
8 f0
当f0一定时,Dmax、 Vmax乘积固定，探测的深度越 深，可测得的速度值便越小，两者互相制约。
超声物理基础及图像基础.pptx
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。
应用物理学在医疗器械设计中的应用
应用物理学在医疗器械设计中的应用在当今医疗领域，医疗器械的不断创新和发展对于提高医疗水平、保障患者健康起着至关重要的作用。
而应用物理学作为一门基础科学，在医疗器械设计中发挥着不可或缺的作用。
它为医疗器械的研发提供了理论支持和技术手段，使得医疗器械更加精准、高效、安全和便捷。
一、应用物理学在医疗器械成像技术中的应用成像技术是医疗器械中的重要组成部分，它能够帮助医生直观地观察人体内部的结构和病变情况，从而做出准确的诊断。
应用物理学在成像技术的发展中起到了关键作用。
X 射线成像技术是最早应用于医疗领域的成像技术之一。
其原理是基于 X 射线的穿透性和物质对 X 射线的吸收差异。
通过调节 X 射线的强度和曝光时间，可以获得人体内部不同组织和器官的影像。
然而，传统的 X 射线成像技术存在分辨率较低、对软组织成像效果不佳等局限性。
为了克服这些问题，物理学家们不断改进技术，发展出了计算机断层扫描（CT）技术。
CT 技术通过围绕人体进行多角度的 X 射线扫描，并利用计算机对扫描数据进行处理和重建，能够获得高分辨率的断层图像，清晰地显示人体内部的细微结构。
磁共振成像（MRI）技术是另一种重要的成像技术。
它利用原子核在强磁场中的磁共振现象来获取人体内部的信息。
物理学中的磁场理论和射频技术在 MRI 中得到了广泛应用。
通过施加不同强度和方向的磁场以及特定频率的射频脉冲，可以激发人体内的氢原子核产生磁共振信号。
这些信号经过处理和重建，能够生成高对比度、多方位的图像，对于软组织的成像效果尤为出色。
超声成像技术则是基于声波的传播和反射原理。
应用物理学中的声学知识帮助设计了超声探头和信号处理算法，使得超声成像能够实时、无创地观察人体内部的结构和运动情况。
在胎儿检查、心血管疾病诊断等方面具有广泛的应用。
二、应用物理学在医疗器械治疗技术中的应用除了成像技术，应用物理学在医疗器械的治疗技术中也有重要应用。
激光治疗技术是一种常见的物理治疗手段。
超声基础知识及临床应用 ppt课件
弥漫型： 肝内呈多发、可疑结节样回声，静脉扭曲变形。
小肝癌型： <3cm的单发结节为主，多为弱回声，边界清。
肝癌（大块型）
胆囊结石超声诊断
胆囊内强回声光团或光点 结石回声后方伴有声影 改变体位结石强回声依重力方向移动
横向分辨率的上限是显示器扫描线的宽度。
超声波的分辨率—纵向分辨力
➢超声波频率越高，纵向分辨力越好。
振元
靶点
低频率
振元
回波信号 靶点
高频率
回波信号 20
超声波的分辨率—横向分辨力
➢频率越高，波束越集中，横向分辨力越好。
不能分辨
能分辨
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超声物理基础—小结
1.哪些器官不能（不适合）超声检查？ 2.超声检查时为什么要搽耦合剂？
第三种，对超声的测量存在困惑。
一个病灶不同超声医师测出的大小 不一样，有时甚至相差较远，比如肾 结石上午在这个医院做了是这么大， 而下午跑到另外一个医院来做又是那 么大，难以理解。
未来趋势
超声报告的内容
• 超声报告单分上项、中项、下项。 • 上项：为病人的基本信息和机器的品牌、型号等。 • 中项：记录检查时的发现（包括图片和描述）。应细致、
第一种，临床医生只看结论,不看描述。
有的临床医生说，你们彩超的报告单，我们只看结论， 你们描述的内容我们根本不看，看也不明白什么意思。
第二种，看了描述，解读错了
曾经有一位临床医生看到我的描写（脾厚 4.5cm，肋下未探及）跟患者如此解释：脾已经 比正常厚了4.5公分......。好在患者也看不懂描述。ຫໍສະໝຸດ 炎症积液实性占位
纤维化
钙化
生命科学中的声学技术应用
