超聲診斷儀基礎(chǔ)知識課件

全數(shù)字黑白超聲診斷設(shè)備簡介與演示1全數(shù)字黑白超聲診斷設(shè)備簡介與演示1B超工作原理人耳能聽到的聲音頻率為20Hz----20KHz,低于20Hz的聲波為次聲波,人耳是聽不到的,高于20KHz的聲波為超聲波,人耳也是聽不見的。超聲波之所以被廣泛用于醫(yī)療領(lǐng)域是因為他有許多奇妙的特點：1.由于超聲波頻率高、波長短,他可以像光那樣沿直線傳播,使得我們有可能向確定方向上發(fā)射超聲波；2.聲波是縱波,可以順利地在人體組織里傳播；3.超聲波遇到不同的介質(zhì)交接面時會產(chǎn)生反射波；這些特點構(gòu)成了今天超聲儀器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。2B超工作原理人耳能聽到的聲音頻率為20Hz----20KHzB超成像的基本原理就是：向人體發(fā)射一組超聲波,按一定的方向進行掃描。根據(jù)監(jiān)測其回聲的延遲時間,強弱就可以判斷臟器的距離及性質(zhì)。經(jīng)過電子電路和計算機的處理,形成了B超圖像。B超的關(guān)鍵部件就是超聲探頭(probe),其內(nèi)部有一組超聲換能器,是由一組具有壓電效應(yīng)的特殊晶體制成。這種壓電晶體具有特殊的性質(zhì),就是在晶體特定方向上加上電壓,晶體會發(fā)生形變,反過來當(dāng)晶體發(fā)生形變時,對應(yīng)方向上就會產(chǎn)生電壓,實現(xiàn)了電信號與超聲波的轉(zhuǎn)換。其原理類似于聲納成像B超工作原理3B超成像的基本原理就是：B超工作原理3B超的組成一臺B超主要由以下三部分組成：1.探頭；2.主機；3.顯示器顯示器主機探頭4B超的組成一臺B超主要由以下三部分組成：顯示器主機探B超探頭探頭結(jié)構(gòu)

5B超探頭探頭結(jié)構(gòu)5B超探頭探頭分類

1.凸陣探頭；

2.高頻線陣探頭；

3.微凸探頭；

4.腔體探頭（陰道探頭和直腸探頭）；6B超探頭探頭分類6B超探頭凸陣探頭：適用于腹部（包括肝、腎、膽囊、胰腺）等部位的檢查；高頻線陣（淺表）探頭：適用于小器官（甲狀腺、乳腺、睪丸、新生兒、外周血管及前列腺）等部位的檢查；微凸探頭：適用于心臟（包括成人、兒童心臟）等部位的檢查；腔體探頭：通常指陰道探頭，適用于婦科（包括子宮、卵巢）、產(chǎn)科（包括早孕、基本產(chǎn)科、完全產(chǎn)科、多胎、胎兒回聲）的檢查；

7B超探頭凸陣探頭：適用于腹部（包括肝、腎、膽囊、胰腺）等部位B超探頭探頭規(guī)格的識別：常見的探頭規(guī)格有：R50、R60、R10、R13、R20、L40等。這里面，R表示探頭掃描方式為凸陣掃描；后面的數(shù)字表示掃描的曲率半徑；L表示探頭掃描方式為線陣掃描；后面的數(shù)字表示掃描的寬度。例如：R60表示此探頭為凸陣探頭，掃描曲率半徑為60mm。8B超探頭探頭規(guī)格的識別：8B超探頭探頭掃描角度的計算:

根據(jù)探頭的掃描半徑我們可以計算探頭的實際掃描角度。

80陣元的R60探頭陣元間距為0.78mm128陣元的R60探頭陣元間距為0.50mm

那么我們可以根據(jù)公式來計算角度

80（陣元）×0.78（陣元間距）

2×π×60（半徑）計算出來的結(jié)果就是此探頭的掃描角度了R=60mm×360°探頭聲透鏡9B超探頭探頭掃描角度的計算:R=60mm×360°探頭聲透鏡超聲探頭的頻帶探頭的中心頻率：指探頭工作時的主要發(fā)射頻率，如：常見的凸陣探頭標(biāo)稱3.5MHz，這就是此探頭的中心頻率。變頻：超聲頻率越高探測深度越淺但回波信號分辨率越好，頻率越低，探測深度越深，但回波信號分辨率越差。探測不同檢測部位，就需要變動探頭的發(fā)射頻率，以達到最好的效果。探頭的變頻組數(shù)以及變頻點位置可以根據(jù)招投標(biāo)要求修改B超的工作頻率：指所有探頭的發(fā)射頻率范圍。如：ZQ-9902，支持凸陣探頭，探頭變頻范圍為2.0-5.0MHz支持高頻線陣探頭，探頭變頻范圍為5.0-10.0MHz，支持腔體探頭，探頭變頻范圍為5.0-8.0MHz，那么ZQ-9902的工作頻率就是2.0-10.0MHz。10超聲探頭的頻帶探頭的中心頻率：指探頭工作時的主要發(fā)射頻率，如組織諧波成像諧波成像:由于聲在人體組織內(nèi)傳播過程產(chǎn)生的非線性以及組織界面入射/反射關(guān)系的非線性，使得當(dāng)發(fā)射的聲波頻率為f0時，回波（由于反射或散射）頻率中除有f0（稱基波），還有2f0，3f0……等成分（稱為諧波），其中以二次諧波（2f0）的能量最大。利用回聲（反射或散射）中的二次諧波所攜帶的人體信息形成的聲像圖稱為超聲諧波成像。（TissueHarmonicImaging）通常縮寫為THI如圖：藍線為基波，當(dāng)發(fā)射頻率為2.5MHz

時，紅線為二次諧波頻率為5.0MHz。

寬帶接收近場遠場發(fā)射頻譜2f0f0寬帶發(fā)射11組織諧波成像諧波成像:由于聲在人體組織內(nèi)傳播過程產(chǎn)生的非線性B超顯示器一般分為CRT顯示器和LCD（液晶）顯示器

CRT顯示器又有黑白顯示器和彩色顯示器體現(xiàn)顯示器的性能的技術(shù)指標(biāo)就是看顯示器所能達到的分辨率；分辨率的表現(xiàn)為橫向掃描線數(shù)×縱向掃描線數(shù)。如：分辨率為800×600，表明此時顯示器橫向掃描線數(shù)為800線，縱向掃描線數(shù)為600線。12B超顯示器一般分為CRT顯示器和LCD（液晶）顯示器12通道和陣元通道：可等同于物理通道。對接收通道而言，通道即指具有接收隔離、前置放大、TGC控制等具體電路的硬件。在多聲束形成技術(shù)中，每一物理通道（對應(yīng)一個陣元）將分為多個虛擬通道（或稱邏輯通道），產(chǎn)生不同的延遲時間后與相鄰的陣元信號相加，形成不同的聲束陣元：將探頭換能器（壓電陶瓷）均衡的進行切割分成80份或128份，每一分就是一個陣元，分成80份的探頭就是80陣元的探頭，分成128份的探頭就叫128陣元的探頭。13通道和陣元通道：可等同于物理通道。對接收通道而言，通道即指具通道和陣元在進行信號發(fā)射時，每個通道對應(yīng)一個陣元B超進行超聲發(fā)射時，由每個通道給對應(yīng)的陣元一個信號，對應(yīng)的陣元就發(fā)射一束聲波，第一時間里就有32（1-32）個陣元收到信號發(fā)射了聲波，此時第一通道對應(yīng)第一陣元，第二通道對應(yīng)第二陣元，以此類推。1163280132216214通道和陣元在進行信號發(fā)射時，每個通道對應(yīng)一個陣元116328通道和陣元11632801322162第二次發(fā)射時仍然有32（2-33）個陣元收到信號發(fā)射了聲波，此時第一通道對應(yīng)第二陣元，第二通道對應(yīng)第三陣元，以此類推，第三十二通道對應(yīng)第三十三陣元。當(dāng)?shù)?0陣元被激活發(fā)射了聲波，收到回波信號后此時第一幅超聲圖像得以形成。3173315通道和陣元11632801322162第二次發(fā)射時仍然有32線相關(guān)線數(shù)：每幀圖像有多少根線低密度發(fā)射：每線以一個陣元間距為線間距進行發(fā)射，組成的超聲圖像；在此密度下發(fā)射，圖像的線密度在數(shù)量上等于探頭陣元數(shù)。高密度發(fā)射：每線以1/2個陣元間距為線間距進行發(fā)射，組成的超聲圖像；在此密度下發(fā)射，圖像的線密度在數(shù)量上等于2倍的探頭陣元數(shù)。a11632陣元數(shù)80128低密度80線/幀128線/幀高密度160線/幀256線/幀16線相關(guān)線數(shù)：每幀圖像有多少根線a11632陣元數(shù)80128低幀相關(guān)幀相關(guān)：是一種濾除噪聲，對圖像進行平滑的功能。由于噪聲是雜亂無章的，所以每個時間段里噪聲的位置是不同的，而人體組織在短時間內(nèi)幾乎沒有什么變化，所以把2幅圖像進行重疊后可以使噪聲淡化、消除，而人體組織的圖像進行加強。幀相關(guān)是圖像在時間域的平均。ab圖1ac圖2ab圖3c17幀相關(guān)幀相關(guān)：是一種濾除噪聲，對圖像進行平滑的功能。由于噪聲幀頻幀頻：也叫成像幀率，是指每秒成像的幀數(shù)。幀頻越高，圖像顯示就越平穩(wěn)，實時性也越好。幀頻的高低取決于成像設(shè)備的性能、是否使用多聲束形成技術(shù)和探測深度，其中探測深度對成像幀率起決定性的作用。探測深度越小，成像幀率就越高；使用多聲束形成技術(shù)，成像幀率也可進一步提高。幀頻可以通過以下公式進行計算：幀頻=1/[2×顯示深度（單位m）/聲速（1540m/s）×線密度（80陣元：160線/幀；128陣元：256線/幀）×焦點數(shù)]

