超声波原理(医疗超声基础) 共45页
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5.570
332
0.000428
超声波的分辨力与穿透力
频率高，分辨好，穿透差 频率低，分辨低，穿透强 对应的临床应用：
检测浅表器官，采用高频探头 检测深部脏器，采用低频探头
多普勒效应
声源与接收体之间的相对运动引起声波频率
发生改变的现象，频率的变化称为频移fd
fd = f`- f0 = Vcosθ f0/c
– Similarly CNR = DI/sI
DI I
B型超声的分辨力
• 轴向分辨力：超声束轴线上，能分辨两点间的最小 距离。与波长有关。只有当两点距离大于波长的 1/2时，超声才能分别产生两个回声。
• 侧向分辨力：垂直于轴线平面上，能分辨相邻两点 间的最小距离。与超声束直径有关，只有当超声束 直径小于两点距离时，才能把这两点显示出来。
时间轴上展开以显示这些光点的运动轨迹， 反映一维（线）上组织结构和运动信息 • B型 ：显示辉度不同的点状回声，而组成图象 • D型：多普勒成像，彩色血流成像
A＝amplitude
振幅
A型超声示意图
A型超声实例
距离
Ｍ型（超声扫描法）
机理：以单声束取样，获得活动界面回声 特点：一维－时间运动曲线图 用途：分析心脏和大血管的运动幅度
pressure
声音与听觉
超声的物理特性
⒈ 指向性 ⒉ 反射、折射、散射和绕射 ⒊ 吸收与衰减 ⒋ 分辨力与穿透力 ⒌ 多普勒效应
超声的三个基本物理参数
频率( f): 声波每秒振动次数，Hz。 波长(λ): 声波在一个振动周期内所通过的距离，
mm 声速(C): 声波在介质中每秒传播的距离，m/s
f0 为入射超声频率
f` 为回声频率
V 为物体的运动速度 C 为声速
cosθ 为运动方向与声束方向间的夹角
超声诊断仪组成
• 探头-超声换能器 • 基本电路部分：通常由主控电路、发射电
路、高频信号放大电路、视频信号放大和 扫描发生器组成 • 显示部分 • 用户控制部分
探头-超声换能器
• 超声诊断仪的探头里安装着具有压电效 应性质的晶体片。能将电能转变为声能， 又能将声能转变为电能。
超声波的绕射
目标大小约为1～ 2λ或稍小，超声波将 绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。
超声波的吸收与衰减
声衰减定义： 是指声能随着传播距离而减弱的现象 衰减量=频率×深度
频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射
人体组织器官的声阻抗
组织器官
大脑 脂肪
软组织 肌肉 肝脏 血液
深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司
超声影像发展
50年代 70年代
80年代
90年代
A型、M型超声仪 灰阶实时超声（B型） 双功能超声仪（ B型+频谱） 彩色多普勒超声仪 （ B型+ 彩色+频谱）
新技术 （超声造影、谐波成像、
超高频探头、三维超声等）
常见超声成像模式
• A型 ：信号显示为振幅高低不同的波型 • M型：以灰阶亮度显示界面回声的强弱，同时在
• 医用超声诊断仪探头有多种形式，基本 结构一致。根据需要功能不同，超声频 率，外形不同
常用探头
线阵型
扇型
超声扫查方式示意图
凸弧型
主机
+++++++++++++++++
-------------
-------------
+++++++++++++++++
+
-发
射
-超
声
+
逆压电效应示意图
接收超声
• 优势：应用广泛，无创伤，操作简便，费 用低，实时显像……
什么是超声波
• 超声波是声波，一种机械波 • 超声的频率、声速和波长 ：c=f·λ • 频率超出了人耳听觉的上限20，000Hz
• 医用频率1—20MHz(常用2.5 —5MHz)
• 人体软组织平均声速为：1540m/s
声波的传播
time Period
• Resolution
– The small distance between two points that can be imaged
• Signal to noise ratio (SNR)
– S/sI, (S = measured signal s noise standard deviation)
• 横向分辨力：又称厚度分辨率与侧向分辨力在一平 面上，是相互垂方向轴线上的分辨力。
• 时间分辨力：帧频，显示图象的实时程度。
