超聲原理復(fù)習(xí)提綱課件

《醫(yī)學(xué)超聲儀器原理》復(fù)習(xí)題型：判斷（10%），填空（15％），選擇（40％），24%），計(jì)算（11％）第二章超聲醫(yī)學(xué)的物理基礎(chǔ)

一、超聲波的重要物理參數(shù)聲速波長(zhǎng)、頻率聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗二、超聲波的傳播特性聲波的反射定律聲波的折射定律式中，c1,c2分別為介質(zhì)中的聲速。第二章超聲醫(yī)學(xué)的物理基礎(chǔ)

聲強(qiáng)的反射系數(shù)

聲壓的反射系數(shù)

聲壓的透射系數(shù)

聲強(qiáng)的透射系數(shù)第二章超聲醫(yī)學(xué)的物理基礎(chǔ)

三、超聲波的多普勒效應(yīng)

波源與接收體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在兩者的連線上

式中，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，u為波源相對(duì)于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度，v為接收體行對(duì)于波源的速度。

波源與接收體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成一定角度

當(dāng)接收體與波源相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，分母取減號(hào)，分子取加號(hào)；當(dāng)兩者背向運(yùn)動(dòng)時(shí)，分母取加號(hào)，分子取減號(hào)。第二章超聲醫(yī)學(xué)的物理基礎(chǔ)

采用矢量形式表示：第二章超聲醫(yī)學(xué)的物理基礎(chǔ)

四、超聲波的生物效應(yīng)機(jī)械效應(yīng)熱效應(yīng)空化效應(yīng)化學(xué)效應(yīng)第三章醫(yī)用超聲換能器

功能：電能量←→超聲能量相互轉(zhuǎn)換一、壓電效應(yīng)

■

正向壓電效應(yīng)：超聲回波接收

材料兩端加壓力→兩電極產(chǎn)生電場(chǎng)壓力→形變→晶格電偶極矩變化→電荷積累→電場(chǎng)

■逆向壓電效應(yīng)：超聲發(fā)射

材料兩端加電壓→材料產(chǎn)生形變電壓→電場(chǎng)→晶格電偶極受力→應(yīng)力→形變++++++------++++++------二、壓電材料壓電單晶體、壓電多晶體(壓電陶瓷)、壓電高分子聚合物、復(fù)合壓電材料

了解其典型代表及優(yōu)缺點(diǎn)

第三章醫(yī)用超聲換能器

1.壓電晶體

發(fā)射、接收超聲，即：電－聲、聲－電轉(zhuǎn)換其厚度決定發(fā)射超聲的頻率(3)晶片形狀決定聲束的形狀和聲場(chǎng)分布2.吸聲背塊

吸收晶體背向輻射的超聲，減少或消除晶體兩端之間超聲的多次反射造成的干擾(2)增大晶片阻尼，使發(fā)射脈沖窄，從而提高分辨率3.聲隔離層

殼體（低耗的金屬材料）與振動(dòng)體之間聲隔離，防止超聲傳至外殼引起反射，產(chǎn)生干擾第三章醫(yī)用超聲換能器

六、超聲場(chǎng)的空間分布***平面圓片換能器的穩(wěn)態(tài)超聲場(chǎng)在軸線上聲強(qiáng)分布：聲壓隨時(shí)間作周期性變化，其振幅為：

第三章醫(yī)用超聲換能器

（3）近場(chǎng)距離(z0)

式中，D=2a——壓電體直徑，如a>>λ，則

聲學(xué)上稱(chēng)：①z<z0——近場(chǎng)區(qū)

②z>z0——遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（4）軸向聲強(qiáng)分布特點(diǎn)

①近場(chǎng)區(qū)：聲強(qiáng)軸向起伏分布，但平均強(qiáng)度不變②遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：聲強(qiáng)軸向單調(diào)衰減，I∝1／z2，

第三章醫(yī)用超聲換能器

半發(fā)散角（主瓣角）θ角越小，聲束越集中，指向性越好，大部分能量集中在軸線上，有利于改善成像的橫向分辨率如對(duì)超聲進(jìn)行聚焦，則焦點(diǎn)處的聲束直徑為：第四章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論

超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結(jié)構(gòu)信息）。一、***脈沖回波法成像原理

脈沖回波技術(shù)利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過(guò)檢測(cè)臟器界面的反射波，實(shí)現(xiàn)組織定位，并檢測(cè)其特性。