幀頻與陣元數(shù)、線數(shù)、焦點數(shù)、探測深度相關(guān)，都成反比。探頭發(fā)射角度可變可調(diào)：通過減小探頭發(fā)射角度，可以提高圖像幀頻

18幀頻幀頻：也叫成像幀率，是指每秒成像的幀數(shù)。幀頻越高，圖像顯DBPP雙波束并行處理技術(shù)采用先進的全通道數(shù)字化高速雙波束并行處理技術(shù)；發(fā)射一次，同時接收兩個方向的回聲信號，進行高速數(shù)字信號運算處理；有效提高圖像幀頻，提高圖像的時間分辨率，而不犧牲圖像的空間分辨率。19DBPP雙波束并行處理技術(shù)采用先進的全通道數(shù)字化高速雙波束并前處理、后處理DSC：數(shù)字掃描變換器，主要完成圖像的坐標(biāo)變換以及插值處理，將聲線的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌晥D像的處理過程前處理：在接到超聲信號到進行DSC處理之前進行的數(shù)據(jù)處理都叫前處理（如：線相關(guān)、橫向濾波、包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮等）。后處理：在進行DSC處理之后，對圖像進行的相關(guān)處理叫后處理（如：左右翻轉(zhuǎn)、上下翻轉(zhuǎn)、正負(fù)翻轉(zhuǎn)、伽馬校正、邊緣增強等）。20前處理、后處理DSC：數(shù)字掃描變換器，主要完成圖像的坐標(biāo)變換灰階、動態(tài)范圍灰階：以不同的亮度級來顯示振幅強弱。灰階數(shù)越大，能分辨的灰度越多，越能顯示微小病灶。目前常見的是256灰階，表示有0—255個灰度級。動態(tài)范圍:接收信號的動態(tài)變化幅度，單位為分貝（dB），動態(tài)范圍越大，其信號應(yīng)用區(qū)域就越廣，而病灶的包容量就越大。（如：當(dāng)顯示器的動態(tài)范圍為0-30dB時，表明該顯示器只能接收并顯示0-30dB范圍內(nèi)的信號，當(dāng)輸入的信號超過30dB時，就會導(dǎo)致超過范圍的信號丟失，使得顯示的圖像不完整，需要進行對數(shù)壓縮進行圖像還原）對應(yīng)于軟件中的DR1-DR4（一般可對應(yīng)為DR1：30dB、DR2：60dB、DR3：90dB、DR4：120dB），可以根據(jù)招投標(biāo)要求修改21灰階、動態(tài)范圍灰階：以不同的亮度級來顯示振幅強弱?；译A數(shù)越大聲功率聲功率：是指換能器發(fā)射出的超聲波的功率。

