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超聲機(jī)器原理介紹演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六超聲機(jī)器原理介紹現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六超聲診斷儀的主要參數(shù)(一)聲學(xué)系統(tǒng)參數(shù):(1)聲輸出強(qiáng)度:總功率等;(2)超聲場(chǎng)的時(shí)頻特性:如波型、持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等;(3)聲場(chǎng)分布特性:如換能器類型、波束形狀、聚焦特性、景深等。(二)圖象特性參數(shù):(1)分辨力;(2)位置記錄精度;(3)深度測(cè)量精度;(4)幀頻;(5)儲(chǔ)存器容量;(6)系統(tǒng)的帶寬等。(三)電氣特性參數(shù):(1)靈敏度;(2)增益及TGC指標(biāo);(3)系統(tǒng)的帶寬;(4)壓縮特性及動(dòng)態(tài)范圍;(5)顯示器的動(dòng)態(tài)范圍等?,F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六一、分辨力

成像系統(tǒng)分辨空間尺寸的能力,即把兩點(diǎn)區(qū)分開(kāi)來(lái)的能力。

1.橫向分辨力(也稱側(cè)向分辨力)⑴定義:垂直于聲束軸方向的分辨力。⑵相關(guān)因素:超聲波束直徑,顯示器光點(diǎn)尺寸。設(shè)有兩個(gè)目標(biāo)(如圖):(a)波束直徑很細(xì),容易區(qū)分。

(b)波束直徑加大,剛能區(qū)分,此時(shí)目標(biāo)間距離就是系統(tǒng)的分辨力。

(c)波束直徑更大,無(wú)法區(qū)分,系統(tǒng)只能把它們當(dāng)作一個(gè)目標(biāo),只顯示一點(diǎn)?,F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑶與波束直徑有關(guān)的因素Ⅰ.非聚焦方式:①近場(chǎng)區(qū),波束直徑約等于換能器直徑。②遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),波束發(fā)散。波束直徑

d=2θ0r=2×0.61λr/a=2.44cr/fD式中:r-距離,f-頻率,D=2a-換能器直徑故橫向分辨力與r、f、D有關(guān)。

Ⅱ.聚焦方式:理論上焦點(diǎn)(r=F)處波束直徑

df=2.44λF/D=2.44cF/fD

在焦距F內(nèi),聲束變細(xì),并與F,f,D有關(guān)。在焦距F外,聲束增粗,橫向分辨力比不聚焦更差?,F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.縱向分辨力(又稱軸向分辨力或距離分辨力)⑴定義:在聲束軸方向上的分辨力。⑵相關(guān)因素:①超聲頻率。理論極限是聲波的半波長(zhǎng)。②主要取決于脈沖有效持續(xù)時(shí)間。脈沖越窄,越好。⑶脈沖有效持續(xù)時(shí)間相關(guān)因素:①發(fā)射電脈沖寬度②換能器阻尼③儀器的增益④發(fā)射超聲強(qiáng)弱因通帶有限,故脈沖前后沿不陡,⑤目標(biāo)反射強(qiáng)弱信號(hào)大小不同,即脈沖寬度不同。⑥目標(biāo)距離一般說(shuō)來(lái),縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六二、作用距離(探測(cè)深度)(P)1.定義:超聲診斷儀圖象能顯示的被測(cè)介質(zhì)最大深度。2.相關(guān)因素:(1)工作頻率工作頻率↓→作用距離↑,但受分辨力限制。∵I=I0e-2αX,α=βf,∴f↓→衰減趨緩。(2)接收靈敏度接收靈敏度↑→作用距離↑,但受噪聲限制。(3)發(fā)射功率發(fā)射功率↑→作用距離↑,但受安全性限制。3.臨床要求:腹部:P=20cm,眼部:P<10cm現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六三、工作頻率(f)1.定義:輻射出去的超聲波中心頻率。2.與其它參數(shù)的關(guān)系:⑴橫向、縱向分辨力↑

f↑⑵探測(cè)深度↓例如:眼科:深度小,結(jié)構(gòu)細(xì),可用高f。如:f=10MHz。腹部:深度大,臟器大,可用低f。如:f=3.5MHz。許多超聲儀,配備多個(gè)不同頻率的探頭,可供選用。矛盾,酌情選取現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六四、幀頻(F)1.定義:成像系統(tǒng)每秒鐘成像的幀數(shù)。2.相關(guān)因素(直接成象法):如圖,P-探測(cè)深度,c-聲速,