生命科学中的声学技术应用声音是自然界中普遍存在的现象。
在人类历史上，由于技术水平的原因，声音的应用范围始终局限在音乐、语言等少数领域。
然而随着现代技术的日益发展和人类对声波传输、处理能力的深入了解，声波技术的应用已经扩展到了生命科学领域。
本文将围绕着生命科学领域中利用声学技术实现的一些新颖、有趣的应用进行讲解。
一、医学领域中的声学技术1. 超声波成像超声波成像是现代医学领域中广泛应用的一种技术。
它是通过将高频声波向人体内部的器官、组织、血管等发射，然后得到接收到的声波反射信号，通过计算机程序进行分析和处理后，最终生成一幅图像。
这样的成像方式对于生殖器官、心脏、肝、肾脏等器官的诊断具有重要作用。
2. 聴診器聴診器是一种听诊器，主要应用于医学领域。
它是一种可放大人体内部声音的小型设备，它通过在听医生运用听诊器时输入的声音，在放大后使医生能够更清晰听到病人的心脏、肺部、肠道等部位传来的声音，并对病人的身体状况进一步做出诊断。
3. 筛查新生儿听力声学技术在医学领域的另一项使用就是筛查新生儿听力。
操作简便的新生儿听力筛查器可以利用声音引活性反应的特点早期发现新生儿的听力问题，避免胎儿受损带来的后果。
二、生物领域中的声学技术1. 海洋生物声学研究海洋生物声学研究是近年来发展较为迅速的一个领域。
它主要研究水中动物的声波发射和接收、声纳定位和声员认知等方面的问题。
在这个领域中，研究人员使用高频率声波对海洋生物进行追踪和测量，并通过声波回声对海底深度、海洋环境等进行探测。
2. 叶绿体内部声场测量叶绿体是植物细胞内的一种器官，它在光合作用中发挥着重要的作用。
科学家们在研究叶绿体时发现，它内部存在着一定的差异声场。
通过声波检测、信号分析等手段，科学家们可以更加深入地研究叶绿体的结构、功能等。
这样的研究为后来的生命科学研究打下了坚实基础。
3. 生物声波通信生物界中的很多物种都依靠声波进行信息交流。
有些昆虫、小动物通过发出一定频率的声音打招呼或示意，它们使用声波向外界传递自己的信息、传达自己的情感。
声学成像技术的研究与应用
声学成像技术的研究与应用引言：声学成像技术是一种利用声音的传播和反射特性来获取目标物体的形态，结构和内部信息的非破坏性检测方法。
这种技术在医学、工程、海洋等领域被广泛应用，成为现代社会中不可或缺的一部分。
本文将从声学成像的物理原理、实验准备和实验过程进行详细解读，并分析其在实际应用中的发展与优势。
一、声学成像的物理原理：声学成像技术是基于声波的传播和反射原理来工作的。
声波是一种机械波，通过固体、液体或气体的振动而产生。
当声波遇到不同介质之间的边界，一部分能量会被反射，一部分能量会被透射，从而形成声波的反射和传播现象。
声学成像技术利用这种原理，通过接收和处理反射波信号，构建出目标物体的图像。
其主要原理包括声源产生、声波传播、反射与收集和图像生成等步骤。
二、实验准备：1. 声源：选择合适的声源对研究目标进行声波激励，常见的有脉冲声源、连续声源和超声源等。
不同声源在频率、功率和波形等方面都有所不同。
2. 探测器：选择相应的探测器接收反射波信号，常见的有压电式探测器、电阻微型探测器和光纤传感器等。
探测器的选择要考虑信号接收范围、灵敏度和响应速度等因素。
3. 数据记录和处理系统：为了获取和处理声波信号，需要相应的数据记录和处理系统。
这些系统应具备高分辨率、低噪声和快速处理的特点。
4. 校准标准：为了准确测量声波反射信号，需要校准标准来验证系统的准确性和稳定性，常见的校准标准包括球形透射模型和均匀介质模型。
三、实验过程：1. 制定实验方案：根据目标物体的特点和研究需求，制定合理的实验方案。
包括声源和探测器的位置选择、声源频率的设置和数据采集的方式等。
2. 数据采集：根据实验方案进行声波的发送和接收。
通过观察实验平台上的显示器，可以实时检测到反射信号，并记录相关数据。
3. 数据处理：将采集到的原始数据进行处理，去除噪声和干扰，得到目标物体的声波反射信号。
通过对信号进行滤波、增益调整和图像重建等处理，可以得到清晰的目标物体图像。