提高聲功率可提高探測深度。但是提高聲功率要增大電路的發(fā)射電壓。這不僅給整機設(shè)計帶來困難，而且必須要限制聲功率在安全劑量閾值內(nèi)設(shè)計和使用，尤其對胎兒和兒童要減少和避兔使用超聲作檢查，必要使用時必須使用低功率的超聲診斷儀。22聲功率聲功率：是指換能器發(fā)射出的超聲波的功率。22全數(shù)字超聲診斷系統(tǒng)采用數(shù)字聲束形成技術(shù)，在接收模擬人體信號的過程中，在探頭部分實行全部數(shù)字化編碼，使信號完全數(shù)字化，能提高設(shè)備的抗外界干擾能力，降低噪音、提高圖像質(zhì)量，方便地對圖像進行存儲、更改、放大等操作。模擬B超和數(shù)字B超的最大區(qū)別就在于是否擁有數(shù)字聲束形成技術(shù)23全數(shù)字超聲診斷系統(tǒng)采用數(shù)字聲束形成技術(shù)，在接收模擬人體信號的全數(shù)字波束形成技術(shù)數(shù)字式波束形成器:回波信號只被簡單放大后就被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后用數(shù)字電路實現(xiàn)以往需要用模擬器件實現(xiàn)的信號延遲、相加等處理。其優(yōu)劣勢為：信號延遲精度高，系統(tǒng)的靈活性大，可靠性好；但其性能通常與A/D轉(zhuǎn)換的精度、回波信號處理的通道數(shù)等因素有關(guān)。

數(shù)字式波束形成器包含有：全數(shù)字波束合成（DBF）、數(shù)控動態(tài)頻率掃描（DFS）、實時逐點動態(tài)接收聚焦（DRF）、實時動態(tài)孔徑成像（RDF）、實時動態(tài)聲束變跡（DRA）等24全數(shù)字波束形成技術(shù)數(shù)字式波束形成器:回波信號只被簡單放大后就全數(shù)字波束合成在同一時間里，每個陣元對同一點位置都有一束回波信號,探頭在接收到信號后通過簡單的放大，就將每個信號全部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將這80路數(shù)字信號進行數(shù)字合成，成為一個信號。11632801322162DBF10bit10bit10bit15bit25全數(shù)字波束合成在同一時間里，每個陣元對同一點位置都有一束回波數(shù)控動態(tài)頻率掃描（DFS）在B超診斷中,超聲的頻率越高,其縱深方向的分辨率愈好。對細小目標(biāo)點就顯示得細膩清晰,超聲圖象質(zhì)量就高。但由于超聲在人體中傳布時隨著超聲頻率增高,聲能的衰減愈大,以致使可穿透的診斷深度就愈短。所以超聲的分辨率與穿透力是互為矛盾的。寬頻帶探頭多頻率同時發(fā)射，接收時系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字化自適應(yīng)帶通濾波器，根據(jù)檢查部位深淺差異，自動選擇最佳的接收頻率，有效地解決了分辨率和穿透力之間的矛盾，在同一幅圖像上實現(xiàn)了最佳分辨率和最高穿透力

26數(shù)控動態(tài)頻率掃描（DFS）在B超診斷中,超聲的頻率越高,其縱數(shù)控動態(tài)頻率掃描（DFS）3.5MHz5.0MHzab探頭同時發(fā)射出涵蓋3.5MHz-5.0MHz頻帶的寬頻超聲波，a處的距離較近，所以此處的回波只接收5.0MHz頻率的，b處探測距離較深所以此處的回波只接收3.5MHz頻率的，這樣在同一幅圖像上實現(xiàn)了最佳分辨率和最高穿透力

27數(shù)控動態(tài)頻率掃描（DFS）3.5MHz5.0MHzab探頭同實時逐點動態(tài)接收聚焦（DRF）由于探頭表面呈弧，各陣元發(fā)射出的聲束在同一點所產(chǎn)生的回波到達各陣元的時間各不相同，為了使各陣元接收到的回波信號能達到一致，就需要對不同的陣元回波信號進行延時，由于探測深度的變化，各陣元回波信號的延時各不相同。通過數(shù)字控制，使得在不同深度的回波信號的延時隨著深度的變化進行動態(tài)改變，這樣每個陣元在每個探測深度點的回波信號能同時到達以實現(xiàn)逐點聚焦。ab28實時逐點動態(tài)接收聚焦（DRF）由于探頭表面呈弧，各陣元發(fā)射出實時動態(tài)孔徑成像（RDF）

