醫(yī)學超聲成像原理專家講座

醫(yī)學超聲成像原理醫(yī)學超聲成像原理專家講座第1頁3.4超聲波成像原理超聲波成像技術超聲波探測技術能夠分為兩大類，即基于回波掃描超聲探測技術和基于多普勒效應超聲探測技術。基于回波掃描超聲探測技術主要用于解剖學范圍檢測、了解器官組織形態(tài)學方面情況和改變?；诙嗥绽招曁綔y技術主要用于了解組織器官功效情況和血流動力學方面生理病理情況，如觀察血流狀態(tài)、心臟運動情況和血管是否栓塞檢驗等方面。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第2頁醫(yī)學超聲波診療儀A型超聲波診療儀M型超聲波診療儀B型超聲波斷層顯像儀超聲多普勒血流儀、成像儀與彩超超聲三維成像系統(tǒng)（超聲CT）醫(yī)學超聲成像原理專家講座第3頁Ａ型（超聲示波法）機理：以波幅改變反應回聲情況特點：一維波形圖，不直觀用途：判別液、實性包塊，測距當前臨床不再使用醫(yī)學超聲成像原理專家講座第4頁顯示特點：探頭不動向人體反射并接收聲波，依據(jù)回波出現(xiàn)位置，回波幅度高低、形狀、多少和有沒有，確定被檢體病變或解剖部位信息，但特異性不突出，還缺乏解剖學特征。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第5頁進波中線波底波腫瘤波醫(yī)學超聲成像原理專家講座第6頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第7頁Ｍ型（超聲掃描法）機理：以單聲束取樣，取得活動界面回聲，再以慢掃描方式展開特點：一維－時間運動曲線圖用途：分析心臟和大血管運動幅度醫(yī)學超聲成像原理專家講座第8頁M型曲線圖醫(yī)學超聲成像原理專家講座第9頁Ｂ型（超聲顯象法）機理：不一樣光點反應回聲改變，用切面顯示正常組織與異常組織特點：二維斷面圖像，灰階/彩階實時顯示，直觀用途：及其廣泛

醫(yī)學超聲成像原理專家講座第10頁肝臟B超心臟B超醫(yī)學超聲成像原理專家講座第11頁D型（超聲多普勒法）機理：利用Doppler原理對心血管內(nèi)血流進行探測分析頻譜多普勒（PW+CW）以頻譜曲線顯示，檢測血流動力學參數(shù)

彩色多普勒血流顯像（CDFI）

彩色編碼實時顯示血流方向、速度及血流性質醫(yī)學超聲成像原理專家講座第12頁二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流－PW醫(yī)學超聲成像原理專家講座第13頁聲束聚焦

要提升超聲成像系統(tǒng)靈敏度和分辨力，除了對線陣探頭實施多振元組合發(fā)射外，還需要對超聲進行聚焦，使聲束變細，使強度聚焦收斂，提升聲束穿透力和回波強度，從而提升靈敏度和分辨力聲束聚焦分為：

1、聲學聚焦

2、電子聚焦

醫(yī)學超聲成像原理專家講座第14頁超聲波束處理技術

在超聲波發(fā)射和接收時.采取各種波束處理技術，使主波束變窄，旁瓣變小.現(xiàn)在，先進B超設備中已采取含有實際效果波束處理方法有:(l)使晶體表面凹陷;(2)采取聲學透鏡聚焦;’(3)可變孔徑;(4)電子聚焦;(5)動態(tài)聚焦;(6)實時動態(tài)聚焦;(7)動態(tài)變跡等.醫(yī)學超聲成像原理專家講座第15頁

一．凹面晶體用這種聚焦方式，焦點聲束比較細，橫向分辨性能好.不過，一旦偏離聚焦范圍，聲束比未聚焦還粗，所以，采取這種聚焦型探頭，要注意聚焦范圍深度、普通可分成近距離、中距離和遠路離3個檔次。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第16頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第17頁

與光學聚焦原理類似，在平面晶體表面附加聲學透鏡，可使超聲波束匯聚到一點，即焦點.焦點深度，即焦距。由聲學透鏡曲率半徑、超聲波在聲學透鏡中傳輸速度和人體中聲速所決定.聲學聚焦醫(yī)學超聲成像原理專家講座第18頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第19頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第20頁１、電子聚焦

對線性換能器陣各陣之上加上適當延時激勵脈沖，則可在預定距離上取得聚焦波。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第21頁二、電子聚焦所謂電子聚焦，就是控制各振元相位，使其發(fā)射超聲束在焦區(qū)得到同相相長加強，到達聚焦目標，實際上是經(jīng)過控制延時到達控制相位。延時量計算：分別為L1，L2，L3，焦距F=35cm，陣元間距d=0.5mm，由圖可得

L1=3.5d=3.5×0.5=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=1.5d=0.75mm醫(yī)學超聲成像原理專家講座第22頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第23頁設聲速c=1540m/s則第1號振元與第2號振元相差延時量為：

Δτ1=ΔS1/c=0.02141/1540×103=13.9ns同理2號振元與3號振元之間延時量為：

Δτ2=ΔS2/c=9.27ns3號與4號振元延時差為：Δτ3=ΔS3/c=4.64ns設第1號及第8號振元無延時，則2號振元延時時間為：τ1=13.9ns3、6號振元延時時間為：τ1+τ2τ2=13.9+9.27=23.17ns4、5號振元延時時間為：

τ3=Δτ1+Δτ2+Δτ3=27.81ns那么延時量是怎樣實現(xiàn)，是經(jīng)過延遲線來實現(xiàn)。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第24頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第25頁