超声成像新技术的物理声学基础及其应用
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管 ．放射科 医生 熟 悉 Ｆ ＮＨ 的 病理 基 础 及Ｃ Ｔ表现特点 ， 一般 对 Ｆ ＮＨ 可作 出 明
超声声学原理及其应用
超声声学原理及其应用超声声学是一种将高频声波（频率大于20kHz）作为工作介质，利用声波在物质中传播及反射的特性来实现对物质进行探测、成像和测量的方法。
大家所熟知的B超、超声治疗、超声检测等技术都是基于超声声学原理。
本文将介绍超声声学的基本原理及其应用。
一、超声声学原理超声声学的基础是声波的传播和受物体的反射、折射以及散射等影响。
声波的传播速度不同于空气中的光速，超声波在非刚性介质中传播时，遇到介质密度或压缩弹性性质的变化时会发生反射、折射和散射等现象，这种现象可以用于超声成像和检测。
由于物体在超声波传播过程中，声波的速度和振幅会因为密度的不同而发生变化，从而产生超声波的反射。
我们可以利用超声波的反射来观察物体内部的情况，进而进行成像诊断。
二、超声应用超声波在医疗诊断中起到了重要作用，B超、彩色多普勒超声、心脏超声等技术，广泛应用于人类医学领域，可以用于观察胎儿和母亲的正常生化情况，及时发现和诊断多种器官疾病。
2. 无损检测超声波还可以用于无损检测，实现对材料的缺陷检测和评估。
这种技术在航空航天、核工业、制药工业及建筑材料等领域得到了广泛的应用。
通过超声波的传播，可以检测到材料内部的缺陷和材料界面的变化，可以有效地发现各种裂纹、错位和气孔等缺陷。
3. 工业实时监测工业实时监测是超声波应用的另一个领域。
利用超声波侵入生产设备进行光电检测，可以实现对设备的实时预警和故障检测。
此外，还可以利用超声波实现水质污染监测、土壤污染检测等。
超声波在物理学中也有广泛的应用。
近年来，超声波在开发新材料、尤其是铁、钢、铝、铜及合金等材料领域得到了广泛应用。
总之，超声声学用于成像、检测和诊断等领域，在医疗、工业、环保、材料、生命科学等领域都有着广泛的应用。
尽管超声技术的发展已经十分成熟，但超声声学仍有许多未解决的问题和未开发的应用。
随着科技的不断发展，相信超声声学必将在更加广泛的应用领域表现出强大的光芒。
超声成像新技术及其临床应用
万方数据
第５期
超声成像新技术及其临床应用
・５５５・
在图像上表现为彩色，而癌变部位由于几乎不动，在图像 中为非彩色。 超声造影剂成像技术的发展使得实时超声可用于参量 成像。例如，通过测量造影剂中的微泡在心肌中消失的速 度，可以得到局部区域的血流速度以评估冠状动脉狭窄的 程度¨“。由于心肌局部位置手工定位费时容易出现偏差， 该方法还没有进入实用阶段。 随着超声技术、靶向造影剂等的进一步发展，可望开 发出更多的超声功能成像技术。分子成像和代谢成像均有 望成为可能，关键在于确定超声在基因层面的作用并设法 对其进行成像和测量ｎ’“］。
１．２编码激励
超声波的频率越高，轴向分辨率越好，但在人体中的 衰减也越快，探查深度也就越浅。编码激励成像发射长编 码超声脉冲，由于入射长脉冲的能量大，由此提高了图像 的信噪比，还增加了探查深度。接收到的长码信号经过脉 冲压缩解码后成为窄脉冲，从而保证轴向分辨率¨】。编码 激励成像在探查深度和图像质量上均优于常规超声成像系 统得到的图像乜’“，目前已用于一些高档超声诊断仪中。 在编码激励成像系统中，编码方法和脉冲压缩算法对 图像质量的影响很大№’，也是该系统的主要研究热点。
１．３超声图像的处理
超声图像是超声束与组织微细结构相互作用的结果。 由于成像过程十分复杂，其图像中的噪声结构也呈现出多 样性。在处理超声图像时，必须根据图像的局部特征判定 该区域是噪声区还是组织结构。若是噪声则可采用滤波方 法加以去除；若是组织结构则做增强处理。这种处理图像
１二维超声成像技术的进展
１．１数字化超声仪器 超声成像设备自问世以来，人们就一直在寻找各种途
