第八章 超聲波成像課件_第1頁
第八章 超聲波成像課件_第2頁
第八章 超聲波成像課件_第3頁
第八章 超聲波成像課件_第4頁
第八章 超聲波成像課件_第5頁
已閱讀5頁,還剩52頁未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

第八章超聲波成像第八章超聲波成像原理·設(shè)備與臨床應(yīng)用第八章超聲波成像超聲成像

定義:

利用超聲波的物理特性和人體組織器官的聲學(xué)特性相互作用而產(chǎn)生的信息,經(jīng)處理后形成圖形和曲線,借此進(jìn)行疾病診斷的一種物理檢查方法。第八章超聲波成像超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)USG特點(diǎn):對軟組織的分辨能力強(qiáng)信息的顯示有多種方法USG優(yōu)點(diǎn):

無損傷、無痛苦、無輻射實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確、方便第八章超聲波成像超聲發(fā)展概況40年代探索階段50年代

A型、M型超聲儀70年代灰階實(shí)時(shí)超聲(B型)雙功能超聲儀(B型+頻譜)80年代彩色多普勒超聲儀(B型+彩色+頻譜)90年代新技術(shù)(超聲造影、諧波成像、超高頻探頭、三維超聲等)第八章超聲波成像第一章醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)超聲波的定義及特性一、自然界中的波分為:

1、電磁波2、機(jī)械波二、超聲波為機(jī)械波的一種次聲波:f<20Hz

可聞聲波:20Hz<f<20kHz

超聲波:f>20kHz

醫(yī)學(xué)超聲:200kHz<f<40MHz

診斷超聲:1MHz<f<10MHz第八章超聲波成像第八章超聲波成像第二節(jié)超聲波的產(chǎn)生

振動(dòng)是聲學(xué)的基礎(chǔ),只有聲源的振動(dòng),才能產(chǎn)生超聲波,聲源的振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播出去,就形成了超聲波。第八章超聲波成像超聲波的特性1.超聲波方向性好2.超聲波能量高3.超聲波的傳播特性4.超聲波的傳播能力第八章超聲波成像

第三節(jié)超聲波的分類一、按質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向分類:橫波和縱波。

1、橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直的波;

2、縱波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向一致的波;第八章超聲波成像第八章超聲波成像第四節(jié)超聲的特征量

頻率和波長;聲速;聲壓;聲阻抗:Z=rc

聲強(qiáng):單位面積通過的聲能量。第八章超聲波成像一、聲速:聲波在介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離。聲速一般不隨頻率而變,即無頻散現(xiàn)象。一般來說,C固>C液>C氣。人體軟組織聲速為1540m/s二、波長,周期和頻率

1、波長:聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)兩個(gè)相鄰?fù)辔稽c(diǎn)之間距離;

2、周期:波向前移動(dòng)一個(gè)波長所用的時(shí)間;

3、頻率:單位時(shí)間內(nèi)通過的波數(shù);三者之間的關(guān)系:λ=CT=c/f波長決定了極限分辨率,而頻率決定了探測深度。第八章超聲波成像第八章超聲波成像三、聲阻抗:聲場中某一位置的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比,即P/v=Z,只與介質(zhì)的聲學(xué)特性有關(guān),又叫特征阻抗。對于平面波有:Z=ρc四、聲壓和聲強(qiáng):單位面積上介質(zhì)受到的壓力稱為聲壓。對于平面波:聲壓:P=ρcv=ZV

聲強(qiáng):I=P2/ρc

聲功率:W=Iss為面積第八章超聲波成像超聲的傳播特性⒈指向性⒉反射、折射、散射和繞射⒊吸收與衰減⒋分辨力與穿透力⒌多普勒效應(yīng)第八章超聲波成像聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),遇到不同聲阻抗的分界面,會產(chǎn)生反射和折射,反射波的強(qiáng)度由反射系數(shù)決定:反射聲波的強(qiáng)度與入射聲波的強(qiáng)度之比,用air表示;透射波的強(qiáng)度由透射系數(shù)決定:透射聲波的強(qiáng)度與入射聲波的強(qiáng)度之比,用ait表示。第八章超聲波成像第八章超聲波成像按聲速和聲阻抗的不同,人體組織可分為三類:

1、氣體和充氣的肺

2、液體和軟組織

3、骨骼和礦物化后的組織由于這三類材料存在較大的阻抗差別,聲波很難從一類材料傳到另一類材料區(qū)域中去,在液體和軟組織中,聲速和阻抗變化不大,使得聲反射量適中,既保證了界面回波的顯像觀察,亦保證了聲波可穿透足夠的深度,而且接收回波的時(shí)延與目標(biāo)深度成近似正比的關(guān)系,這是B超診斷成像的物理基礎(chǔ)。第八章超聲波成像第八章超聲波成像第八章超聲波成像三、散射和繞射

反射和折射的前提條件是:反射界面對于入射波波長來說是無限大的,即d>>λ。1、若d與λ接近,則發(fā)生繞射,超聲波僅繞過障礙物的邊緣前進(jìn),2、若d<<λ,則發(fā)生散射,障礙物又成為新的波源,并向四周發(fā)射超聲波。第八章超聲波成像第六節(jié)超聲在生物組織中的衰減