接收孔徑隨著回波的深度實時動態(tài)地連續(xù)的變化，保證了遠近場具有均勻一致的高分辨率,實時動態(tài)孔徑開關(guān)是逐步漸變的。29實時動態(tài)孔徑成像（RDF）接收孔徑隨著回波的深度實時動實時動態(tài)聲束變跡（DRA）在接收到所有回波信號后，根據(jù)探測深度的不同，實時控制相應(yīng)陣元信號的強弱變化，有效降低背景噪聲,獲得最高信噪比，實現(xiàn)高清晰度圖像。1264537a現(xiàn)在需在a點成像，單1，7等位置的陣元離a點較遠發(fā)射的聲束對a點的成像意義不大，故將其關(guān)閉，但如果將2，3，5，6直接關(guān)閉就會導(dǎo)致成像呈階梯狀，因此，通過數(shù)字控制對此處各點的信號按遠近不同各乘以相應(yīng)系數(shù)，以達到漸變效果，這樣形成的圖像邊界光滑，不會呈階梯狀。30實時動態(tài)聲束變跡（DRA）在接收到所有回波信號后，根據(jù)探測深焦點、聚焦發(fā)射聚焦：選定探測深度的某一點，以此點的延時為基準(zhǔn)來發(fā)射聲束，該點就被稱為焦點。一般要求1-4焦點發(fā)射，16種發(fā)射焦點組合。發(fā)射焦點附近的超聲圖像會改善，發(fā)射焦點越多，圖像分辨率越好，幀頻越慢；在招投標(biāo)過程中，測量側(cè)向以及縱向分辨率時，可以采用4焦點，測量不同深度位置的側(cè)向以及縱向分辨率，可以將焦點位置移動至相應(yīng)區(qū)域；在招投標(biāo)過程中，測量圖像幀頻時，將采用單焦點，可獲得最大圖像幀頻。

31焦點、聚焦發(fā)射聚焦：選定探測深度的某一點，以此點的延時為基準(zhǔn)嵌入式計算機平臺優(yōu)勢32嵌入式計算機平臺優(yōu)勢32嵌入式計算機平臺優(yōu)勢采用嵌入式計算機作為主控平臺，使得超聲診斷設(shè)備界面更人性化，控制更智能化，操作更簡單化借助于計算機的強大圖像處理能力，做超聲圖像進行多種數(shù)字化后處理，大大提升了圖像質(zhì)量集成了海量圖文管理系統(tǒng)，病歷信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，診斷測量公式預(yù)設(shè)系統(tǒng)，產(chǎn)科、婦科、小器官、心臟、泌尿等科室的自動診斷軟件系統(tǒng)，以及自動診斷報告生成系統(tǒng)等，實現(xiàn)了智能化的多功能診斷，在臨床使用上使醫(yī)生切實感受到超聲診斷設(shè)備全數(shù)字化帶來的全方面益處33嵌入式計算機平臺優(yōu)勢采用嵌入式計算機作為主控平臺，使得超聲診嵌入式計算機平臺優(yōu)勢實時在線幫助與導(dǎo)航提示系統(tǒng)使醫(yī)生操作更方便，大多數(shù)情況下無需再參看說明書體標(biāo)根據(jù)診斷科室的選擇會隨著智能變換，方便醫(yī)生操作；體標(biāo)全屏選擇；體標(biāo)智能變換以及全屏選擇的功能絕大多數(shù)廠商沒有可以通過軌跡球?qū)D像連續(xù)無級放大，更方便醫(yī)生選取合適的觀測區(qū)域集成常用輸入法：英文、拼音、五筆字型等；集成產(chǎn)科、婦科、小器官、心臟、泌尿等科室常用專業(yè)詞庫（500個詞組以上），專業(yè)詞庫具有增加修改功能；這些功能可以大大增加醫(yī)生注釋、輸入病歷、打印報告的效率34嵌入式計算機平臺優(yōu)勢實時在線幫助與導(dǎo)航提示系統(tǒng)使醫(yī)生操作更方臨床診斷系統(tǒng)診