确测量和定位在产科临床上，三维超声成像可用于鉴别早 期胎儿是否存在畸形以及检查各个孕期胎儿的生长发育情 况【ｌ。１；在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及 血管内疾病的检查。随着实时三维超声成像（一般要求帧 频必须大于２０帧，ｓ）的研究成功，三维超声有望在心脏疾 病检查中发挥更大的作用。尽管如此，由于价格和技术上 的原因，目前三维超声成像尚未达到临床广泛应用的水平， 也还有不少值得研究的问题。
(完整版)超声类型、超声探头及其应用
运动，息而显血示流为又灰以阶某形一式速，度即V亮相度对模于式超。声波运动（相向或同相）从而由探头接受回 声信回息声，规接律类1受、，似回幅即B波度A型型的调诊诊频制断断率显法法与示原的发改理诊射进。断超为M基声型辉础频仪度。率是调有在制一水显偏平示移偏，转经板信上号加处入理一可对以慢检扫出描D锯o齿pp波ler，频使回声 移。 光2点0世沿2、纪水探6平0头年方发代向射初扫的，描声A，束型代必超表须声时进仪间行已。扫在保查我留国原普来及垂，直临方床向应的用深范度围扫相描当线广。泛探。头随位着置电的子固技术
强
反 射 回 声 弱
浅
机理：以波幅变化反映回声情况 特点：一维波形图，不直观 用途：鉴别液、实性包块，测距
以波幅的高低代表界面反射信号的强弱， 可探测脏器径线及鉴别病变的物理特性。由于 其过分粗略，目前已基本淘汰。
深
二、超声扫描分类
M超(Time-motion mode_运动显示型)
机理：以单声束取样，获得活动界面回声，再以慢扫描方式展开，以亮度反映回声 的强弱，垂直方向表示检测深度，水平方向表示时间（心脏的活动时相），显示心 脏各层结构相对体表的相对距离随时间的变化曲线，反映心脏一维空间组织结构的 运动情况，所以称为M型(motion mode)。
二、超声扫描分类
A、B超成像对比
二、超声扫描分类
P型超声
又称P型显示，它可视为一种持殊的B 型显示，超声换能器置于圆周的中心，径向 旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步 的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、 食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道 、膀胱的检查。
超声成像基础知识
超声波的传播 propagation of Ultrasound wave
超声成像原理
由探头发出脉冲超声波——体内遇界面产生反射脉冲回声——经放大——改 变显像管阴-栅极电位差——改变荧光屏光电的辉度
B超 B-mode ultrasonography
超声诊断基础 Basis of ultrasound diagnosis
超声诊断基础 Basis of ultrasound diagnosis
3.回声分布 ：均质与非均质 4.回声形态：
超声诊断基础 Basis of ultrasound diagnosis
5，特殊征象： “靶环”或“牛ck C, Wilson S, Charboneau W. Diagnostic Ultrasound,(2-volume
set)[J]. Mosby, Philadelphia, PA, 2005. King D L. Textbook of Diagnostic Ultrasonography[J]. JAMA: The Journal of
超声诊断基础 Basis of ultrasound diagnosis
6.后方回声 声影
Reference
Yang X, Tridandapani S, Beitler J J, et al. Ultrasound Histogram Assessment of Parotid Gland Injury Following Head-and-Neck Radiotherapy: A Feasibility Study[J]. Ultrasound in medicine & biology, 2012.