N-掃查線數(shù),Fs-掃查幀頻

直接成象時(shí):F=Fs∵一條掃線需時(shí)間(超聲P內(nèi)來(lái)回):

Tl=2P/c∴幀周期——N條掃線所需時(shí)間:

T=NTl=2NP/c∴

F=Fs=1/T=c/2NP

或者:

PNF=c/2

可見(jiàn):P、N、F三者之積是常數(shù),若要提高一個(gè),必須以減小其它兩個(gè)為代價(jià)。cPN線陣Fs現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六3.幀頻與像質(zhì)的關(guān)系:4.數(shù)值分析:因人體軟組織中聲速c=1540m/s如果:P=10cm,F=30Hz,則N=c/2FP=256.6線或者:N=500線,P=20cm,則F=c/2NP=7.7Hz可見(jiàn):難于同時(shí)取得滿意的數(shù)值。F(Hz)<1010—2424—48>48動(dòng)感靜態(tài)準(zhǔn)實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)亮度閃爍閃爍閃爍不閃爍現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六五、脈沖重復(fù)頻率(Fc)1.定義:每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)。2.與其它參數(shù)的關(guān)系:①最大探測(cè)距離Dmax,和探測(cè)深度P

Dmax<c·T/2=c/2Fc式中:T=1/Fc——兩次發(fā)射間的時(shí)間而:P<Dmax故:Fc↓→Dmax↑→P↑②幀頻F,或線密度dLFc↓

→F↓,或dL↓通常取:

Fc=2~4KHz。矛盾,

酌情選取現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六六、動(dòng)態(tài)范圍(LD)1.定義:①儀器的動(dòng)態(tài)范圍:儀器能不失真地處理的,輸入信號(hào)的變化范圍。不失真——信號(hào)既不被噪聲淹沒(méi),也不飽和。②信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍:有意義的信號(hào)的變化范圍。2.表征:

LD=Umax/Umin

常表示為:

LD=20lg(Umax/Umin)(dB)3.超聲儀器的LD值:①超聲回波信號(hào)有:LD>100dB②顯象管亮度有:LD=20-30dB?,F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六掃查方式

1.掃查定義:為形成二維圖象,聲線與人體之間作的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)——聲線位置或方向按一定規(guī)律變化2.B型超聲儀按掃查方式分類:波束控制波束掃查方式成像速度成像效果手動(dòng)式低速靜態(tài)機(jī)械式線形、弧形、復(fù)合掃查低速靜態(tài)扇形、徑向、線形掃查高速實(shí)時(shí)電子式線形、扇形掃查高速實(shí)時(shí)現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六一、簡(jiǎn)單掃查與復(fù)合掃查1.簡(jiǎn)單掃查定義:聲線在掃查區(qū)內(nèi)不相交。(1)線形掃查:聲線:平移,排列均勻。優(yōu)點(diǎn):近、遠(yuǎn)區(qū)視野相同。缺點(diǎn):要求入射范圍大。適用:腹部探查。(2)扇形掃查:聲線:擺動(dòng),呈扇形。優(yōu)點(diǎn):要求的入射窗小。缺點(diǎn):淺部視野小。適用:通過(guò)肋間對(duì)心臟的探查?,F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六(3)凸面弧形陣(凸陣)掃查聲線:弧形移并擺動(dòng),呈扇面形。優(yōu)點(diǎn):入射窗較小,而淺部視野尚可。適用:腹部,也可探查心臟。(4)弧形掃查聲線:弧形移并擺動(dòng),與凸陣掃相反。優(yōu)點(diǎn):近場(chǎng)視野寬。缺點(diǎn):要求的入射范圍大。適用:乳腺、甲狀腺的顯象。(5)徑向掃查聲線:呈360°放射狀。適用:介入式探頭。優(yōu)點(diǎn):經(jīng)食道、直腸、陰道等探入人體,靠近檢區(qū),提高頻率,提高象質(zhì)?,F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六線型、弧型、扇型、復(fù)合型現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.復(fù)合掃查⑴定義:多種簡(jiǎn)單掃查組合,聲線相交。⑵復(fù)合掃查比簡(jiǎn)單掃查:

Ⅰ.優(yōu)點(diǎn):聲線密、無(wú)陰影③、象質(zhì)好②、斜邊界顯示清楚①、掃查均勻④。

Ⅱ.缺點(diǎn):成像慢,非實(shí)時(shí),脈動(dòng)結(jié)構(gòu)成像模糊⑤。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六二、直接接觸式與水路耦合式1.直接接觸式探頭與皮膚直接接觸,加聲耦合劑。特點(diǎn):聲程短,穿透深度大。操作靈活。2.水路耦合式探頭與皮膚間用水或其它液體耦合。特點(diǎn):(1)換能器大小不受限制??捎么罂讖?、強(qiáng)聚焦的換能器。(2)易實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和復(fù)合掃查結(jié)合。(3)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,獲得重復(fù)性好的圖象。(4)易對(duì)體表彎曲厲害,及不易直接耦合的部位進(jìn)行掃查。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六三、機(jī)械掃查與電子掃查1.機(jī)械掃查⑴定義:電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)換能晶片作機(jī)械運(yùn)動(dòng),形成不同方向或位置的聲線,實(shí)現(xiàn)掃查。⑵配合技術(shù):①位置檢測(cè):正弦電位器或旋轉(zhuǎn)變壓器,檢測(cè)晶片瞬時(shí)位置,控制顯示掃描與探頭掃查同步。②液體聲耦合:水或油,兼容晶片運(yùn)動(dòng)和聲傳輸。③電器耦合:旋轉(zhuǎn)變壓器,兼容晶片運(yùn)動(dòng)和電子信號(hào)傳輸?,F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑶機(jī)械掃探頭實(shí)例如圖——擺動(dòng)式機(jī)械掃探頭①壓電振子:位于盛滿水的小盒中,通過(guò)齒輪和連桿的傳動(dòng),可作30o角擺動(dòng),作扇形掃查。②位置電位器:測(cè)定驅(qū)動(dòng)軸的位置變化,從而換算出壓電振子的角度變化。③直流馬達(dá):是驅(qū)動(dòng)力源?,F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六機(jī)械扇形掃描方式單晶片往返擺動(dòng)式重復(fù)精度差,造成幀與幀之間的扇形掃描線位置不能重迭。機(jī)械振動(dòng)大,噪聲大,易出故障。步進(jìn)馬達(dá)改善扇形掃描線的非均勻性有好處,但還是克服不了其它缺陷。

現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六機(jī)械扇形掃描方式單晶片360o旋轉(zhuǎn)式扇形掃描角為90o,那將有270o的旋轉(zhuǎn)時(shí)間不能被利用于成像,而被浪費(fèi),從而降低了掃描幀頻,不利于實(shí)時(shí)成像。

360o旋轉(zhuǎn)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六機(jī)械扇形掃描方式多晶片360o旋轉(zhuǎn)式是先進(jìn)的機(jī)械扇形超聲診斷設(shè)備中選用的一種掃描方案。要求三個(gè)晶片的安裝位置及方向要極其精密。否則,最后合成的圖像是模糊的,不能提取準(zhǔn)確得診斷信息?,F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六機(jī)械扇形掃描方式體腔內(nèi)機(jī)械扇形掃描腔內(nèi)掃描比體表掃描能把換能器更接近被掃描的器官,從而可避免皮膚、脂肪、骨骼和肺等中間介質(zhì)對(duì)超聲波的較大衰減作用。并可用較高的超聲頻率(5~10MHz),從而可獲得高的圖象分辨率。經(jīng)食道扇形掃描經(jīng)陰道扇形掃描機(jī)械徑向掃描方式向掃描的超聲換能器作360o旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),整個(gè)旋轉(zhuǎn)中,換能器作發(fā)射和接收工作,因而可獲得以換能器為中心的圓形切面圖像。經(jīng)向掃描與扇形掃描在成像原理和掃描探頭結(jié)構(gòu)上是相似的,徑向掃描可以看作扇形成像角為360o的扇形掃描的特殊情況?,F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.電子掃查㈠概述:⑴定義:換能器由排成一線的許多陣元組成,用電子方式控制各陣元的工作順序或相位,以控制聲線的位置或方向,實(shí)現(xiàn)掃查。⑵優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng),無(wú)(低頻)振動(dòng),無(wú)磨損,壽命長(zhǎng)。體積小,重量輕。缺點(diǎn):線路復(fù)雜,工藝難,成本高。⑶分類:①線形步距陣,簡(jiǎn)稱:線陣,②線形相控陣,簡(jiǎn)稱:相控陣?,F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六㈡線陣⑴換能元:有幾十至幾百個(gè)換能陣元組成。⑵原理:電子開(kāi)關(guān)切換,使各陣元按一定順序輪流工作,從而形成一系列平行聲束,實(shí)現(xiàn)線形掃查。⑶結(jié)構(gòu)組成:電子開(kāi)關(guān)、阻尼墊襯、換能線陣、匹配層、聲透鏡、外殼?,F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六㈢相控陣