一、超聲波的衰減:超聲在介質(zhì)中傳播時(shí),其聲強(qiáng)隨著距離的增加而減弱的現(xiàn)象。主要包括:聲束本身的擴(kuò)散和介質(zhì)的吸收(粘滯、弛豫、分子相對運(yùn)動(dòng)、空化吸收等)。第八章超聲波成像⒊超聲波的吸收與衰減聲衰減定義:是指聲能隨著傳播距離而減弱的現(xiàn)象衰減量=頻率×深度頻率高,衰減重原因:吸收損耗、聲束擴(kuò)散、反射和折射第八章超聲波成像⒋超聲波的分辨力與穿透力頻率高,分辨好,穿透差頻率低,分辨低,穿透強(qiáng)對應(yīng)的臨床應(yīng)用:檢測淺表器官,采用高頻探頭檢測深部臟器,采用低頻探頭第八章超聲波成像⒌多普勒效應(yīng)聲源與接收體之間的相對運(yùn)動(dòng)引起聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象,頻率的變化稱為頻移fdfd=f`-f0=Vcosθf0/c

f0

為入射超聲頻率

f`

為回聲頻率

V

為物體的運(yùn)動(dòng)速度

C

為聲速

cosθ為運(yùn)動(dòng)方向與聲束方向間的夾角

第八章超聲波成像多普勒效應(yīng)示意圖聲源目標(biāo)第八章超聲波成像

多普勒效應(yīng)示例第八章超聲波成像血流信息獲取

V=血流速度C=聲速

cosθ=血流與探頭間夾角血管VC探頭θ第八章超聲波成像cosθ<900,血流迎向探頭,fd為正值稱為正性頻移cosθ>900,血流遠(yuǎn)離探頭,fd為負(fù)值稱為負(fù)性頻移夾角對fd值的影響第八章超聲波成像超聲成像的基本原理聲阻抗特性聲衰減特性多普勒效應(yīng)第八章超聲波成像人體組織的聲學(xué)特征無回聲(無反射型)—膽汁、尿液、血液低回聲(少反射型)—肝、脾強(qiáng)回聲(多反射型)—血管壁、結(jié)石極強(qiáng)回聲(全反射型)—肺、胃腸道第八章超聲波成像第二節(jié)醫(yī)用超聲換能器

功能電能量←→超聲能量相互轉(zhuǎn)換

重要性整臺超聲儀器性能的關(guān)鍵

材料性能種類1.壓電換能器——超聲診斷儀主要用之2.磁致伸縮換能器——超聲治療儀用之第八章超聲波成像超聲診斷儀換能器探頭第八章超聲波成像超聲診斷儀換能器探頭第八章超聲波成像第一節(jié)壓電換能器一、壓電效應(yīng)1.正向壓電效應(yīng)材料兩端加壓力→兩電極產(chǎn)生電場壓力→形變→晶格電偶極矩變化→電荷積累→電場

2.逆向壓電效應(yīng)材料兩端加電壓→材料產(chǎn)生形變電壓→電場→晶格電偶極受力→應(yīng)力→形變材料正、逆向壓電效應(yīng)可逆++++++------++++++------第八章超聲波成像壓電效應(yīng)示意圖第八章超聲波成像二、醫(yī)用壓電材料1.壓電材料:具有壓電效應(yīng)特性的材料。

2.壓電材料的種類(1)壓電單晶體石英、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫銨、鈮酸鉀、硫酸鋰等(2)壓電多晶體鈦酸鋇、偏鈮酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮鎂-鋯-鈦酸鉛等(3)壓電高分子聚合物聚偏二氟乙烯等(4)復(fù)合壓電材料聚偏二氟乙烯+鋯鈦酸鉛復(fù)合(PVDF+PZT)等第八章超聲波成像

超聲診斷中常根據(jù)不同的受檢對象和部位選擇不同的探頭,如2MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等,探頭的發(fā)射頻率是由什么決定的呢?3.探頭的發(fā)射頻率第八章超聲波成像

當(dāng)一交變電壓加至壓電材料上時(shí),壓電晶片表面產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng),并向與之接觸的介質(zhì)中輻射超聲能量。除非特性阻抗相等,一般總有部分超聲能量被壓電晶片前后表面反射,在壓電體內(nèi)傳向?qū)γ?。因?yàn)榍昂蟊砻嬲駝?dòng)反相,當(dāng)L=λ/2時(shí),壓電體內(nèi)傳播時(shí)間

t=L/c=(λ/2)/c=(cT/2)/c=T/2即:到達(dá)對面時(shí),與相移180o的對面振動(dòng)疊加,達(dá)到同頻同相疊加,輻射超聲最強(qiáng),即為諧振情況。對應(yīng)頻率

f=c/λ=c/2L稱基本諧振頻率,或基頻。第八章超聲波成像0T/20TTttT/2L收縮膨脹收縮表面位移c,f前向后向壓電體超聲超聲3T/2

一般地,基頻或更高頻率在壓電體內(nèi)傳播從一個(gè)表面到達(dá)對面所用時(shí)間為:

t=L/c=(2n-1)T2n-1

/2

(n=1,2,…)即:L=(2n-1)λ2n-1

/2

或:f2n-1=1/T2n-1=(2n-1)c/2L時(shí),都能達(dá)到諧振。

f1—基頻,f3,f5,f7…—高次諧振頻率,

f1L=c/2——材料的頻率常數(shù)第八章超聲波成像結(jié)論

探頭的發(fā)射頻率是由晶體的厚度決定的。第八章超聲波成像第二節(jié)換能器的超聲場

超聲場彈性介質(zhì)中充滿超聲能量的空間,或超聲傳播時(shí)超聲能量在介質(zhì)中的空間分布。平面圓片換能器活塞振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)超聲場活塞振動(dòng)——平面振動(dòng)穩(wěn)態(tài)超聲場——不考慮建立過程的穩(wěn)定超聲場

r,θ——

極坐標(biāo)

z——

聲軸方向

a——

圓片半徑B(r,θ)zθra第八章超聲波成像

可看成無數(shù)頻率、振幅、相位相同的點(diǎn)聲源聲場疊加,在B(r,θ)點(diǎn)積分求得P,并進(jìn)而求得I=P2/Z一、軸向聲場分布(θ=0,r可變)(1)聲軸上聲強(qiáng)表達(dá)式式中:Z——介質(zhì)聲阻抗,V0——速度振幅,λ——波長可見:(2)軸向聲場分布圖(據(jù)上式)當(dāng)0<r≤r0,存在數(shù)個(gè)極大值和極小值,當(dāng)r>r0

后,隨著r的增大,聲強(qiáng)逐漸減弱。第八章超聲波成像

軸向上聲場分布圖第八章超聲波成像

(3)近場距離(r0)式中,D=2a——壓電體直徑,如a>>λ,則聲學(xué)上稱:①r<r0——近場區(qū)②r>r0——遠(yuǎn)場區(qū)

(4)軸向聲強(qiáng)分布特點(diǎn)①近場區(qū):聲強(qiáng)軸向起伏分布,但平均強(qiáng)度不變②遠(yuǎn)場區(qū):聲強(qiáng)軸向單調(diào)衰減,I∝1/r2第八章超聲波成像二、徑向聲場分布(r=定值,θ可變)

(1)徑向近場分布近場衍射現(xiàn)象:聲束截平面上聲強(qiáng)分布為許多最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的同心圓環(huán),環(huán)的數(shù)量隨著距離的增加而減少。聲能幾乎不擴(kuò)散,聲束寬度接近相等(等于D)。

(2)徑向遠(yuǎn)場分布波束如圖2-6所示。遠(yuǎn)場聲強(qiáng)呈多個(gè)瓣形,主瓣最強(qiáng)(>98%),旁瓣多但較弱。第八章超聲波成像

(3)主瓣角θ

θ又稱半發(fā)射角或擴(kuò)散角,表示聲束集中程度

Sinθ≈0.61λ/a

一般θ角很小,sinθ≈θ,故有

θ≈0.61λ/a=0.61c/fa

可見:f↑→θ↓,和a↑→θ↓

(4)徑向聲場簡化圖如圖2-5(a),聲束成錐形發(fā)散,半發(fā)散角為θ

近場中零值點(diǎn),可能引起盲點(diǎn)。遠(yuǎn)場中旁瓣,會造成顯示位置、距離測量等失真。需采取措施改善。

第八章超聲波成像第三節(jié)探頭的結(jié)構(gòu)及其作用超聲探頭——超聲檢測用換能器各種超聲診斷儀,探頭基本結(jié)構(gòu)大致相同,以A型為例。一、探頭的基本結(jié)構(gòu)①壓電晶片

②吸聲背塊③匹配層④電極、導(dǎo)線⑤聲隔離層⑥保護(hù)層⑦外殼第八章超聲波成像1.壓電晶片

(1)晶片形狀:圓片形、矩形、球殼圓片形、圓筒形第八章超聲波成像

(2)作用發(fā)射、接收超聲,即:電-聲、聲-電轉(zhuǎn)換

(3)要求①可加工性②銀層牢固③各部分性能一致性④性能穩(wěn)定性和可靠性

(4)特性①晶片厚度確定發(fā)射超聲的頻率②晶片形狀確定聲束的形狀和聲場分布第八章超聲波成像2.吸聲背塊

(1)作用①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

(2)要求①與壓電晶體的聲阻抗相等,以全部吸收背向輻射②對超聲的吸收力強(qiáng),很快衰減,不再反射

(3)組成環(huán)氧樹脂+鎢粉+橡膠粉

空氣背襯,幾乎全反射,效率最高,用于超聲治療儀。第八章超聲波成像3.匹配層

(1)作用①使晶體輻射的超聲有效進(jìn)入人體,實(shí)現(xiàn)對人體組織的檢查。換能器和人體之間聲阻抗匹配,條件:

②增加換能器的帶寬③隔開晶體和人體,保護(hù)晶體,免受機(jī)械、化學(xué)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論