醫(yī)學(xué)超聲原理與技術(shù)

1、醫(yī)學(xué)超聲原理與技術(shù)CH2 振動學(xué)基礎(chǔ)自由振動 簡諧運(yùn)動，運(yùn)動周期、頻率、固有頻率、能量的轉(zhuǎn)化守恒；衰減振動 既有振動又有衰減，衰減的規(guī)律，力學(xué)品質(zhì)系數(shù)，能量是衰減的；強(qiáng)迫振動 振動激勵力，過渡過程時間，幅頻相頻曲線；振動區(qū)間選擇、頻率響應(yīng)選擇超聲的晶片可以看成是一個電信號振蕩激勵機(jī)械振動產(chǎn)生超聲的過程；共振包括位移、速度和加速度的共振，是達(dá)到固有頻率發(fā)生的振動常數(shù)特別大的情況，要避免；最好是振動具有比較均勻的響應(yīng)曲線；其他如振動合成理論等研究振動理論有什么意義？超聲處理電路中，振動式廣泛存在的理論也類似；機(jī)械振動：換能器產(chǎn)生接收超聲時，性能的分析；聲場形成依據(jù)振動理論超聲的物體作用超聲波的基本

2、理論機(jī)械波；高頻率；能量幾種于聲束中；波長、頻率、周期；聲速；波型；聲壓、聲波波動方程超聲傳遞時，對界面的壓力作用；依據(jù)力守恒、能量守恒和熱能守恒推導(dǎo)出波動方程；超聲的聲波波動方程體現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)的振動和聲波的傳輸統(tǒng)一；聲阻抗和聲強(qiáng)超聲在物質(zhì)中的傳輸特性不同，體現(xiàn)為聲阻抗的不同；正是聲阻抗不同，才成就了界面的意義；Z=p/v Z=c聲能是從能量的角度描述超聲的傳播和作用；超聲波的傳播特性聲學(xué)邊界；反射和折射：體現(xiàn)為垂直時能量的分配角度入射的問題中間層理論散射繞射干涉衰減原因宏觀衰減系數(shù)；半價層超聲衰減超聲非線性特性聲波傳遞中發(fā)生非線性畸變，尤其是不均勻的物質(zhì)中傳播；體現(xiàn)為頻率發(fā)生變化或波形畸變非線性

3、也可用于成像；超聲換能器機(jī)械和電參數(shù)的耦合實(shí)際上是力彈性和介電性的共同作用；表現(xiàn)出振動還是電壓主要是那種能力占主導(dǎo)；力學(xué)品質(zhì)系數(shù)和電學(xué)品質(zhì)系數(shù)體現(xiàn)的是其能量和衰減；機(jī)電耦合系數(shù)體現(xiàn)的是發(fā)出的電能和貯入的機(jī)械能之比，或發(fā)出的機(jī)械能和貯入的電能之比厚度振動：最好是在一個方向振動，減弱其他方向；換能器的特性頻率特性阻抗匹配吸收特性 吸聲層吸收后面發(fā)射的聲波靈敏度 與換能器的換能特性有關(guān)，有效機(jī)電耦合系數(shù)輻射特性 空間上的聲場分布工作頻率與頻率匹配：最好是諧振以獲得最大輻射功率頻帶寬度：帶寬寬些較好，但是太寬噪聲較大電阻抗匹配 聲阻抗匹配換能器聲場圓形換能器的聲場遠(yuǎn)場、近場、焦點(diǎn)聲束的指向性遮幅式換能

4、器聚焦的意義與實(shí)現(xiàn)聲透鏡聲反射鏡曲面換能器多晶片聚焦超聲換能器結(jié)構(gòu)和基本原理線束形成聚焦掃描換能器的結(jié)構(gòu)各種結(jié)構(gòu)形式晶片吸聲層阻抗匹配層保護(hù)層等等超聲脈沖回聲技術(shù)脈沖回波檢測的原理；探測深度和脈沖重復(fù)頻率；工作頻率和帶寬；增益和深度補(bǔ)償；超聲圖像的特性圖像的分辨力 橫向縱向分辨力；圖像的均勻性偽影多普勒超聲成像成像基本原理：兩大類別多普勒頻移的影響因素；成像的顯示方式：圖像和音頻聲譜圖（頻譜顯示）的意義多普勒超聲成像兩種多普勒成像的不同之處；彩色超聲多普勒成像；多普勒成像的一些制約因素；多普勒成像的顯示；多普勒成像儀器的基本原理框圖；超聲成像儀器以A超為例了解超聲成像儀的一般組成；信號發(fā)生接收

