超声医学基础

增益（Gain） 频率（Frequency） 滤波 线密度 优先级别 血流状态 脉冲重复频率（PRF） 余辉（Persist） 彩色图（Maps） 平滑度 帧频
彩色多普勒模式
彩色多普勒参数的调节
•传输频率：选择较高频率会增大图像的精度，选择较低频率可以改善穿透性。
•ROI：其位置和形状取决于当前的探头和默认的成像深度，增大ROI的范围和深
超声波的发射与接收
超声波的发生是利用逆压电效应
•
当在压电材料两端加一交变电场时，则压电材料出现与
交变电场同样频率的机械振动，将电能变为机械能。这种
效应称逆压电效应。
+++++++
+++++++
超声波发射形成
+
+
+
-
-
-
---------
+ + ---------
+
超声波的发射与接收
超声波的接收是利用正压电效应
• 深度（Depth）：最大和最小深度取决于当前探头的频率。
• 焦点（Focus）:选择合适的焦点的个数、间距和焦点位置，以调整图 像的侧向分辨力。 • Sweep（M模式下）：调整M模式扫描的滚动速度。
彩色多普勒模式
彩色多普勒技术
壁滤波 频率检测
CDFI
DTI
血流滤波
多普勒频移 信号检出
幅度处理
超声诊断原理与基础
超声诊断原理与基础
一、超声波的基本概念和 物理量
2
波的基本概念
根据频率不同
次声波(<20Hz) 声波(20~20000HZ) 超声波（＞20000Hz） 垂直：横波
振动方向和传播方向
平行：纵波（液体、气体中传播，人体软 组织中传播的超声波主要是纵波）
机械波
传播需要介质
根据频率不同
以多普勒信号的幅度（强度）为信息来源，以红细胞散射能量的总积分进 行彩色编码显示，通常以单色表示血流信息。
特点：
• 对血流的显示只取决于红细胞散射的能量存在与否
• 成像相对不受入射角的影响 • 不能显示血流的方向、速度和性质 • 对高速血流不产生彩色混迭
彩色多普勒模式
彩色多普勒模式下主要参数
度将降低帧频。
•增益（Gain）:可以调整颜色或能量的接收增益，不会影响二维影像的增益。 •滤波（filter）: 低通滤波可使低速血流显示，高通滤波可切掉低速血流，检查
高速血流时不受低速血流干扰。
•线密度（R/S）：增加或减少经过ROI的扫描线数量，增加线密度将提高精度，
但会降低帧频。
•速度标尺（Scale）/脉冲重复频率（PRF）：调整彩色的速率范围。
深度。
当前检查频率 （开启谐波功能） 近场
（近场长度L=2rf/c, r为探头的半径）
远场
显示当前检测深度
影响因素：频率λ=C/f (频率越低--波长越大--穿透力越好，反之亦然)、 衰减系数、发射声功率、仪器的信噪比（相对恒定）、动态范围和增益
超声诊断原理与基础
五、超声临床应用 模式及调节
2
超声临床应用模式
侧向），当空间平均水平增加时，血流灵敏度将增加，但空间精度会降低。
•Map：由屏幕右侧的彩色条或能量条表示，是指分配给彩色或能量ROI的颜色范
围，彩色以血流速率、能量以血流幅度为基础。彩色图时，较深色调表示速率较 低，较浅色调表示速率较高，红蓝表示血流方向；能量图时，较亮颜色表示较强 信号，较暗颜色表示较弱信号。
彩色多普勒模式
彩色多普勒参数的调节
•优先级别（Priority）：彩色优先级用于选择是否显示任意像素的颜色或2D模
式数据的阈值，即增加彩色优先级将使2D影像上显示更多彩色像素信息；能量优 先级看调整能量显示幅度的阈值，增加能量优先级将增加接受信号幅度范围，因 而产生更多的能量信息。
•平滑度（Smooth）：调整用于平滑血流模式显示的空间平均水平（包括轴向和
• 动态范围（DR ）：表示图像所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。 动态范围越大，所能表示的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。即
扫描的整体对比精度。
• 边缘强化 （Edge）：有助于分辨实时成像过程中的结构轮廓。 • 线密度（R/S--精度/速度）：用来增加或减少每帧2D图像的扫描线数 量。增加线密度将改善图像细节，但会降低帧频。
