超聲成像原理專題宣講課件

定義：聲源與接收器在連續(xù)介質(zhì)中存在著相對運動時聲波頻率將發(fā)生改變。多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)超聲的物理基礎(chǔ)二、超聲傳播特性1P1632025/3/221超聲傳播特性超聲的物理基礎(chǔ)多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)

在聲源與觀察者作相對運動時，聲波密集，頻率增高；在背向運動時聲波疏散，頻率減低，這種引起聲波頻率變化的現(xiàn)象為多普勒效應(yīng)。22025/3/222超聲傳播特性超聲的物理基礎(chǔ)

換能器發(fā)出一定頻率超聲波，遇到活動的大界面或小界面，反射或散射回聲的頻率發(fā)生改變，反射回聲與入射回聲之差稱為頻移。

在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)可用于檢測心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度等。32025/3/223七、多普勒效應(yīng)（一）定義：當(dāng)振源（聲源）與接受器之間出現(xiàn)相對運動時，接到的振動（聲波）頻率與振源（聲源）的發(fā)射頻率有一定差異，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。其變化的頻差稱頻移，如界面朝向探頭運動，頻率升高；若界面背離探頭運動，則頻率減低；界面運動越快，頻移數(shù)值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的運動和血液流動均可引起多普勒效應(yīng)。2025/3/224多普勒效應(yīng)：聲源與接收器之間有相對運動接收到的頻率有改變（頻移）

探頭探頭探頭向探頭運動背離探頭聲源界面靜止2025/3/225（二）、人體內(nèi)的多普勒效應(yīng)P189產(chǎn)生條件：超聲進(jìn)入人體后，只要遇到運動界面即產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。（一）層流（朝向探頭-紅，背離探頭-藍(lán)）（二）湍流：(正向-黃

紅+綠，負(fù)向-青藍(lán)+綠)（三）射流：層流湍流血管狹窄綠色：代表流速快且紊亂的血流射流探頭探頭2025/3/226紅+綠=黃藍(lán)+綠=青紅+藍(lán)=品紅如湍流血流方向朝向探頭，紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間的血流圖象；如湍流血流方向背向探頭，監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間的血流圖象；2025/3/227------如湍流血流方向朝向探頭（如分流束），紅色+綠色將產(chǎn)生黃色，出現(xiàn)以紅色為主五色相間的血流圖象（舒張期：二狹、三狹，）；-----如湍流血流方向背向探頭（返流束），監(jiān)色+綠色將產(chǎn)生青色，出現(xiàn)以監(jiān)色為主五色相間的血流圖象（收縮期：主狹、肺狹）正常情況過二尖瓣或三尖瓣為紅色血流，過主動脈瓣或肺動脈瓣為藍(lán)色血流2025/3/228超聲原理彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)的頻移。在顯示屏上以不同彩色顯示不同的血流方向和流速。P1899圖像特征2025/3/229對某些非對稱結(jié)晶材料（如石英）進(jìn)行一定方向的加壓或拉伸時，表面的兩側(cè)將會出現(xiàn)符號相反的電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

具有此性質(zhì)的材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復(fù)合材料等。一、換能器的原理----壓電效應(yīng)P169超聲儀器探頭原理102025/3/2210正壓電效應(yīng)結(jié)晶在其兩個受力界面上引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移，在兩個界面產(chǎn)生等量異號電荷。定義：由外力作用引起材料表面產(chǎn)生電荷，形成電場，稱為正壓電效應(yīng)。探頭原理超聲儀器11壓力---變形---產(chǎn)生電場(變形—電場)2025/3/2211逆壓電效應(yīng)定義：在材料兩端施加一個電壓時，，晶體將產(chǎn)生幾何變形，稱為逆壓電效應(yīng)。

在晶體表面施加電場，可引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生位移，這一極化位移導(dǎo)致了晶體的幾何形變。探頭原理超聲儀器12(電場—變形)2025/3/2212