⑴換能元:換能陣元數(shù)較少,長(zhǎng)度約1-3cm。⑵原理:所有陣元一起工作:①發(fā)射時(shí):各陣元的激勵(lì)信號(hào)相位按線性變化,使發(fā)射超聲

經(jīng)空間疊加后,合成超聲方向產(chǎn)生偏向。②接收時(shí):各陣元的接收信號(hào)相位經(jīng)同樣變化,使接收信號(hào)經(jīng)電路疊加后,接收靈敏方向同樣偏向。改變相位線性變化斜率,可改變掃查聲線方向,從而形成扇形掃查。相位線性變化——相鄰陣元信號(hào),相位差相等現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑶相控原理圖解分析Ⅰ.圖解根據(jù):由疊加原理,超聲波在傳播過(guò)程中相遇時(shí):①相遇前后,波的特性(頻率、初相、振動(dòng)方向、傳播方向等)不變——獨(dú)立性。②相遇之處,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)各波矢量合成——疊加性。

當(dāng)波同相位相遇時(shí),疊加增強(qiáng),當(dāng)波異相位相遇時(shí),疊加減弱。

Ⅱ.圖解約定:①陣元發(fā)射的超聲波均為球面波——波面線為圓弧線。②所畫的波面線之間均為同相位——交點(diǎn)處疊加增強(qiáng)?,F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六Ⅲ.圖解例:

①無(wú)偏向無(wú)聚焦發(fā)射:

各陣元發(fā)射信號(hào)無(wú)相位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域——

同相位波面密集區(qū)域,不偏向,不收縮。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六②有偏向無(wú)聚

焦發(fā)射:各陣元發(fā)射信號(hào)相位有線性變化,相鄰相差τ,疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域——同相位波面密集區(qū)域,有θ角偏向,不收縮?,F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六③有偏向無(wú)聚

焦接收:各陣元接收信號(hào)相位經(jīng)線性變化,送疊加電路,電路對(duì)θ角方向平面回波有最強(qiáng)輸出——同相位疊加。接收靈敏區(qū)域有θ角偏向,不收縮?,F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑷關(guān)系式:疊加聲波(接收回波)最強(qiáng)方向偏離軸線的夾角θ:∵uw=9cτ,uv=9d∴sinθ=uw/uv=cτ/dθ=sin-1(cτ/d)

或:τ=(d/c)sinθ式中:τ——相鄰陣元激勵(lì)(接收)信號(hào)相位差

d——相鄰陣元的中心距c——聲速可見(jiàn):不斷改變?chǔ)?,可改變?chǔ)?,?shí)現(xiàn)扇形掃查。123456789⒑dθθuvw疊加聲波最強(qiáng)方向波陣面現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六四、實(shí)時(shí)成像與非實(shí)時(shí)成像按成像的速度來(lái)分類:1.實(shí)時(shí)(動(dòng)態(tài))成像:

F>10Hz(閃爍)對(duì)于掃查運(yùn)動(dòng)器官有重要意義。例如:檢查心臟、胎兒。

2.非實(shí)時(shí)(靜態(tài))成像:

F<10Hz如:手動(dòng)掃,機(jī)械掃(高線數(shù)、大視野象)。可通過(guò)數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器(DSC),轉(zhuǎn)換為TV制式,以消除閃爍?,F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六五、反射型成像與透射型成像1.反射型成像:利用超聲反射波成象。發(fā)射和接收超聲用同一換能器。如:脈沖回波法。2.透射型成像:利用超聲透射波成象。發(fā)射和接收超聲用不同的換能器。類似于X射線成像?,F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六

陣元:組成線陣的電器切換的基本單元,幾十至幾百個(gè)。相鄰陣元中心距d<2mm

陣元越多→掃查線數(shù)越多→圖像越好。振元:獨(dú)立振動(dòng)的小晶體。幾個(gè)振元電氣連成一個(gè)陣元,以減小旁瓣。多陣元組合工作:發(fā)射和接收時(shí),用相鄰的一組陣元同時(shí)工作,工作孔徑相對(duì)較大。

超聲波束的聚焦、發(fā)射與控制

第一節(jié)對(duì)線陣探頭實(shí)施多陣元組合工作的原因

現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六多陣元組合工作的意義:1.減小波束擴(kuò)散角,提高遠(yuǎn)場(chǎng)分辨力?!邔?duì)于圓形換能器,其半擴(kuò)散角

θ0=sin-1(0.61λ/a)=sin-1(1.22λ/D)∴D↑→θ0↓

對(duì)于矩形振元,有相似的結(jié)論。2.延長(zhǎng)近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度。而近場(chǎng)聲束不擴(kuò)散,故分辨力好?!邔?duì)于圓形換能器,近場(chǎng)距離

r0=a2/λ=D2/4λ∴

D↑→r0↑

對(duì)于矩形振元,有相似的結(jié)論。當(dāng)然,D↑使近場(chǎng)變粗,這可用可變孔徑技術(shù)來(lái)克服?,F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六3.提高發(fā)射功率和接收靈敏度。4.便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦(以致動(dòng)態(tài)聚焦),改善分辨力。5.可增加掃查線,改善象質(zhì)?,F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六

對(duì)陣元不同順序的分組,可形成不同的掃查方式。一、組合順序掃描若4個(gè)陣元組合工作,次序?yàn)椋?/p>

1~4,2~5,3~6,4~7,……超聲波束的掃描現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六性能指標(biāo):①掃查線總數(shù):

N=n-m+1N—掃查線總數(shù)

n—陣元總數(shù)

m—每組工作的陣元數(shù)②掃線間距:

d’=dd’—掃線間距

d—相鄰陣元中心距現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六二、組合間隔掃描1.d/2間隔掃描可得:N=2(n-m+1),d’=d/2掃線總數(shù)是組合順序掃描的2倍,象質(zhì)提高?,F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.d/4間隔掃描可得:N=4(n-m+1),d’=d/4掃線總數(shù)是組合順序掃描的4倍,象質(zhì)進(jìn)一步提高?,F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六三、微角掃描如同電視機(jī)的隔行掃描,將一幀圖象分為奇、偶兩場(chǎng)。⒈特點(diǎn):①掃線比普通掃描增加一倍。②圖象有微小位置誤差。∵超聲探查,掃查聲線不平行,圖象顯示,掃描光柵平行。但因是“微角”,這種誤差很小。現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⒉波束控制方法

切換并采用相控技術(shù)工作時(shí):奇數(shù)場(chǎng)聲線偏向+α,偶數(shù)場(chǎng)聲線偏向-α。同時(shí):施加電子聚焦延時(shí)。波束:線掃+微偏+聚焦現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六

超聲聚焦:使超聲束在一定深度內(nèi)會(huì)聚,改善分辨力。分類:①聲學(xué)聚焦,②電子聚焦。一、聲學(xué)聚焦(幾何聚焦,機(jī)械聚焦)1.聲透鏡聚焦利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。若:C1——透鏡介質(zhì)聲速,

