第2章-醫(yī)用超聲診斷儀器概論2

第二章醫(yī)用超聲診斷儀器概論

前言

醫(yī)學(xué)超聲是超聲物理學(xué)、電子探測技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)在發(fā)展中相互滲透的產(chǎn)物，具有理、工、醫(yī)相結(jié)合的特點。

其研究包括基礎(chǔ)物理理論研究、儀器工程開發(fā)、圖像處理、換能材料研究等相互聯(lián)系又相互促進的多個方面。它以研究超聲波與生物組織媒質(zhì)互作用規(guī)律和生物效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，以研制先進的生物醫(yī)學(xué)超聲儀器為工具，應(yīng)用于診斷、康復(fù)、監(jiān)護、普查人體疾病。目錄醫(yī)用超聲診斷儀器的發(fā)展簡史醫(yī)用超聲診斷儀器的性能指標超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理醫(yī)用超聲成像技術(shù)

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理超聲診斷利用超聲波在人體內(nèi)不同介質(zhì)中的傳播與反射特性的不同，顯示出不同的影像，而達到診斷的目的。超聲診斷儀主要通過發(fā)射接收超聲波信號，并把它們按一定的方式顯示，來實現(xiàn)對人體軟組織的成像，所以按探頭、聲束掃描方式和采用的信號顯示方式的不同，形成多種超聲成像種類。超聲診斷儀器根據(jù)其原理、任務(wù)和設(shè)備體系等，可以劃分為很多類型。1.以獲取信息的空間分類(1)一維信息設(shè)備如A型、M型、D型。(2)二維信息設(shè)備如扇形、線性、凸陣掃查B型等。(3)三維信息設(shè)備即立體超聲設(shè)備。2.按超聲波形分類(1)連續(xù)波超聲設(shè)備如連續(xù)波超聲多譜勒血流儀。(2)脈沖波超聲設(shè)備如A型、M型、B型超聲診斷儀。3.按利用的物理特性分類(1)回波式超聲診斷儀如A型、M型、B型、D型等。(2)透射式超聲診斷儀如超聲顯微鏡及超聲全息成像系統(tǒng)。4.按醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備體系分類A型、M型、B型、D型、C型、F型等。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型診斷儀——幅度調(diào)制1A型超聲診斷儀因其回聲顯示采用幅度調(diào)制(amplitudemodulation)而得名。A超是利用超聲波的反射特性來獲得人體組織內(nèi)的有關(guān)信息，從而診斷疾病的。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型診斷儀——幅度調(diào)制1A型顯示是超聲診斷儀最基本的一種顯示方式，屬一維超聲，即在陰極射線管的熒光屏上，以橫坐標代表被探測物體的深度，縱坐標代表回波脈沖的幅度。t換能器回波信號

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型診斷儀——幅度調(diào)制1

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型診斷儀——幅度調(diào)制1

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型超聲診斷儀工作原理的方框圖：A型診斷儀——幅度調(diào)制1