超声成像原理及超声基本知识
大类
信息空间
类型
主要特点
显示方式
多普勒式
一维
D型 （CWD连 续式多普
勒）
D型 （PWD脉 冲式多普
勒）
发射连续波，不能检测深度、位置， 但可检测高速血流
发射脉冲波，能确定目标的深度、位 置，但可测最高血流速度受重复频率
4、频率选择:频率越高、波长越短、衰减越多、穿透力越弱，适用于浅表器 官和外周血管检查，可选用5.0以上频率探头。频率越低、波长越长、衰减减 少、穿透力越强，适用于深部脏器如胸、腹、盆部等检查，可选用2.05.0MHz频率探头。
（二）主机 超声诊断仪在临床应用中大多采用脉冲回声式来产生图像，而各种类型脉冲
（5）衰减 超声波在介质的传播过程中，随着传播距离的增大，声波的能量逐渐减少， 这一现象称为声波衰减。声波衰减与介质对声波的吸收、散射以及声束扩散等 原因有关，其中吸收是衰减的主要因素。 衰减的原因主要有两个方面：超声在其传播过程中由于反射和散射，使其一 部分声能偏离其探测方向，而造成探测方向上声能的减小。另一方面是介质的 吸收作用，将一部分声能转化成另一种能量（往往是热能），而使声强减小。 衰减为反射、散射及吸收等效应的总和。
超声诊断仪类型
（一）回波幅度式
回波幅度式超声诊断仪是通过探测超声回波幅度的变化来获取组织信息，分 辨人体组织的细微差别，然后根据回波信号进行能量转化，再经过一系列复杂 的信号处理并最终显示出图像。
大类 回波幅度式
信息空间 一维
类型 A型
主要特点 深度方向的组织界面回波幅度
显示方式 幅度调制
M型
深度方向的组织界面的时间位移曲线 辉度调制
能力差异较大，仪器质量有较大的影响。
超声成像的物理基础 （一）超声波 1、超声波的概念
应用物理学在医学影像技术中的应用
应用物理学在医学影像技术中的应用在当今医学领域，医学影像技术无疑是诊断和治疗疾病的重要手段之一。
而应用物理学在其中发挥着至关重要的作用，为医学影像技术的不断发展和创新提供了坚实的理论基础和技术支持。
医学影像技术的目的是通过各种物理原理和方法，获取人体内部的结构和功能信息，以帮助医生进行准确的诊断和治疗决策。
应用物理学中的多个分支，如电磁学、光学、声学、核物理学等，都在医学影像技术中有着广泛而深入的应用。
X 射线成像技术是医学影像中最常见和基础的技术之一。
其原理基于应用物理学中的电磁学。
当 X 射线穿过人体时，由于不同组织对 X 射线的吸收程度不同，从而在探测器上形成不同强度的信号。
密度高的组织，如骨骼，吸收 X 射线较多，在影像上呈现为白色；而密度低的组织，如肺部，吸收较少，呈现为黑色。
这种差异使得医生能够清晰地看到人体内部的骨骼结构、胸部病变等。
CT（计算机断层扫描）技术则是在 X 射线成像的基础上进一步发展而来。
它通过围绕人体进行多角度的 X 射线扫描，并利用计算机算法对这些扫描数据进行处理和重建，从而获得人体内部的断层图像。
这一过程涉及到复杂的物理原理和数学算法，以确保图像的准确性和清晰度。
磁共振成像（MRI）技术则是利用了应用物理学中的原子核磁共振现象。
人体内富含氢原子，在强磁场和特定频率的射频脉冲作用下，氢原子核会发生共振，并在射频脉冲结束后释放出能量信号。
通过检测这些信号，并经过复杂的数学处理，就可以构建出人体内部的详细图像。
MRI 对软组织的分辨能力较高，能够清晰地显示脑部、脊髓、关节等部位的病变。
超声成像技术基于声学原理。
通过向人体发射超声波，并接收反射回来的声波，根据声波的传播时间、强度和频率等信息，可以推断出人体内部组织的结构和运动情况。
