超声成像基本原理 ppt课件

人类通过感觉器官从外界获得信息，认识外 周世界，其中，视觉和听觉所获取的信息量最 大。也就是说，我们主要是通过波从外界获取 信息的。
超声成像技术和原理现在看起来很复杂，但 如果从基本物理原理出发，结合它从简单到复 杂的发展历史来认识，其实并不神秘。
让我们沿着超声诊断仪器发展的主线来看超 声成像的基本原理。
时间延迟的曲率半径、 c
F
多振子探头声场分布呈花瓣状，超声技 术需消除副瓣。
二、 超声的物理特性
（一）方向性（束射性或集束性）
1. 大界面与界面反射（specular reflection）
（1）发射的声波在遇到大界面时会产生反射与 折射（透射），大界面指界面长度大于声束波长 的界面。
（2）界面回声反射的角度依赖性：如果声束垂 直于界面时的回声反射强度为100％，入射角6° 时，回声强度降低到10％，12 °时，到1％，≥20 °时，则几乎检测不到回声反射，出现“回声失 落”。
对于圆形单晶片探头来说，近场声束呈圆柱形， 其直径接近于探头直径，长度取决于超声频率和 探头的半径，公式如下：
L ＝ （2rf）/ c
其中， L 为近场长度，r为振动源半径，f为频 率，c为声速。
超声波指向性好坏的指标是近场的长度和扩散 角的大小，从此公式可以看出其中的关系。
超声声场的形状
（四）声束聚焦与分辨力
• 当Z2和Z1相差很大时，如骨与软组织或空气
与软组织等，RI则接近于1（100％）,则产生
强反射。
• 从上述公式很容易推断不同声阻抗组织介面 所出现的反射情况。
（4）界面回声反射的能量与界面形状的关系 声束垂直于凹面或凸面，分别具有聚焦和散焦
的作用。 垂直于不规则界面时，呈现乱反射情况。
人体软组织只要有0.1%密度差即产生反射波， 说明超声对软组织的密度分辨力很高。
利用声波诊断疾病 叩诊（percussion）：叩击、震动、音响和震
动的性质判断有无异常。
清音（resonant note）：正常肺部； 浊音（dull note）：被少量肺组织覆盖的实质脏器； 鼓音（tympanitic note）：含大量气体的空腔器官； 实音（flant note）：实质性脏器； 过清音（hyperresonant note）肺组织含气量增多，弹性 减弱，如肺气肿。
人体许多器官，如：肝、胆、脾的包膜，腹壁 各层肌肉筋膜及皮肤层等，都是典型的大界面。
2. 小界面与后散射（背向散射back scattering）
（1）小界面是指小于声束波长的界面。
（2）发射的声波在遇到小界面时，会产生散射， 如：肝、脾等实质脏器或软组织内的细胞、红 细胞等。以小界面为震源散射波向四面八方发 射超声能量。
A T
声速 c 、波长 λ、
和频率f
三者的关系
c=fλ
t
λ = c /f
周期与频率的关系
T = 1/f
声速（波速）c：指波动的某一振动相位在 介质中的传播速度。人体软组织中声波的传播速 度为 1540 m/s ，不同介质中声速有很大的差别。
（三）声场
1. 超声场
何谓声场：发射超声在介质中传播时其能量所 达到的空间，叫超声场，简称声场，亦称声束。 2.声场特性 声场（或声束）的形状与探头和介质有关。 主瓣、旁瓣（与伪像的关系）、近场、远场、 聚焦区、扩散角等概念。
与叩诊对比，简单地说， 二维、三维超声成像：
向组织发送超声脉冲，接收回声能量，进行图像 显示。
多普勒超声成像：
利用多普勒效应，检测回声中的多普勒频移信号， 以几种不同方式显示。
超声物理学基础
一、超声波的概念
人类所知道的波主要有电磁波和机械波。 *电磁波 包括无线电波、光波、X线等等。 *机械波 包括声波、超声波、次声波等。超声波
为什么要使声束聚焦？特别要注意聚焦分发 射聚焦和接收聚焦两种情况（常有混淆）。聚 焦有那些方法？ 1 声透镜聚焦 2 电子相控阵聚焦（发射聚焦） （1）相控阵扇扫：包括扇扫、扇扩 （2）环阵扇扫 （3）线阵、凸阵 （4）多点聚焦 （5）聚焦新技术：二维多阵元（矩阵）探头
聚焦和未聚焦声束
注意：成像、频谱多普勒及彩色多 普勒用的是短阵脉冲波
注意：以上情况出现在大界面。垂直于界面时 可接收到最强的反射信号。
（3）界面反射的强度和反射系数
声阻抗的概念。
声阻抗（特性阻抗）z = ρc (密度·声速)
声强反射系数(RI) = 反射波声强/入射波声强
RI = （Z2-Z1）2/（Z2+Z1）2 Z1和Z2代表两种介质的声阻抗。
• 当Z2＝Z1时，为均匀介质，RI＝0, 无反射。 • 当Z2≠Z1时，为不同介质，RI≠0, 有反射。
微波超声(特超声) 100MHz--106MHz
声波频谱
次声波
可听声波 音乐
语言
超声波 探测
特超声波
10
102
103
104
105
106
107
108 Hz
超声波(ultrasound ，ultrasounic wave): 频率 高于人耳听觉的声波（按听觉统计取听觉上 限频率，即2万赫兹）
（二）声学基本物理量
超声成像基本原理
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
是一种机械压力波。
（一） 基本概念
1. 何为超声?
2. 超声波的共性: 弹性介质中传播、在液体、气体和 人体组织中以纵波方式传播，具有反射、折射、衍 射和散射特性等。 3.诊断最常用的频率是2－10MHz
机械波按频率划分为：
次声 可闻声
超声
高频超声
＜20Hz 20—20KHz ＞20KHz ＞100MHz以上
3 电子相控阵动态聚焦（接收聚焦）沿回声方向全 程接收聚焦。
4 聚焦声束与非聚焦声束的比较 （1）聚焦区明显变细，大大提高分辨力 （2）近场（旁瓣区）声能分布不均现象依然存在 （3）远场（非聚焦区）散焦现象依然存在，或许 更为严重 （4）与纤细的X线束相比仍不同。
1. 时间延迟动态聚焦原理
声波发射时电子延迟聚时间焦的改的变 基本原理