• As round-trip increases, reflector’s distance increases as well
人体组织的声学特征
无回声 （无反射型）—胆汁、尿液、血液 低回声 （少反射型）—肝、脾 强回声 （多反射型）—血管壁、结石 极强回声（全反射型）—肺、胃肠道
回声类型
肝 胆汁
胆囊壁
超声波的散射
遇界面远小于波长的微小粒子或者粗糙的 界面，超声波将产生散射，人体内的散射源 为红细胞和脏器内的细微结构。
颅骨
肺及肠腔气体
密 度 g/cm3
1.038 0.955 1.016 1.074 1.050 1.055 1.658
0.00129
声 速 m/s
1540 1476 1500 1568 1570 1570 3360
声阻抗（×105 瑞 利）
1.588 1.410 1.590 1.648 1.648 1.656
M型曲线图
Ｂ型超声显象
机理： 不同的光点反映回声变化， 用切面显示正常组织与异常组织
特点：二维断面图像，实时显示，直观
彩色多普勒血流
• 机理：多普勒原理，在二维图像基础上叠 加彩色血流的信息。
• 特点：可以检测血流、脏器血液灌注、鉴 别诊断等
• 应用范围：消化系统，心血管系统，妇产 科，外科学，眼科学，神经学，泌尿科， 皮肤病学……
+++++++++++++++++
-------------
-------------
+++++++++++++++++
正压
负压
正压电效应示意图
Contrast, resolution, SNR
• Contrast
– Ability of distinguish an object from background (DI/I)
Ｃ=f ×λ
λ
人体软组织声速平均为1540m/s
C（m/s）
f1 T
百度文库
频率越高，周期越短
c f
频率越高，波长越短。
超声波的反射和折射
反射
1.声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c) △Z＞0.1%即可产生反射
2.声阻抗差大，反射强
折射
两种介质内声速不同可产生 折射现象 结果：导致入射声束的偏转
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0.000428
超声波的分辨力与穿透力
频率高，分辨好，穿透差 频率低，分辨低，穿透强 对应的临床应用：
检测浅表器官，采用高频探头 检测深部脏器，采用低频探头
多普勒效应
声源与接收体之间的相对运动引起声波频率
发生改变的现象，频率的变化称为频移fd
fd = f`- f0 = Vcosθ f0/c
– Similarly CNR = DI/sI
DI I
B型超声的分辨力
• 轴向分辨力：超声束轴线上，能分辨两点间的最小 距离。与波长有关。只有当两点距离大于波长的 1/2时，超声才能分别产生两个回声。
• 侧向分辨力：垂直于轴线平面上，能分辨相邻两点 间的最小距离。与超声束直径有关，只有当超声束 直径小于两点距离时，才能把这两点显示出来。
时间轴上展开以显示这些光点的运动轨迹， 反映一维（线）上组织结构和运动信息 • B型 ：显示辉度不同的点状回声，而组成图象 • D型：多普勒成像，彩色血流成像
A＝amplitude
振幅
A型超声示意图
A型超声实例
距离
Ｍ型（超声扫描法）
机理：以单声束取样，获得活动界面回声 特点：一维－时间运动曲线图 用途：分析心脏和大血管的运动幅度
pressure
声音与听觉
超声的物理特性
⒈ 指向性 ⒉ 反射、折射、散射和绕射 ⒊ 吸收与衰减 ⒋ 分辨力与穿透力 ⒌ 多普勒效应
超声的三个基本物理参数
频率( f): 声波每秒振动次数，Hz。 波长(λ): 声波在一个振动周期内所通过的距离，
mm 声速(C): 声波在介质中每秒传播的距离，m/s
f0 为入射超声频率
f` 为回声频率
V 为物体的运动速度 C 为声速
cosθ 为运动方向与声束方向间的夹角
超声诊断仪组成
• 探头-超声换能器 • 基本电路部分：通常由主控电路、发射电
路、高频信号放大电路、视频信号放大和 扫描发生器组成 • 显示部分 • 用户控制部分
探头-超声换能器
• 超声诊断仪的探头里安装着具有压电效 应性质的晶体片。能将电能转变为声能， 又能将声能转变为电能。
超声波的绕射
目标大小约为1～ 2λ或稍小，超声波将 绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。
超声波的吸收与衰减