超声成像具有实时性强、无辐射、操作简便等优点，广泛应用于妇产科、心血管科等领域的诊断。
在医学影像技术中，应用物理学不仅为成像原理提供了理论支持，还在图像的处理和分析方面发挥着重要作用。
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超声成像新技术的物理声学基础及其应用90年代以来，由于电子计算机容量和功能的提高，数字化技术的引入，以及各种信号处理、图像处理和控制技术的应用，医学超声成像新技术、新设备、新方法层出不穷。
本文就腹部超声诊断中常用的主要新技术的物理声学基础、临床应用现状及发展前景等问题作一简要阐述。
1 与提高图像质量有关的超声成像新技术1.1 频谱合成成像频谱合成成像即频率转换技术(frequency convert technology,FCT)[1]。
组织在超声声场的作用下，当超声波满足小振幅条件时，声源与其声场之间为线性关系，即无论在声场的任何距离上，介质质点都重复声源的振动规律，但当超声波不满足小振幅条件，而具有一定振幅(有限振幅，达到有限振幅的波为有限振幅波)时，随传播距离的增加，由于有限振幅波的传播速度不是常数，而与介质的非线性参量及质点的振速有关，致使波形发生畸变，波形的畸变必然伴随谐波的产生。
当声源发射的不是单频的超声波，而是以f0为主频、具有一定频宽的超声脉冲时，经声场介质作用后，将产生具有多重频率的回波信号，且其频谱与声源发射者不同，即实现了频率转换。
从成像的观点来说，回波信号中频率成分利用得越充分，图像质量就越好。
利用超宽频探头、数字化处理和超大容量计算机，可将回波信号分解为多个频带进行并行处理，然后再按频谱合成为最后的信号，因此亦称为频谱合成成像，由此获得的图像分辨率更高，对比度更大，噪声伪像更低。
1.2 二次谐波成像 1995年以来，二次谐波成像(second harmonic imaging,SHI)技术逐步趋于成熟，近几年开始用于心外脏器和组织的检查[2]。
应用于临床的谐波成像分自然组织谐波成像(native tissue harmonic imaging,NTHI)和造影剂谐波成像(contrast agents harmonic imaging,CAHI)两种。
(1)物理声学基础：如前所述，当超声波不满足小振幅条件时，在组织中，随传播距离的增加，必然有谐波成分产生，但组织的谐波信号微弱，主要反射(大界面产生反射)和散射(小界面产生散射)基波。
声学造影剂多为含气体微泡的液体物质，这些微泡构成了液体的“空化核”，在超声场作用下，微泡除常规散射基波外，尚发生运动而再“发射”超声波，回波频率与发射波频率(即基频fundamental frequency)的关系在外加声压较弱时为线性关系，明显的振动为基频共振，产生以基频为主的一次谐波，二倍和三倍于基频的二次和三次谐波稍有显示。
随着外加声压的不断增加，则会出现非线性复杂运动，相继出现高次谐振，分谐振，高次分谐振等。
诊断用超声声压较弱，组织和造影剂微泡除反射和散射基波外，主要产生较弱的二次和更弱的三次谐波。
传统的超声仪只接收基波信息成像，二次谐波成像时，仪器通过带通滤波，只提取二次谐波信号进行成像。
无造影剂存在时，二次谐波信号来自组织，称自然组织谐波成像，有造影剂存在时，二次谐波信号主要来自造影剂微泡，称造影剂谐波成像。
由于二次谐波可提高图像的侧向分辨力，且随着谐波信号的增强，反射回声的长度逐渐减小，图像的轴向分辨力随之提高，同时随谐波信号增强，旁瓣作用减弱，Clutter亦减少，上述几方面因素使图像质量得以明显提高。