以A型超聲顯示為例說(shuō)明脈沖回波法原理。(a)超聲脈沖發(fā)射的瞬間，顯示器上光點(diǎn)垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過(guò)介質(zhì)1，光點(diǎn)在顯示器上形成水平掃描線。(c)當(dāng)超聲到達(dá)1、2介質(zhì)的分界面上，一部分能量經(jīng)界面反射，大部分能量通過(guò)界面繼續(xù)向前傳播；反射回聲到達(dá)探頭，換能器將回聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并成為顯示器垂直偏轉(zhuǎn)板的輸入信號(hào)，顯示器上顯示回聲信號(hào)脈沖；(d)由2、3介質(zhì)分界面反射的回聲到達(dá)探頭，在顯示器上顯示出相應(yīng)的脈沖。第四章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發(fā)射與接收是由同一換能器完成的，根據(jù)發(fā)射脈沖和回波脈沖的時(shí)間間隔T，計(jì)算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：第四章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論三、超聲成像系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)**分辨率工作頻率穿透深度（工作距離）幀頻（掃描深度、掃描線數(shù)量）脈沖重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)范圍第四章醫(yī)學(xué)超聲儀器概論第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制一、超聲波束的掃描1、機(jī)械扇形掃描成像（了解）2、***電子線性掃描成像（線陣換能器）多陣元組合發(fā)射的意義順序掃描、隔行掃描、d/2間隔掃描、d/4間隔掃描實(shí)現(xiàn)方式3、***電子扇形掃描成像（相控陣換能器）工作原理聲束偏轉(zhuǎn)角與延遲脈沖的計(jì)算（2）電子聚焦

（多陣元換能器）（一維，二維）

線陣換能器發(fā)射聚焦線陣換能器接收聚焦延時(shí)時(shí)間一致第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制各陣元的激勵(lì)信號(hào)時(shí)間按二次曲線變化，疊加超聲最強(qiáng)區(qū)域——同相位波面密集區(qū)域，在焦距內(nèi)逐漸會(huì)聚，在焦距外逐漸擴(kuò)散。發(fā)射電子聚焦

掌握如何確定各陣元激勵(lì)延遲量（線陣換能器與相控陣換能器）!!!

第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制聚焦深度：焦點(diǎn)兩側(cè)相對(duì)于焦點(diǎn)處聲壓下降20%的主聲束長(zhǎng)度或者，焦點(diǎn)兩側(cè)相對(duì)于焦點(diǎn)處聲束直徑擴(kuò)大到倍。焦點(diǎn)直徑：焦點(diǎn)處聲束寬度第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制（3）動(dòng)態(tài)電子聚焦非實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聚焦、實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦、實(shí)時(shí)連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦（時(shí)間延遲→相位延遲）

圖6.12實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦

將整個(gè)探測(cè)區(qū)域分成若干段（每段對(duì)應(yīng)一個(gè)焦點(diǎn)），根據(jù)產(chǎn)生回波信號(hào)的深度，同步地將焦點(diǎn)移向深部。在回波信號(hào)接收過(guò)程中完成，即動(dòng)態(tài)地改變聚焦延遲，使聚焦區(qū)由淺變深的速度與回波信號(hào)到達(dá)換能器的速度一致，使各個(gè)深度的接收聲束均處于聚焦?fàn)顟B(tài)。

實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦：第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制關(guān)鍵問(wèn)題：如何分段？如何選擇焦距？要求：各聚焦深度之和覆蓋整個(gè)探測(cè)深度，聲束寬度近似均勻越靠近換能器，焦點(diǎn)越密集遠(yuǎn)場(chǎng)聲束寬度增加，分辨率會(huì)下降；緊靠換能器表面，由于衍射效應(yīng)，無(wú)法采用電子聚焦。必須結(jié)合可變孔徑技術(shù)解決!第五章超聲波束的掃描、聚焦與控制第六章超聲回波的接收、預(yù)處理回波信號(hào)接收通道回波信號(hào)預(yù)處理通道一、***B超回波信號(hào)接收與預(yù)處理通道的基本結(jié)構(gòu)B超回波信號(hào)接收與預(yù)處理通道的結(jié)構(gòu)示意圖