原理：對壓電晶體施以一交變電場由于逆壓電效應(yīng)，晶片即可發(fā)生機械性的壓縮與擴張，推動周圍介質(zhì)，使之振動，發(fā)出相應(yīng)頻率的聲波。當(dāng)交變電場的頻率大于2萬赫時，壓電晶片即可產(chǎn)生超聲波。超聲檢查時，探頭發(fā)出的超聲波在人體組織中傳播，遇到聲阻抗不同的組織構(gòu)成的界面時，產(chǎn)生反射，反射回聲到達(dá)探頭后，沿電壓軸方向?qū)┮砸欢ǖ膲毫Γ捎谡龎弘娦?yīng)，使晶片兩側(cè)產(chǎn)生相反電荷，這種高頻微弱電信號經(jīng)主機接收并予以放大處理，以不同方式顯示于示波屏上，即形成代表界面回聲的不同類型的超聲。探頭原理超聲儀器2025/3/2213超聲換能器(ultrasoundtransducer)利用逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成超聲能發(fā)射超聲，利用正壓電效應(yīng)將超聲能量轉(zhuǎn)換成電能接收超聲。定義：是將電能轉(zhuǎn)換成超聲能，同時將也可將超聲能轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。探頭原理超聲儀器2006年6月5日星期一142025/3/2214超聲場特性P171

1、聲軸

2、聲束

3、束寬

4、近場及特性

5、遠(yuǎn)場及特性2025/3/2215

附：聲場與方向性

由于超聲的能量大，穿透力強，成束狀向前傳播，這就是超聲波的束射性（或方向性）。從聲源發(fā)出的超聲波最近的一段聲束幾乎平行，這段區(qū)域為近場區(qū)。遠(yuǎn)離此區(qū)后，聲束向前稍有擴散，為遠(yuǎn)場區(qū)。擴散的聲束與平行聲束間形成的夾角叫做擴散角（θ）。2025/3/2216近場與遠(yuǎn)場LL大，指向性好2025/3/2217圖1超聲場擴散角示意圖

L2025/3/2218一、脈沖回波成像工作的相關(guān)參數(shù)P177

1、超聲頻率：*

P178

從分辯率角度和穿透深度合理選擇超聲頻率

-----從分辯率角度:超聲頻率增加，分辯率增加

-----從穿透深度：超聲頻率增加，穿透深度降低

-----通常:腹部、心臟選用3.5M，表淺器官5~7M超聲儀器探頭原理2025/3/2219

超聲波的分辨率、透射性均與超聲頻率有關(guān)，——頻率越高，波長越短，分辨率越強，透射性越弱?！l率越低，則波長越長，分辨率越低，透射性越強。2025/3/2220

二、脈沖回波幅度成像的基本原理

----超聲脈沖回波法P179

----回波：P179

----原理：P180

----回波信號強度：Z差越大、界面越大、越規(guī)則及距離越近，回波信號的強度也越大脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號成像2025/3/2221A超(Amplitudemode)即幅度調(diào)制型。此法以波幅的高低代表界面反射信號的強弱，可探測臟器徑線及鑒別病變的物理特性。由于此法過分粗略，目前巳基本淘汰。22淺深強弱反射回聲脈沖回波幅度成像原理脈沖回波幅度信號成像2025/3/2222四、圖像特征第二章超聲的物理基礎(chǔ)灰階(greyscale)

顯示屏上最黑到最亮的灰度等級差，取決于信號的強度。灰階級數(shù)越多，圖像的層次越豐富，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)能力越強。顯示屏上的灰標(biāo)

灰階是將聲信號的幅度調(diào)制光點亮度，以一定的灰階級來表示探測結(jié)果的顯示方式。23P1822025/3/2223B超(brightnessmode)

為輝度調(diào)制型。此法以不同輝度光點表示界面反射信號的強弱，反射強則亮，反射弱則暗。因采用多聲束連續(xù)掃描，故可顯示臟器的二維圖像，本法是目前使用最為廣泛的超聲診斷法。24脈沖回波幅度信號成像B型超聲成像原理本質(zhì)為二維超聲2025/3/2224B型超聲診斷儀——輝度調(diào)制型