声衰减定义： 是指声能随着传播距离而减弱的现象 衰减量=频率×深度
频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射
人体组织器官的声阻抗
组织器官
大脑 脂肪
软组织 肌肉 肝脏 血液
深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司
超声影像发展
50年代 70年代
80年代
90年代
A型、M型超声仪 灰阶实时超声（B型） 双功能超声仪（ B型+频谱） 彩色多普勒超声仪 （ B型+ 彩色+频谱）
新技术 （超声造影、谐波成像、
超高频探头、三维超声等）
常见超声成像模式
• A型 ：信号显示为振幅高低不同的波型 • M型：以灰阶亮度显示界面回声的强弱，同时在
• 医用超声诊断仪探头有多种形式，基本 结构一致。根据需要功能不同，超声频 率，外形不同
常用探头
线阵型
扇型
超声扫查方式示意图
凸弧型
主机
+++++++++++++++++
-------------
-------------
+++++++++++++++++
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-发
射
-超
声
+
逆压电效应示意图
接收超声
• 优势：应用广泛，无创伤，操作简便，费 用低，实时显像……
什么是超声波
• 超声波是声波，一种机械波 • 超声的频率、声速和波长 ：c=f·λ • 频率超出了人耳听觉的上限20，000Hz
• 医用频率1—20MHz(常用2.5 —5MHz)
• 人体软组织平均声速为：1540m/s
声波的传播
time Period
• Resolution
– The small distance between two points that can be imaged
• Signal to noise ratio (SNR)
– S/sI, (S = measured signal s noise standard deviation)
• 横向分辨力：又称厚度分辨率与侧向分辨力在一平 面上，是相互垂方向轴线上的分辨力。
• 时间分辨力：帧频，显示图象的实时程度。
• As round-trip increases, reflector’s distance increases as well
人体组织的声学特征
无回声 （无反射型）—胆汁、尿液、血液 低回声 （少反射型）—肝、脾 强回声 （多反射型）—血管壁、结石 极强回声（全反射型）—肺、胃肠道
回声类型
肝 胆汁
胆囊壁
超声波的散射
遇界面远小于波长的微小粒子或者粗糙的 界面，超声波将产生散射，人体内的散射源 为红细胞和脏器内的细微结构。
颅骨
肺及肠腔气体
密 度 g/cm3
1.038 0.955 1.016 1.074 1.050 1.055 1.658
0.00129
声 速 m/s
1540 1476 1500 1568 1570 1570 3360
声阻抗（×105 瑞 利）
1.588 1.410 1.590 1.648 1.648 1.656
M型曲线图
Ｂ型超声显象
机理： 不同的光点反映回声变化， 用切面显示正常组织与异常组织
特点：二维断面图像，实时显示，直观
彩色多普勒血流
• 机理：多普勒原理，在二维图像基础上叠 加彩色血流的信息。
• 特点：可以检测血流、脏器血液灌注、鉴 别诊断等
• 应用范围：消化系统，心血管系统，妇产 科，外科学，眼科学，神经学，泌尿科， 皮肤病学……
+++++++++++++++++
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正压
负压
正压电效应示意图
Contrast, resolution, SNR
• Contrast
– Ability of distinguish an object from background (DI/I)
Ｃ=f ×λ
λ
人体软组织声速平均为1540m/s
C（m/s）
f1 T
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频率越高，周期越短
c f
频率越高，波长越短。
超声波的反射和折射
反射
1.声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c) △Z＞0.1%即可产生反射
2.声阻抗差大，反射强
折射
两种介质内声速不同可产生 折射现象 结果：导致入射声束的偏转