当在压电材料两端加一压力时，则在此材料的两个电极 面上将产生电荷，将机械能变成电能。这种效应称为正压
电效应。
+++++++ +++++++
-
+
-
+ +
+
+ + --------F
---------F
超声波的发射与接收

孔径
阵元是换能器的基本单元
阵元
孔径是发射或接收中同时使用的阵元数
1
超声诊断原理与基础
三、超声波的传播
3
超声波的传播
超声波在组织内的传播特性
1.反射和折射：超声波在体内传播中遇到不同介质形成的界面时，一 部
分产生反射，另一部分可透过该界面进入下一介质，称为透过，若透过 的声波改变方向传播时，称折射。
θ θ1 θ2
θ θ1 θ2
当声波有稀疏介质（C小）进入稠密介质（C 大）时，折射角将大于入射角
3
超声波的传播
超声波在组织内的传播特性
2.衍射和散射：当声波遇到线度为1-2个波长的障碍物，声波的传播方向
将偏离原来的方向产生衍射；当声波传播过程中遇到线度远远小于波长
的粒子，粒子吸收声波能量后再向四周各个方向辐射，成为散射。
3
超声波的传播
超声波在组织内的传播特性
3.多普勒效应：振源与散射体之间存在相对运动时，振源发射的超声波射
超声诊断原理与基础
四、评价超声系统性 能的基本参数
3
超声波的传播
超声波的分辨力—空间分辨力
1.轴向/纵向分辨力（声束传播方向）：声束长轴方先生区分两个细小目标的能 力，与f密切相关，频率越高（波长越短），轴向分辨力越好。
超声声学基础
超声波的分辨力—空间分辨力
2.侧向/横向分辨力（与声束轴线垂直方向）:与线阵、凸阵探头长轴方向上扫描
声束的宽度有关。通常采用各种电子聚焦技术，使声束变窄，改善侧向分 辨力。
超声声学基础
超声波的分辨力—空间分辨力
3.层厚分辨力（与声束轴线垂直方向）：与探头厚度方向上声束宽度和曲面的 聚焦性能有关，一般用声透镜聚焦来改善横向分辨力。
超声声学基础
超声波的分辨力—时间分辨力
单位时间成像的幅数，即帧频，表示时间分辨力，帧频越高，时间分辨力
彩色多普勒模式
彩色多普勒技术种类—彩色多普勒组织成像法（TDI）
与CDFI不同点在于采用血流滤波器代替壁滤波器去除低幅高频的血流信息而保 留高幅低频的组织运动信息，一般用来观察心肌组织运动情况。显示的速度范围 在0.03~0.24m/s。
彩色多普勒模式
彩色多普勒技术种类—彩色多普勒能量 图（CDE）
反射型 •2D 模式：亮度模式 •M 模式：运动模式 C 模式：彩色多普勒模式 -- 彩色多普勒
-- 能量图
D 模式：频谱多普勒模式
--脉冲波多普勒
--连续波多普勒（用于心脏，主要测高速血流） 三维/四维模式：自由臂三维；实时三维（四维）
2D和M模式
2D模式的成像基 础是根据组织间 的声阻抗差异。
•连续波多普勒(CW):采用两个超声
换能器获得有关血流资料。无检测深 度的功能，但可测高速血流，不会产 生混迭伪像。
彩色多普勒模式
彩色多普勒参数的调节
•血流状态选择（Flow）：分为高速、中速、低速血流三个级别，针对选定
的血流状态自动调整壁滤波器参数和脉冲重复频率。 •余辉（persistence）：可决定彩色数据在ROI中的保持时间。增加持续性可以延
长峰值速率的保持时间。
•零位基线（Basicline）：调整评估状态下血流方向中的失真现象，调整显示的流
向散射体后，产生散射波的频率发生改变的现象。
超声多普勒效应测血流速度
3
超声波的传播
超声波在组织内的传播特性
4.衰减特性：声波在介质中传播时，由于介质的黏滞性、热传导性、分组 吸收及散射等原因导致声能减少。 5.生物学效应：超声通过介质时，与介质产生相互作用。对生物组织的作 用引起生物学效应。
3
超声波的传播
--超声探头
3
超声探头
外壳
电缆
压电晶体 匹配层
至 超 声 接 收 装 置
吸声材料
电极
声透镜
超声波的发射与接收
压电 晶体
+ + +
自然界中存在着某些特殊晶体， 当受到外力的作用产生形变时，
会在晶体表面产生电荷的聚集
而形成电压，这种效应叫做压 电效应，这种晶体叫压电晶体。 具有正压电效应和逆压电效应。
无线电波 微波 红外线 可见光 紫外线 X-射线 伽玛射线
1
波的基本概念