(Brightnessmode)超寬視野成像完整地顯示出胎兒全貌、胎兒肝、腎界面以及胎盤位置2025/3/2225M型(運動顯示型)P182它是檢查運動臟器的結(jié)構(gòu)及其相對運動與時間關(guān)系的方法脈沖回波幅度信號成像M型超聲成像原理2025/3/2226脈沖多普勒成像原理PW超(pulsewaveform)

利用聲波的多普勒效應(yīng)，以頻譜的方式顯示多普勒頻移，多與B型診斷法結(jié)合，在B型圖像上進(jìn)行多普勒采樣。當(dāng)頻移為正時，以正向波表示，而負(fù)向波則表示負(fù)頻移。臨床多用于檢測心臟及血管的血流動力學(xué)狀態(tài)，尤其是先天性心臟病和瓣膜病的分流及返流情況，有較大的診斷價值。27（脈沖多普勒）脈沖回波頻移信號成像2025/3/2227CW(連續(xù)多普勒)P186脈沖回波幅度信號成像M型超聲成像原理圖2025/3/2228彩色多普勒(colordoppler)

彩色編碼技術(shù)是由紅、藍(lán)、綠三種基本顏色組成，當(dāng)頻移為正時，以紅色來表示，而蘭色則表示負(fù)的頻移。

系在多普勒二維顯像的基礎(chǔ)上，以實時彩色編碼顯示血流的方法，即在顯示屏上以不同彩色顯示不同的血流方向和流速。脈沖回波頻移信號成像彩色多普勒成像原理2025/3/22291儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

是用一系列二維彩色多普勒圖所重建的彩色圖像。2006年6月5日星期一302025/3/2230儀器類型超聲儀器三維(three-dimensionalultrasoundimaging)

將立體圖象以投影圖或透視圖表現(xiàn)在平面上的顯示方式，可從各個角度來觀察該立體目標(biāo)。2006年6月5日星期一312025/3/2231儀器類型超聲儀器解剖超聲

一維：A超(幅度調(diào)制型)M超(運動顯示型)

二維：B超(輝度調(diào)制型)

三維：立體

血流超聲

一維：PW超(pulsewaveform脈沖多普勒)P186

二維：彩色多普勒(colordoppler)

三維：立體彩色多普勒超聲診斷儀的類型(typeofultrasonicdiagnosticequipment)322025/3/2232小結(jié)超聲成像方式2006年6月5日星期一33超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運動顯示型脈沖回波頻移信號成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像2025/3/2233小結(jié)超聲成像方式2006年6月5日星期一34超聲成像脈沖回波幅度成像A超：幅度調(diào)制型B超：輝度調(diào)制型M超：運動顯示型脈沖回波頻移信號成像PW：脈沖多普勒顯像CW：連續(xù)多普勒顯像彩色多普勒顯像2025/3/2234圖像質(zhì)量超聲成像原理分辨力(resolution)P195縱向分辨力(longitudinalresolution)：

為區(qū)別聲束軸線上兩個物體的距離，與超聲的頻率有關(guān)。

橫向分辨力(transverseresolution)：

是區(qū)分處于與聲束軸線垂直平面兩個物體的能力，與聲束的寬度有關(guān)。超聲儀的分辨力是指能夠分辨有一定間距的界面的能力。352025/3/2235縱向分辨力(longitudinalresolution)

探頭頻率越高，分辨力越高。

然而頻率與穿透性(penetrability)呈反比。2006年6月5日星期一36超聲成像原理圖像質(zhì)量2025/3/22364、分辨率（基本分辨率）：P195

超聲的分辨力是指超聲診斷儀能夠區(qū)分兩個相鄰界面之間最短距離的能力。即超聲波所能探測物體的最小直徑。（1）縱向分辨力（軸向分辨力）（2）側(cè)向分辨力（3）橫向分辨力（厚度分辨力）

圖像質(zhì)量2025/3/2237（1）縱向分辨力（軸向分辨率）：

指聲束軸線上的分辨力（指在深淺方向的精細(xì)度）。區(qū)別聲束軸線上兩個物體間最小距離的能力。目前縱向分辨力可達(dá)1mm左右（3-3