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型CRT信號及顯示屏各軸標稱：A型診斷儀——幅度調(diào)制1故由探頭(換能器)定點發(fā)射獲得回波所在的位置可測得人體臟器的厚度、病灶在人體組織中的深度及病灶的大小。根據(jù)回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，還可在一定程度上對病灶進行定性分析。A型超聲診斷儀適應(yīng)于醫(yī)學(xué)各科的檢查，從人的腦部直至體內(nèi)臟器。其中應(yīng)用最多的是對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查。對眼科的一些疾病，尤其是對眼內(nèi)異物，用A型超聲診斷儀比X線透視檢查更為方便準確。在婦產(chǎn)科方面，對于婦女妊娠的檢查以及子宮腫塊的檢查，都比較準確和方便。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理A型診斷儀——幅度調(diào)制1由于A型顯示的回波圖，只能反映局部組織的回波信息，不能獲得在臨床診斷上需要的解剖圖形，且診斷的準確性與操作醫(yī)師的識圖經(jīng)驗關(guān)系很大，因此其應(yīng)用價值漸見低落，即使在國內(nèi)，A型超聲診斷儀也很少生產(chǎn)和使用了。盡管A超的重要性已經(jīng)不及初始階段，但當今B超在顯示斷面圖像的同時，往往選波束特定指向上的回波幅度在屏幕上同時作A式顯示，以配合B式圖像的判讀。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2M型超聲成像診斷儀適用于對運動臟器如心臟的探查。由于其顯示的影像是由運動回波信號對顯示器掃描線實行輝度調(diào)制，按時間順序展開而獲得一維空間多點運動時序（motion-time）圖，故稱之為M型超聲成像診斷儀，其所得的圖像也叫作超聲心動圖。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2對于運動臟器，由于各界面反射回波的位置及信號大小是隨時間而變化的，如仍用幅度調(diào)制的A型顯示方式進行顯示，所顯示波形會隨時間而改變，得不到穩(wěn)定的波形圖。M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波，用亮點形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器運動，垂直掃描線上的各點將發(fā)生位置上的變動，定時采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2M型超聲診斷儀發(fā)射和接收工作原理方框圖：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2心臟博動時測定、所獲得心臟內(nèi)各反射界面的活動曲線圖?？梢?，由于臟器的運動變化，活動曲線的間隔亦隨之發(fā)生變化，如果臟器中某一界面是靜止的，活動曲線將變?yōu)樗街本€。曲線起伏的幅度——反射界面運動中所通過的距離大小。曲線的斜率大小——反射界面運動速度的大小。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2M型CRT信號及顯示屏各軸標稱：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理M型診斷儀——運動調(diào)制2M型超聲診斷儀對人體中的運動臟器，如心臟、胎兒胎心、動脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢，可進行多種心功能參數(shù)測量，如心臟瓣膜的運動速度、加速度等。但M型顯示仍不能獲得解剖圖像，它不適用于對靜態(tài)臟器的診查。目前，B型顯像儀已普遍有M型顯像的功能。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3為了獲得人體組織和臟器解剖影像，B型、P型、BP型、C型和F型超聲成像儀又先后問世，由于它們的一個共同特點是實現(xiàn)了對人體組織和臟器的斷層顯示，通常將這類儀器稱超聲斷層掃描診斷儀。雖然B型超聲成像診斷儀因其成像方式采用輝度調(diào)制(brightnessmodulation)而得名，其影像所顯示的卻是人體組織或臟器的二維超聲斷層圖(或稱剖面圖)，對于運動臟器，還可實現(xiàn)實時動態(tài)顯示。Fetalprofile

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3B型超聲成像儀采用輝度調(diào)制方式顯示深度方向所有界面反射回波，但探頭發(fā)射的超聲聲束在水平方向上是以快速電子掃描方法(相當于快速等間隔改變A超探頭在人體上的位置)，逐次獲得不同位置深度方向所有界面的反射回波，當一幀掃描完成，便可得到一幅由超聲聲束掃描方向決定的垂直平面二維超聲斷層影像，稱之為線形掃描斷層影像。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3通過改變探頭的角度(機械的或者電子的方法)，從而使超聲波束指向方位快速變化，使每隔一定的小角度，被探測方向不同深度所有界面的反射回波，都以亮點的形式顯示在對應(yīng)的掃描線上，便可形成一幅由探頭擺動方向決定的垂直扇面二維超聲斷影像，稱之為扇形掃描斷層影像。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3如果以上2種超聲影像，其獲取回波信息的波束掃描速度相當快，便可以滿足對運動臟器的穩(wěn)定取樣，因而連續(xù)不斷地掃描，便可以實現(xiàn)實時動態(tài)顯示，觀察運動性臟器的動態(tài)情況。線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查，扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對心臟的檢查?，F(xiàn)代B型超聲波診斷儀通常同時具備以上2種探查功能，通過配用不同的超聲探頭，方便地進行轉(zhuǎn)換。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3B型超聲診斷設(shè)備基本組成：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3線性B型超聲診斷儀——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：主要由主機、標準電視監(jiān)視器、手車三大部分組成。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3線性B型超聲診斷儀——系統(tǒng)工作原理方框圖：主要由發(fā)射/接收電路、數(shù)字掃描變換器電路、CPU控制電路三大部分組成。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3線性B型超聲診斷儀——系統(tǒng)工作原理方框圖：主要由發(fā)射/接收電路、數(shù)字掃描變換器電路、CPU控制電路三大部分組成。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3凸陣探頭B型超聲診斷儀——系統(tǒng)工作原理方框圖：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理波束形成電路圖像存儲器坐標變換電路DSC部件探頭顯示器B型診斷儀——亮度調(diào)制3凸陣探頭B型超聲診斷儀——模擬部分原理方框圖：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3凸陣探頭B型超聲診斷儀——數(shù)字部分原理方框圖：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理B型診斷儀——亮度調(diào)制3B型CRT信號及顯示屏各軸標稱：