三

聚焦探度和焦點直徑

在聚焦點，聲束寬度最小。在焦點附近一個有限范圍內(nèi)，聚焦聲束寬度小于同一陣列換能器同時被激勵，即未聚焦時所產(chǎn)生聲束寬度。離焦點越遠，聚焦聲束寬度越寬，直至大于同一陣列換能器未聚焦聲束寬度。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第26頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第27頁動態(tài)電子聚焦

為了提升成像系統(tǒng)分辨力，需要進行聚焦，焦區(qū)以內(nèi)聲束變細了，確實提升了分辨力，但焦區(qū)以外，聲束不但沒有變細，反而變得更粗了，焦區(qū)以外分辨力不但沒有得到提升，反而變得更差了，所以需要整個穿透深度上都要進行聚焦，使整個深度上分辨力都得到提升。動態(tài)電子聚焦又分為：

1、等速動態(tài)電子聚焦

2、全深度分段動態(tài)電子聚焦

醫(yī)學超聲成像原理專家講座第28頁1、等速動態(tài)電子聚焦

等速動態(tài)電子聚焦是經(jīng)過計算機控制，以一定速度改變發(fā)射和接收延遲時間，使焦點隨發(fā)射波和接收同時移動，使整個深度全部位置，都有良好橫向分辨力，顯然這種聚焦最為理想，但因為焦點移動速度快，延時分級細，延時程度高，故電路更復雜，成本更高。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第29頁2、全深度分段動態(tài)電子聚焦：

全深度分段動態(tài)電子聚焦就是將探測深度分成若干，只對每個段分別進行聚焦，接收時只取每個焦區(qū)回波信號，最終將各段焦區(qū)回波信號迭加合成一行回波信號。優(yōu)點是：分段數(shù)少，延遲線分段段數(shù)少，操作簡便，成本低。缺點是：成像速度慢，精度低。但能夠TV方式顯示，以慢入快出方式對存貯器進行續(xù)寫，并進行各種圖像處理，從而就得穩(wěn)定清楚圖像。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第30頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第31頁四可變孔徑技術變孔徑技術，在近場采取小孔徑，在遠場采取大孔徑。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第32頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第33頁掃描方式

一、掃描：換能器在被探查區(qū)域獲取人體信息運動過程叫掃描。機械掃描與電子掃描醫(yī)學超聲成像原理專家講座第34頁機械掃描與電子掃描（1）機械掃描：借電機帶動換能器旋轉或擺動，同時位置傳感器連續(xù)地檢測換能器瞬時取向，并產(chǎn)生位置信號，使顯示器掃描方向有對應取向。（2）電子掃描：用電子方法控制多陣元換能器實現(xiàn)掃描，分為線性掃描和相控陣掃描。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第35頁（ⅰ）線陣掃描

線陣探頭長為10~15cm，寬為1cm左右用電子開關切換多元換能器振元，使之輪番工作，為了提升系統(tǒng)分辨力和靈敏度，通常有對應若干個相鄰小單元同時受到激勵，發(fā)射一束超聲并接收其回波，然后舍去前面一個，納入后面一個單元，發(fā)射一束超聲波，依次類推，發(fā)射許多平行聲束，掃查目標區(qū)。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第36頁（ⅱ）相控陣：陣元數(shù)較少，長度短，普通1~3cm左右，寬1cm左右。工作時，同時激勵全部振元，并適當?shù)乜刂萍拥礁髡裨霞钚盘栂辔唬▽嶋H上是控制延時）來改變超聲發(fā)射方向，接收時對接收信號出作類似相控，并形成扇形掃描。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第37頁超聲波束掃描(線陣）一、組合次序掃描設總振元數(shù)為n，振元組中振元數(shù)為m（設m=4），則激勵次序為：1~4，2~5，3~6，4~7……

即次序掃描是用電子開關次序切換方式，將相鄰m個振元組成一個組合，發(fā)射一束超聲，使之分時輪番工作。特點：掃描方法簡單，但聲束間線距等于振元距，聲束線數(shù)為n-m+1,較少，不利于提升分辨力。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第38頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第39頁二、組合間隔掃描

組合次序掃描缺點是：線距較寬，線數(shù)較少，圖像質量較差，要提升圖像質量，必須減小聲束線距。1、d/2間隔掃描設總振元數(shù)為n，子振元組合分為二組：一組為m，一組為m+1，若m=5，則分組激勵次序為1~5、1~6，2~6、2~7，3~7、3~8……。特點：其聲束間距為d/2，線數(shù)增加了一倍。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第40頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第41頁三、微角掃描

設有n個振元，子振元組為m，分組情況類似組合次序掃描，但對子振元組m個振元激勵相位略有不一樣，使射出聲束線與中心線有微小偏角，然后將相位改變規(guī)律顛倒過來，就得到偏向中心線另一側另一條聲束線，這么總共得到（n-m+1）×2各聲束線，線密度提升了一倍，但因為聲束線有一個微小偏角，而顯示掃描線依然平行，故圖像存在一定畸變。醫(yī)學超聲成像原理專家講座第42頁醫(yī)學超聲成像原理專家講座第43頁電子相控陣扇形掃查波束時空控制：該探頭中既沒有開關控制器也沒有子陣，這是因為相控陣全部陣元對每個時刻波束都有貢獻，而不像線陣探頭那樣分組、分時輪番工作。分相控發(fā)射和相控接收。電子相控陣扇形掃查醫(yī)學超聲成像原理專家講