由于造影剂微泡与周围组织声学特性的差异较大，因此比周围组织质点有更大的等效散射面积，加上微泡谐振引起的共振散射，故来自造影剂微泡的二次谐波信号较强，因此，造影剂谐波成像在临床上应用更广。
(2)临床应用：目前大多数中高档超声诊断仪均具谐波成像功能。
自然组织谐波成像对不适宜声学造影或经济困难的肥胖患者深部病变的观察可首先考虑使用。
造影剂谐波成像时，可使组织回声明显增强，该技术已广泛用于心脏病变的诊断与鉴别诊断。
吴瑛等对比分析了基波显像和谐波显像在诊断胆总管下段——胰腺区域病变中的价值，结果表明，谐波显像能更清晰显示该区域病灶。
此外，随着第三代声学造影剂的研制成功，造影剂已能到达心外脏器，实现心外脏器造影，增强实质脏器的二维图像和多普勒信号，造影剂谐波成像技术为研究组织的血流灌注提供了更加可靠的手段，有助于腹部脏器病变的诊断与鉴别诊断。
1.3 能量造影谐波成像技术能量造影谐波成像(power contrast agent harmonic imaging,PCAHI)[3]在接收返回的谐波信号时，主要对回波的功率(振幅)信息进行分析处理，并利用该信息进行成像。
PCAHI提高了谐波对造影剂的敏感性，尤其对微小颗粒的灵敏度更高，对细小病变显示更清楚，因此有利于病变的早期诊断。
此外，由于造影剂和组织均具有谐波特性，而能量造影谐波成像时，血管内造影剂的功率谐波成分远远强于组织的功率谐波成分，因此，少量的造影剂即可使血流信息从组织中分离出来。
1.4 脉冲反向谐波成像脉冲反向谐波成像(pulse inversion harmonic imaging，PIHI)[4]是二次谐波领域的又一重大突破。
常规的谐波成像(conventional harmonic imaging，CHI)是仪器在接收回波信号时，使用滤波器滤掉基波成分，只接收谐波成分。
这一技术的不足在于滤波器在滤掉基波的同时也滤掉同波段内的部分谐波信号，故在某种程度上减少了造影剂的灵敏度和饱和度。
为克服这一缺点，ATL公司推出了脉冲反向谐波成像技术。
该技术是系统在发射正向脉冲波的同时发射一个相同的反向脉冲波，并全数字化存储返回的基波信号和谐波信号，经处理使正向和反向的基波信号叠加而抵消，而结合谐波成分产生纯净的宽频谐波信号，克服了常规谐波成像频带的局限性，提高了图像的分辨率，并可减少造影剂的用量。
1.5 组织多普勒成像一般多普勒回波信号中，既包括血流中散射粒子的散射信息，又包括运动器官的反射信息，前者的特点是运动速度快，产生的多普勒频移大，但幅度较小；而后者则速度慢，频移小，但幅度大。
利用高通或低通壁滤波器(wall filter)，可分别提取血流或器官的相应信息。
常规多普勒成像采用高通壁滤波器，提取血流的多普勒信号，组织多普勒成像(tissue Doppler imaging,TDI)则采用低通壁滤波器，单独提取运动器官的低速多普勒信息，并以适当参数予以显示[5，6]。
目前诊断仪的TDI 显示有速度(velocity)、加速度(acceleration)、分散度(variance)和能量(power)图像等，这些参数均可以彩色编码进行伪彩色显示。
2 与组织定征有关的超声成像新技术2.1 超声背向散射积分成像声学密度定量分析是通过定量地分析某些声学参数来研究组织特性以达到组织定征的目的。
超声背向散射积分成像(integrated backscatter,IBS)技术作为声学密度定量分析新技术，为组织原始回声信号的定量分析提供了新方法。
2.1.1 传统的声学密度定量分析法即视频分析法。
组织的回声信号经传统成像方式形成二维灰阶图，视频分析法即对该灰阶图的灰阶分级水平及其分布进行分析，方法有：①灰阶直方图；②计算机定量分析回声的灰阶值及其分布；③纹理参数分析。