机械波根据频率分类
声波 超声波
次声波
1
波的基本概念
机械波根据传播与振动方向关系分类
横波 纵波
1
波的基本概念
电磁波根据频率分类
1
超声波的基本物理量
•振幅：质点从平衡位置到最大位移的距离
•频率、波长、声速：频率(f)是单位时间内质点振动的次数；波长(λ)是声波
M型属于辉度调制型，Y轴（垂直 方向）代表软组织空间位置深浅，X 轴（水平方向）代表时间扫描线，以 此得到“运动位置-时间”曲线
2D和M模式
2D/M型图像参 数的调节
增益（Gain） 基波/谐波频率（GEN/THI Frequency） 动态范围（Dynamic Range）
边缘增强
余辉
线密度 灰度图
超声伪像：超声显示的断层图像与其相应解剖
断面图像之间存在的差异
主要原因分类： 1.反射、折射 2.衰减 3.断层厚度伪像： 近场远场（聚焦区外），声束发散所致 4.旁瓣效应 5.声速伪像 6.仪器设备
7.操作者技术因素：增益、DGC、聚焦调节不当
3
超声波的传播
超声伪像种类
混响
超声波在探头和界面之间来回反射引起，可将探头似的侧动，并适 当加压，观察反射的变化，进而识别混响伪像
Baidu Nhomakorabea
伪彩 帧频
扫描的滚动速度
2D和M模式
2D模式下的参数及调节
• 基波/谐波频率（GEN/THI ）:根据病人情况，选择合适的频率，以选 择相匹配的穿透力和轴向分辨力。 • 增益（Gain ） • 整体增益--调整2D或M模式扫描的回波增幅和亮度--更改图像整体亮度。
• 深度补偿增益（DGC）--用来对不同深度的弱信号或过亮信号进行补偿。
2D和M模式
2D模式下的参数及调节
• 余辉/持续性（Persistence）：通过存留每个成像帧的图像数据线，
为2D模式图像提供可见的平滑效果。
• Maps：用来选择将回波振幅指定给灰度等级的处理曲线，活动灰度图 显示为屏幕右侧的灰度条来表示，用来表明可用于所选灰度图的灰度
阴影范围。
• 伪彩（Tint ）：通过向灰度图中的灰色添加更多蓝色、红色、黄色 或绿色来改变图像的颜色，肉眼对彩色的分辨更敏感。
量速度范围而不改变彩色PRF。
•选通门（gate）：gate过小则显示血流的敏感性可能降低
•消除彩色信号的闪烁：这种干扰多来自低频运动信号，一般可选较高的滤波条件，
较高的速度标尺来避免。最佳的方法是令患者屏住呼吸。
频谱多普勒模式
频谱多普勒技术分类
•脉冲波多普勒(PW):采用同一个换
能器间歇式发射和接收超声。受脉冲 重复频率(PRF)影响。
CDE
彩色多普勒模式
彩色多普勒技术—彩色多普勒血流成像 （CDFI）
该技术能表示血流的方向、速度和性质
•红色表示朝探头方向运动，蓝色表示背离探头方向 •单纯红色或蓝色表示层流，绿色表示湍流 •颜色越鲜亮表示速度越快，越暗表示速度越慢
局限性：
• 对入射角的依赖性 • 检测深度与成像帧频及可检测流速之间互相制约 • 对B型图像质量的影响
超声波的传播
超声伪像种类
声影
当声束遇到强反射界面或声衰减很大的组织时，其后方出现超 声不能达到的无回声区称为声影
超声波的传播
主要超声伪像
后方回声增强
当声束通过声衰减甚小的器官组织或病变（如胆囊、膀胱、囊肿） 时，其后方回声较同深度的邻近组织回声增强
超声波的传播
超声伪像种类
镜面伪像
当声束遇到深部的镜面(声阻抗差异较大的平整的大界面) ，在近侧 的结构同时在图像的该界面另一侧出现的伪像
一个周期内在介质中传播的距离；声速 是声波在介质中的传播速度。 (人体组 织内C=1540m/s)三者的关系：λ=C/f 。
•声阻抗：声阻抗是介质某表面产生的声压和通过该面积的质点体积速度之比，
与介质的密度和弹性有关，两者介质之间声阻抗的差异称为声阻抗差。
2
超声诊断原理与基础
二、超声波的发射与接收
越好，越能真实反映运动脏器的瞬间变化情况。扫描时的线密度、FOV、焦点
个数及扫查深度都将影响帧频。
图像上显示
超声声学基础
超声波的分辨力—对比分辨力
灰阶分辨能力，它是画面上最大亮度与最小亮度之比。
相关调节 参数显示 “黑”到 “白”的分 辨能力
超声声学基础
超声波的穿透力:是指 超声波检测的最大