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理C型診斷儀——亮度調(diào)制4B超圖像顯示的是聲束掃描的人體斷面，C型和F型與B型掃描面相差90°，成像畫面是與超聲束垂直的。C型——圖像是與聲束垂直的某一等深斷面。F型——圖像是與聲束垂直的某一非等深曲面。換能器C型平面

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理D型診斷儀——多普勒效應(yīng)5

1842奧地利數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家C.Doppler在觀察天體運動時發(fā)現(xiàn)了一種物理現(xiàn)象，當星球朝向地球或背離地球運動時，來自星球的光色發(fā)生了變化，光波發(fā)射與接收的頻率差和光源與接收器之間相對運動有關(guān)。這種物理現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。日常生活：火車鳴笛而來，音調(diào)增高；呼嘯而去，音調(diào)降低。這種頻率變化稱多普勒頻移。

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理D型診斷儀5D型超聲成像診斷儀也即超聲多普勒診斷儀，是利用聲學(xué)多普勒原理，對運動中的臟器和血液反射回波的多普勒頻移信號進行檢測處理，轉(zhuǎn)換成聲音、波形、色彩和輝度信號，從而顯示出人體內(nèi)部器官的運動狀態(tài)。超聲多普勒診斷儀主要分為3種類型：連續(xù)式超聲多普勒(continuouswavedoppler)成像診斷儀脈沖式超聲多普勒(pulsedwavedoppler)成像診斷儀實時二維彩色超聲多普勒血流成像(colordopplerflowimage)診斷儀速度信息的提取超聲回波幅度信息提取

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理D型診斷儀5連續(xù)式超聲多普勒成像儀被最早應(yīng)用。它是由探頭中的一個換能器發(fā)射出某一頻率的連續(xù)超聲波信號，當聲波遇到運動目標血流中的紅細胞群，則反射回來的信號是變化了頻率的超聲波。探頭內(nèi)的另外一個換能器將其檢測出來轉(zhuǎn)成電信號后送入主機，經(jīng)高頻放大后與原來發(fā)射頻率電信號進行混頻、解調(diào)，取出差頻信號根據(jù)處理和顯示方式的不同，可轉(zhuǎn)換成聲音、波形或血流圖以供診斷。這種方式難以測定距離，不能確定器官組織的位置，給應(yīng)用診斷造成諸多不便。連續(xù)多普勒特點：連續(xù)多普勒方法與脈沖多普勒不同之處除了系統(tǒng)不同外，探頭也不同，它采用兩組探頭，一組連續(xù)發(fā)射脈沖，一組不斷接收回波。所以不可能有距離選通功能。因為不存在PRF,故原理上可測速度不受限制。但由于具體線路限制，一般機器給出最大可測血流速度在7m—10m/S之間。Nyquist采樣頻率限制，即

超聲診斷儀器的分類、結(jié)構(gòu)、原理D型診斷儀5脈沖式超聲多普勒成像儀是以斷