由于视频信号是组织的回声信号经处理(检波、对数压缩等)后所得的信号，并非组织的原始回声信号，其受动态范围的限制，信号被压缩并有丢失，因此，从严格的定量角度讲，视频分析法并非真正的声学密度定量分析方法，由于影响视频信号的因素太多，所得结果不可靠，故有人称之为半定量研究。
2.1.2 超声背向散射积分成像技术(1)超声背向散射原理[7]：由声源来的超声波在介质中传播时，若遇到两种具有不同声阻抗的介质(声阻抗差大于0.1%)所形成的界面，且界面大于超声波波长时产生反射，若界面远远小于超声波波长，则产生散射。
散射是各向性的，朝向探头的散射即为背向散射，能为探头所接收。
(2)背向散射积分技术：探头所接收的背向散射信号与同时接收的反射信号相比是非常微弱的，故在经传统成像方式形成的二维图像上，由大界面来的反射回声表现为高回声，如脏器的包膜回声、血管壁回声及大的组织结构回声等，而由微小界面来的散射回声则表现为弱回声或无回声，如脏器实质回声为弱回声，血液、胆汁尿液等为无回声。
然而由于背向散射信号来源于组织的微细结构，其更能反映组织的结构特性。
为了有效的提取和分析微弱的背向散射信号，近几年来一种以背向散射原理为基础的超声成像技术——背向散射积分成像技术得到了较快的发展。
探头接收人体组织的回声信号，超声仪将各界面来的信号经放大、滤波，并进行各信号的延迟合成得到射频信号(组织回波的原始信号)，若将射频信号经检波并输入视频处理器处理(对数压缩、数字扫描转换等)后，再输入显示器显示，则形成常规的二维图像。
背向散射积分技术是通过特制的时间门控电路[8]，在射频信号被处理前，提取相关区域(取样容积内)的射频信号，并将其功率谱与一理想平面反射器的回声信号功率谱相比，取其有效频率范围进行积分，单位为分贝(dB)，并将积分值显示出来。
目前具有该技术的仪器均为联机分析系统，一旦取样，仪器将自动报出感兴趣区域局部背向散射积分值。
(3)常用测量指标[9]：背向散射积分技术的声学参数为背向散射积分值，包括：①图像峰-峰强度(peak to peak intensity，PPI)；②图像平均强度(average image intensity，AII);③图像强度标准差(standard deviation of image intensity，SDI)。
PPI即取样容积内最强与最弱射频信号强度之差，AII与SDI即为取样容积内所有射频信号强度的平均值与标准差，单位均为分贝(dB)，最常用者为AII。
在心脏研究中常用的指标有：①心肌背向散射积分值(IBS)。
由于个体差异，现多采用标化(校正)背向散射积分值(IBS%)，以舒张末期心包的IBS值为100%，检测区IBS值与其相比即为IBS%；②心动周期心肌背向散射变化幅度(cyclic variation of integrated back scatter,CVIB)为心动周期中心肌IBS变化差值，是反映心肌运动的活性指标；③跨壁背向散射积分梯度(transmural gradient of IBS，TGIBS)，为心内外膜下1/2处心肌IBS值之比。
(4)测量方法：具有IBS分析功能的超声诊断仪均具有联机自动测量及显示功能。
HP 5500在AQ设置下，对二维图像的感兴趣区取样后启动Sample-data键，仪器将在2.48s内自动测值62次，并以三种方式显示测量结果：①实时动态分析图：标记在测量的时间相位；②测值表：以表格形式显示测量结果；③坐标图：以坐标形式显示测量结果，可联机或脱机分析。