C2——被測(cè)介質(zhì)聲速,則:①當(dāng)C1>C2時(shí),凹形聲透鏡有會(huì)聚作用;②當(dāng)C1<C2時(shí),凸形聲透鏡有會(huì)聚作用。焦距F與曲率半徑R成正比,與C1/C2成反比。聲束的聚焦現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六示意圖如下:厚度:聲透鏡中心部位厚度取λ/2可有最大透射率;匹配:為防止反射,一般需采用匹配層。材料:通常為環(huán)氧樹(shù)脂、丙稀樹(shù)脂與其它成分復(fù)合。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.聲反射鏡聚焦

用凹面的聲反射鏡,當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離適當(dāng)時(shí),即具有聚焦作用。利用了聲傳播的反射定律。3.凹面振子聚焦振子做成凹面,焦距F等于其曲率半徑R。效果好,但工藝復(fù)雜?,F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六二、電子聚焦⑴原理:用一組相鄰陣元組合工作:①發(fā)射時(shí):各陣元的激勵(lì)信號(hào)相位按二次曲線變化,使發(fā)射超聲經(jīng)空間疊加后,合成超聲波束產(chǎn)生會(huì)聚。②接收時(shí):各陣元的接收信號(hào)相位按同樣形式變化,使接收信號(hào)經(jīng)電路疊加后,接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會(huì)聚。改變相位二次曲線變化曲率,可改變會(huì)聚焦距。二次曲線——常為圓弧線現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑵電子聚焦原理圖解:

①無(wú)偏向無(wú)聚焦發(fā)射:各陣元發(fā)射信號(hào)無(wú)相位差。疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域——同相位波面密集區(qū)域,不偏向,不會(huì)聚?,F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六②無(wú)偏向有聚

焦發(fā)射:

各陣元的激勵(lì)信號(hào)相位按二次曲線變化,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。不偏向?,F(xiàn)在是50頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六③無(wú)偏向有聚

焦接收:各陣元的接收信號(hào)經(jīng)延遲線,相位按二次曲線變化,使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位,疊加電路對(duì)之有最大輸出。接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會(huì)聚。不偏向?,F(xiàn)在是51頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑶發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接:①相同:信號(hào)相位二次曲線變化延遲②不同:發(fā)射聚焦:超聲空間疊加,合成超聲聚焦。接收聚焦:信號(hào)電路疊加,靈敏范圍聚焦。現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑷聚焦延遲線計(jì)算公式:∵i號(hào)陣元距焦點(diǎn)的聲程(距離)Si:其中:i=1,2,…,m——陣元序號(hào)m——線陣工作組的陣元數(shù)

Li——i號(hào)陣元距線陣組中心距

F——焦距

d——相鄰陣元中心距∴i號(hào)陣元所接延遲線的延時(shí)量τi:

其中:c=1540m/s——聲速123456789⒑FL1S1焦點(diǎn)dLiSi現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑸數(shù)值例:

設(shè):F=35mm,d=0.5mm,m=8,則可求得:S1=S8=35.043723mmτ1=τ8=0nsS2=S7=35.022314mmτ2=τ7=13.9nsS3=S6=35.008034mmτ3=τ6=23.17nsS4=S5=35.000893mmτ4=τ5=27.81ns現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六四、動(dòng)態(tài)電子聚焦

在掃查過(guò)程中動(dòng)態(tài)地改變焦點(diǎn),使整個(gè)探測(cè)深度內(nèi)波束都有良好的會(huì)聚。

1.等聲速動(dòng)態(tài)電子聚焦⑴定義:以超聲在人體中的平均探測(cè)速度,移動(dòng)波束焦點(diǎn)。(實(shí)際上,只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn))。⑵探測(cè)速度VD

:因接收時(shí),超聲波在人體內(nèi)往返一次,故:

VD=c/2=770m/s=0.77m/ms=0.77mm/us

即應(yīng)以VD改變延遲線的延時(shí)分布曲率,即焦距。需要用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行,速度快,且精度要求高。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用?,F(xiàn)在是55頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2.分段動(dòng)態(tài)電子聚焦⑴基本原理:將探測(cè)的深度劃分成n段。(通常:n=2~4)。①發(fā)射:按近、中、遠(yuǎn)場(chǎng)順序,n個(gè)焦點(diǎn),發(fā)射n次。②接收:每次發(fā)射后接收。但只將本次發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器。經(jīng)n次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合,獲得一行所有信息?,F(xiàn)在是56頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑵等效的波束