第六章超聲回波的接收、預(yù)處理二、超聲波束的接收（多路信號(hào)→一路信號(hào)）前置放大器接收多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可變孔徑（提高分辨率）接收相位調(diào)整電路（接收動(dòng)態(tài)電子聚焦）（一）時(shí)間增益補(bǔ)償如何實(shí)現(xiàn)？？？第六章超聲回波的接收、預(yù)處理三、超聲回波的預(yù)處理（二）動(dòng)態(tài)濾波1、動(dòng)態(tài)濾波的意義（1）原因超聲傳播時(shí)，高頻成分衰減快，低頻成分衰減慢，造成：探測(cè)距離↑→信號(hào)f0↓(f0—頻譜中心頻率)（2）動(dòng)態(tài)濾波的過(guò)程和意義隨探測(cè)距離↑→接收電路的f0↓，近場(chǎng)——高通濾波，抑制低頻→分辨力↑遠(yuǎn)場(chǎng)——低通濾波，抑制高頻→信噪比↑動(dòng)態(tài)濾波（3）動(dòng)態(tài)濾波的基本原理：頻帶可變的濾波器變?nèi)荻O管

第六章超聲回波的接收、預(yù)處理（三）對(duì)數(shù)壓縮放大（壓縮動(dòng)態(tài)范圍）（四）檢波（射頻信號(hào)→視頻信號(hào)）（五）勾邊（邊緣加強(qiáng)）第六章超聲回波的接收、預(yù)處理第七章DSC數(shù)字掃描變換器

數(shù)字掃描變換器（DigitalScanConverter，DSC）實(shí)質(zhì)上一個(gè)帶有圖象存儲(chǔ)器的數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有屏幕注釋功能、測(cè)量功能及強(qiáng)大的圖象處理功能。第七章DSC數(shù)字掃描變換器A/D轉(zhuǎn)換：將視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)圖象數(shù)字化。其作用是將代表圖象的連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)，以便于數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理。

圖象前處理：對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮、指數(shù)變換、回?fù)芊壬疃瘸C正、行相關(guān)與幀相關(guān)處理等，但各像素?cái)?shù)據(jù)之間仍保持沿波束矢量方向的時(shí)間函數(shù)關(guān)系。圖像存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）：DSC的核心部件，是數(shù)字圖象處理的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)超聲圖象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀入與讀出。圖象后處理：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的圖像處理，提高圖象清晰度、突出各具有診斷價(jià)值的圖象特征，一般包括：灰度修正、灰階的擴(kuò)展與壓縮、γ校正、直方均衡、電子放大與插行處理以及正/負(fù)像翻轉(zhuǎn)等。

串/并轉(zhuǎn)換、并/串轉(zhuǎn)換：

用于補(bǔ)償圖像存儲(chǔ)器的工作速度。D/A轉(zhuǎn)換：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并同時(shí)與電視同步信號(hào)合成為全電視復(fù)合信號(hào)輸出。讀寫(xiě)地址發(fā)生器：產(chǎn)生坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地址數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘與時(shí)序發(fā)生器：整個(gè)DSC工作的協(xié)調(diào)，總“指揮”。TV顯示與同步：B超圖像的最后復(fù)合顯示，產(chǎn)生與顯示器的同步信號(hào)。第八章超聲多普勒成像與彩超一、超聲多普勒血流檢測(cè)的原理

由多普勒效應(yīng)，由紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的接收信號(hào)多普勒頻移為：用矢量方式表示，上式可表示為：其中多普勒血流檢測(cè)原理超聲血流檢測(cè)利用的是紅細(xì)胞對(duì)超聲的散射回波。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，常取二、血流信息的提取方法（方向、平均速度、速度分布）三、脈沖超聲多普勒技術(shù)（距離選通）第八章超聲多普勒成像與彩超第八章超聲多普勒成像與彩超低通濾波器的截止頻率：BP/2(BP為發(fā)射脈沖的帶寬)帶通濾波器：下截止頻率選擇幾百Hz（200-800Hz）上截止頻率PRF/2最大可探測(cè)距離，最大可測(cè)量速度、濾波器截止頻率如何確定?。?！最大可探測(cè)距離

最大可測(cè)流速

第八章超聲多普勒成像與彩超四、實(shí)時(shí)二維彩色多普勒血流成像脈沖多普勒診斷儀混合B型超聲成像技術(shù)血流圖像的彩色顯示原理

血流方向的顯示

·用紅色和藍(lán)色顯示

·紅色表示迎向探頭，藍(lán)色表示遠(yuǎn)離探頭血流速度的顯示

·用色