5、裝置信號的調(diào)整和增益補(bǔ)償處理顯示信號提取及處理顯示系統(tǒng)顯示的實(shí)現(xiàn)超聲換能器的主要結(jié)構(gòu)性能參數(shù)有哪些？列舉并做簡單分析；換能器的特性頻率特性阻抗匹配吸收特性 吸聲層吸收后面發(fā)射的聲波靈敏度 與換能器的換能特性有關(guān)，有效機(jī)電耦合系數(shù)輻射特性 空間上的聲場分布工作頻率與頻率匹配：最好是諧振以獲得最大輻射功率頻帶寬度：帶寬寬些較好，但是太寬噪聲較大電阻抗匹配 聲阻抗匹配A型、B型和M型超聲顯示方式和原理差別；三種超聲都是利用回波成像的方法，一般都是使用脈沖型超聲來測量的；返回聲波強(qiáng)度表示不同，A型超聲是幅度調(diào)制型，B、M型是輝度調(diào)制型。A超對于界面位置研究要準(zhǔn)確些；B超可以實(shí)掃描面得斷層顯示；M超研究

6、的是某路徑界面隨時間變化的趨勢，可以對運(yùn)動進(jìn)行定量掃描；原理的主要差別是A超只有二維信息，B超是二維圖像加亮度的三維顯示，B超成像要空間上掃描，M超是距離加亮點(diǎn)加時間的三維顯示，需較長時間的記錄。超聲圖像質(zhì)量影響因素，簡答說明；對于廣泛使用的B超而言，超聲圖像質(zhì)量的取決于兩個方面：空間分辨力和圖像的均勻性?？臻g分辨力主要是橫向和縱向分辨力；橫向分辨力主要由聲束寬度或波長決定，聲場遠(yuǎn)近選取適當(dāng)或采用適當(dāng)聚焦可以提高橫向分辨力；縱向分辨力主要取決于信號的脈沖重復(fù)頻率；圖像均勻性的影響主要是對比清晰度和圖像的均勻性；其中對比清晰度主要是由組織之間的軟組織本身分布特性決定，受增益放大的函數(shù)影響。圖像的

7、均勻性取決于超聲圖像重建算法的影響，并且掃描的聲線數(shù)愈多圖像越清晰；但是掃描聲線數(shù)的多少會受到幀頻和穿透深度的制約；簡述圓盤型超聲聲場的特點(diǎn)；任意形狀的單振子超聲換能器，其超聲的形成都是比較復(fù)雜的，體現(xiàn)為換能器上任一振動點(diǎn)聲源的疊加；每個微小聲源在空間上超聲場的形狀可用惠更斯定理來計(jì)算；聲場分布對超聲圖像形成和分辨力影響巨大；圓盤形超聲換能器產(chǎn)生聲場有主瓣和旁瓣之分，主要能量幾種在主瓣上，是超聲傳播的主方向；聲場在軸線上的分布體現(xiàn)為可以分為近場，遠(yuǎn)場區(qū)域，近場聲壓振蕩分布，遠(yuǎn)場時超聲換能器直徑相對較小越來越近似為質(zhì)點(diǎn)，聲壓逐漸變小，單值變化；近場區(qū)域中，聲束平行度好和界面垂直，能量集中。一般使

8、用近場區(qū)域檢查；可以通過反射、凹面換能器或聲透鏡法改善聚焦，擴(kuò)大近場和焦點(diǎn)距離；也可以采用遮幅的方法改變換能器的聲場利于成像；簡述B超的相位控制型換能器的聲束是如何形成的，如何實(shí)現(xiàn)掃描、聚焦？相位控制型超聲換能器是分割成幾百個晶片陣元群來合成超聲束，形成聲場的；這些晶片陣元具有可以控制獨(dú)立的發(fā)射振動發(fā)生時間和時間延遲；選用相鄰的若干晶片同時振動就可以形成寬度不一的線束，線束寬度取決于晶片數(shù)目；改變發(fā)射超聲聲束陣列組合就可以達(dá)到水平或扇形掃描的目的；同樣在若干振動的晶片振動時，控制各個晶片振動時間延遲，使得兩側(cè)振動提前，中間晶片振動依次滯后，就可以得到聚焦型超聲，焦點(diǎn)的距離取決于時間延遲量大?。?/p>