整個(gè)探測(cè)深度內(nèi)都有較高的分辨力。⑶優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn):焦點(diǎn)不多,延時(shí)變化少,速度慢,電路易實(shí)現(xiàn)。②缺點(diǎn):一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收,時(shí)間長(zhǎng),使幀頻低。需對(duì)存貯器以“慢入快出”方式寫讀,以穩(wěn)定顯示?,F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六一、基本要求原因:陣元獲取信號(hào)=10-30μVp-p,合成電路本身噪音>30μVp-p,故需加前置放大器,以提高信噪比。路數(shù):線陣B超,前置放大常為多路,各機(jī)型有所差異。

EUB-240型B超有16路,EUB-40型B超有24路。基本要求:⑴與探頭饋線匹配良好。饋線特性阻抗=前放輸入阻抗。否則:①信號(hào)被反射入饋線,信號(hào)減弱。②多重反射,造成圖象重影。前置信號(hào)放大

現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六一、回波合成法1、直接合成法方法:各陣元信號(hào)→孔徑控制→聚焦延遲→相加合成。優(yōu)點(diǎn):可不對(duì)稱延遲,進(jìn)行微角掃查。缺點(diǎn):路數(shù)多,設(shè)備量大。

第三節(jié)超聲回波信號(hào)的合成

現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2、二步合成法方法:各陣元信號(hào)→對(duì)稱合成→孔徑控制→聚焦延遲→相加合成。條件:具有對(duì)稱延遲特性(無(wú)偏向)。優(yōu)點(diǎn):孔徑控制電路、聚焦電路減少一半?,F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六三、可變孔徑電路⒈可變孔徑的提出及其實(shí)現(xiàn)方法⑴接收靈敏范圍與孔徑的關(guān)系:根據(jù):發(fā)射與接收的互易性;發(fā)射超聲場(chǎng)的結(jié)論。①非聚焦:近場(chǎng):孔徑越小,靈敏范圍越??;遠(yuǎn)場(chǎng):孔徑越大,靈敏范圍擴(kuò)散角越小。②聚焦:焦點(diǎn)處直徑:

df=2.44λF/DD─接收孔徑即:為使df小,當(dāng)F增大時(shí),D也應(yīng)增大。⑵方法:近場(chǎng)用小孔徑,遠(yuǎn)場(chǎng)用大孔徑——可變孔徑技術(shù)。⑶意義:近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)靈敏范圍(波束)均較窄,橫向分辨力好?,F(xiàn)在是61頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六四、接收相位調(diào)整電路(接收聚焦電路)⒈作用:對(duì)各陣元接收的回波信號(hào)進(jìn)行延遲調(diào)整(二次曲線變化),使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位疊加。其實(shí)質(zhì)是換能器空間靈敏范圍的聚焦。⒉分段聚焦的類型:①非實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦:多次發(fā)射,多次接收。發(fā)射與接收同焦距,每次固定。②實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦:一次發(fā)射,一次接收。發(fā)射固定焦距,接收動(dòng)態(tài)焦距。⒊實(shí)時(shí)分段動(dòng)態(tài)聚焦原理:簡(jiǎn)述:以超聲探查速度,同步分段地移動(dòng)焦點(diǎn)。現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六一、時(shí)間增益補(bǔ)償(TGC)電路⒈實(shí)現(xiàn)時(shí)間增益補(bǔ)償?shù)囊饬x及方法⑴補(bǔ)償?shù)囊饬x:由于超聲波隨傳播距離(時(shí)間)的衰減,使相同反射系數(shù)的界面近距離反射強(qiáng),遠(yuǎn)距離反射弱,若不給予補(bǔ)償,則圖象將隨深度(時(shí)間)而逐漸變暗。時(shí)間增益補(bǔ)償:控制放大器增益隨探測(cè)深度(時(shí)間)的增加而加大,以補(bǔ)償超聲隨傳播距離的衰減。⑵各種名稱:時(shí)間增益補(bǔ)償(TimeGainCompensation——TGC)深度增益補(bǔ)償(DepthGainCompensation——DGC)靈敏度時(shí)間控制(SensitivityTimeControl——STC)預(yù)處理電路