9、由于全部控制采用電子控制，相位控制性換能器可以方便地實(shí)現(xiàn)聲束掃描聚焦和寬度調(diào)整；但是必須注意掃描聚焦等要考慮到超聲脈沖重復(fù)頻率以及往復(fù)超聲互相干擾的影響；超聲通過界面時反射特性簡單分析；超聲在通過界面即兩種不同聲阻抗交界處時會發(fā)生反射現(xiàn)象。其中如果界面（相對于波長）比較小，散射的效應(yīng)會比較強(qiáng)些；發(fā)射特性體現(xiàn)為部分超聲會在界面上透射進(jìn)界面里，而其余部分將從一定角度朝發(fā)射方向返回，入射反射超聲與界面中垂線夾角稱為入射角和反射角，入射角和反射角相同；反射量的大小取決于界面性質(zhì)，聲阻抗相差越大，反射越明顯；若透射角大于入射角則有可能會出現(xiàn)全反射的現(xiàn)象，即超聲不能進(jìn)入界面；以下是A型超聲診斷儀的原理圖，

10、試說明各部分結(jié)構(gòu)和功能；射頻放大：放大深部信號，使得具有足夠的振幅顯示解調(diào)和抑制：即提取出視頻脈沖包絡(luò)信號衰減器：比較反射回波之間相對幅度，控制顯示幅度：不超過以及可以顯示出來差異；發(fā)射器：產(chǎn)生振蕩信號時基發(fā)生器：即掃描電壓發(fā)生器，控制電子束產(chǎn)生時間基線及水平掃描線增輝電路：產(chǎn)生方波信號，保證掃描電壓發(fā)生周期內(nèi)發(fā)射電子束標(biāo)距電路：顯示厘米刻度等，便于估計(jì)數(shù)值；以下是B型超聲顯像儀的原理簡圖，試說明各部分結(jié)構(gòu)的功能 時鐘：用于控制脈沖重復(fù)頻率和周期，起整機(jī)振蕩校準(zhǔn)與同步作用發(fā)射器：產(chǎn)生適當(dāng)?shù)某暬l振蕩，決定超聲頻率； 接收器：返回超聲脈沖接收； 時基發(fā)生器：控制電子束產(chǎn)生水平掃描基線； 掃描增

11、益發(fā)生器：對接收信號進(jìn)行放大，并進(jìn)行深度補(bǔ)償 探頭部分：相位控制實(shí)現(xiàn)超聲束形成，掃描以及聚焦等； 顯示部分：將返回并已處理好的信號放大，將信號強(qiáng)弱輸入輝度調(diào)制，縱坐標(biāo)顯示界面位置，橫坐標(biāo)是各條掃描線；比較連續(xù)多普勒超聲成像和脈沖多普勒成像的異同；連續(xù)（CW）超聲多普勒成像和脈沖（PW）多普勒成像依據(jù)的超聲的doppler效應(yīng)；成像原理不同，cw利用的是連續(xù)波，作用doppler效應(yīng)區(qū)域較大，pw則往往是脈沖采樣體積里發(fā)生的多普勒效應(yīng)，是小區(qū)域里的現(xiàn)象；所用換能器不同：CW成像一般采用分開的接收和發(fā)射探頭，而PW可以采用同一探頭實(shí)現(xiàn)；成像區(qū)域不同，cw信號是返回脈沖和發(fā)射脈沖能被換能器接收發(fā)射的重疊部分共同作用；而pw則是選定方向，選定距離的采樣體積中的多普勒現(xiàn)象的效應(yīng)；脈沖多普勒技術(shù)可以較詳細(xì)的表現(xiàn)出血流速度的分布情況，從而可用于彩超顯示。但是要求更高，受到重復(fù)頻率PRF ，時間間隔等制約以下是多普勒系統(tǒng)的一般框圖，說明各部分的工作原理