現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑶補(bǔ)償原理

∵聲傳播強(qiáng)度與時(shí)間(距離)的關(guān)系

I=I0e-2αx=I0e-2αct——時(shí)間負(fù)指數(shù)關(guān)系。聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等——時(shí)間線性關(guān)系。經(jīng)聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等處理,回波信號(hào)仍是:

——時(shí)間負(fù)指數(shù)關(guān)系?!嗫捎脮r(shí)間正指數(shù)放大補(bǔ)償?,F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑷實(shí)際情況及措施

上述分析忽略了多種因素,僅為大致的補(bǔ)償關(guān)系。Ⅰ.實(shí)際情況的復(fù)雜性:①受超聲工作頻率的影響:∵α=βf,∴f↑→α↑,頻率高,衰減快。②多重界面反射的影響:實(shí)際常有多重界面,回波穿過(guò)界面越多,強(qiáng)度越弱。③臨床診斷感興趣深度的不同:臨床對(duì)同一患者不同部位,或同一部位不同患者,成像時(shí)關(guān)注深度往往有所不同。Ⅱ.對(duì)策:

TGC控制波形=指數(shù)波形(可變速率)+修正波形操作者可調(diào)節(jié):指數(shù)波形速率,修正波形形狀

——根據(jù)實(shí)際情況,通過(guò)面板按鈕、電位器操作?,F(xiàn)在是65頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六二.動(dòng)態(tài)濾波(DynamicFilter:DF)電路⒈動(dòng)態(tài)濾波的意義⑴原因:超聲傳播時(shí):

I=I0e-2αx,α=βf

所以:高頻↓快,低頻↓慢,造成:探測(cè)距離↑→信號(hào)f0↓(f0—頻譜中心頻率)⑵接收頻帶范圍固定的不利:接收電路f0<信號(hào)f0→高頻損失→分辨力↓接收電路f0>信號(hào)f0→噪聲增加→信噪比↓⑶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↓,近區(qū):選通高頻,抑制低頻→分辨力↑;遠(yuǎn)區(qū):選通低頻,抑制高頻→信噪比↑?,F(xiàn)在是66頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六三、對(duì)數(shù)放大器

1、對(duì)數(shù)放大的意義⑴原因:∵回波信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍:LD>100dB顯象亮度動(dòng)態(tài)范圍:LD=20~30dB

若直接顯示:強(qiáng)信號(hào)圖象一片模糊弱信號(hào)圖象星星點(diǎn)點(diǎn)如同膠片曝光太過(guò)和曝光不足。∴需要壓縮信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍:

100dB→20~30dB

同時(shí),并不丟失亮度信息。對(duì)數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒(méi)、丟失現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六⑵對(duì)數(shù)放大器的特性①輸入、輸出關(guān)系:

uo=K1lg(K2ui)=K1lgK2+(K1/20)(20lgui)

其中:K1─斜率,K2─對(duì)數(shù)偏差。②輸入、輸出關(guān)系曲線:均勻座標(biāo)系中:斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。輸入對(duì)數(shù)座標(biāo)/輸出均勻座標(biāo)系中:遞增直線?,F(xiàn)在是68頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六2、對(duì)數(shù)放大和TGC放大的比較和關(guān)系(1)動(dòng)態(tài)壓縮比較①TGC放大:淺部信號(hào)(含Umax)增益小:UOmax=A1Uimax,A1小深部信號(hào)(含Umin)增益大:UOmin=A2Uimin,A2大∴UOmax/UOmin=A1Uimax/A2Uimin<Uimax/Uimin也有壓縮信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的作用。但中間信號(hào)并不按比例壓縮。

——總動(dòng)態(tài)范圍壓縮。②對(duì)數(shù)放大:增益只與Ui有關(guān),與時(shí)間無(wú)關(guān)。信號(hào)全部按一定規(guī)律壓縮。

——瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍和總動(dòng)態(tài)范圍全面壓縮?,F(xiàn)在是69頁(yè)\一共有75頁(yè)\編輯于星期六(2)位置安排的影響

①先TGC放大,再對(duì)數(shù)放大

TGC放大壓縮信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍

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