B超的基本原理与性能指标

医学课件1章Ｂ超的基本原理与性能指标医学课件2§2.1超声诊断仪的一般介绍超声成像技术概述超声成像技术适用的人体区域医学课件3临床超声波诊断技术基于回波扫描的技术基于多普勒效应的技术基于透射法的技术医学课件4•超声回波一个典型的超声回波应包含大界面的反射波和小粒子的散射波两种成分。反射回波：超声成像的位置信息；超声反射成像机制散射回波：被测介质的结构信息。散射波场医学课件5超声诊断成像的基本原理1.基于几个假定为前提（人体中近似成立）声束在介质中沿直线传播；在各种介质中声速均匀一致；各种介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。医学课件62.脉冲回波测距的理论基础2ctl回波的强度则反映界面的性质，回波信号的时间反映了界面的位置。根据不同界面的回波时间t可以计算出各个界面与换能器之间的距离l。医学课件73.超声诊断仪器的功能模块探头发射时钟记录接收显示医学课件8超声诊断仪的分类按图像信息的获取方法分类•反射法超声诊断仪•多普勒法超声诊断仪•透射法超声诊断仪医学课件9按图像信息显示的成像方法分类•A型（AmplitudeModulation）•M型（Motion-time）•广义B型（BrightnessModulation）B型，P型，BP型，C型、F型、超声全息医学课件10按超声波束的扫描方式分类•低速（手动）扫描•高速机械线性扫描•高速机械扇形扫描•高速电子线性扫描•高速电子扇形（相控阵）扫描医学课件11A型超声诊断仪幅度调制（Amplitudemodulation）医学课件121.诊断基础人体脏器、组织其正常与异常的物理性质及结构不同，形成相应的超声界面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。2.工作原理脉冲回波理论医学课件133.显示方式横坐标为时间轴，代表被探测物体的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。医学课件144.临床应用适用于医学各科的检查，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。5.缺点只能反映局部组织的回波信息；诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大。医学课件15M型超声诊断仪辉度调制、时间动态显示（Motion-Time）医学课件161.诊断基础探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒张，脏器各层组织和探头的距离便产生节律性的改变，随着水平方向的时间慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。医学课件172.显示方式反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点的形式；纵坐标代表发射界面的深度；横坐标代表扫描时间信号。A-modedisplayTime–motiondisplay医学课件183.工作原理与A超比较，有三个方面的特点：•深度扫描信号加在y轴偏转板上，回波信号距顶部的距离表示被探查的组织界面的深度。•辉度调制，亮点的强弱代表回波信号的幅度。•增加一个时间扫描信号发生器，它产生的信号加在x偏转板上。医学课件194.临床应用适用于人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。5.缺点不能获得解剖图像，不适用于静态脏器。医学课件20•为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。医学课件21B型超声诊断仪辉度调制（Brightnessmodulation）医学课件221.诊断基础可以得到解剖图分析：外形边界回声、内部回声、后方回声比邻关系活动度、活动规律硬度、排空功能医学课件232.显示方式二维图像，辉度调制方式显示反射回波的幅度，横坐标代表探头扫描的距离，纵坐标代表产生回波界面的深度。超声波传播方向生物体探头时间A模式显示亮度调节B模式显示回波强度扫描方向扫描方向医学课件243.工作原理应用回声原理，探头发射的声束必须进行扫查，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。医学课件254.扫描方式•线扫探头发射的超声束在水平方向上以快速电子扫描的方法，逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由超声声束扫描方向决定的垂直平面二维断层图像。医学课件26•扇扫改变探头的角度使超声束指向方位快速变化，获得被探测方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探头摆动方向决定的垂直扇面二维超声断层图像。医学课件275.临床应用适用于观察腹部脏器，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。扇扫断层B超尤为适用于对心脏的检查，也可以对运动脏器实时动态显示。医学课件28P型超声诊断仪辉度调制，平面目标显示，PPI（planepositionindication）。可视为一种特殊的B型显示。1.特点探头发射的超声波束采用圆周扫描方式进行探查。医学课件292.工作原理•换能器作旋转运动•显示器上的光点从屏中心向屏周围作径向扫描，径向扫描线逐次改变方向，与换能器同步地作旋转。医学课件303.显示方式4.临床应用适用于探头插入体腔内的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。医学课件31医学课件32C型超声诊断仪辉度调制特定深度扫描（Constantdepthscope）1.特点显示的是某一深度上的一个切面图像医学课件332.显示方式横坐标、纵坐标代表平面的x，y轴方向的长度，深度信息在图像中不表现。医学课件343.工作原理•扫描设计：水平x方向上采用同B超一样的电子扫描，水平y方向上通过机械的方法移动探头。医学课件35•距离控制：通过调整距离选择开关的开通时间，来控制同一深度的回波信号被接收显示。3.F型显示方式原理同C型。距离选择开关的开通时间不是一个常数，而是一个线性变量或者为一非线性函数，则获得的深度切面图在z方向为一斜面或为一曲面声像图。医学课件36C和F型显示，可观察肿瘤的扩大范围。特别是F型的显示，可从三维角度去观察体内组织及病变情况。4.临床应用医学课件37§2.2B型超声诊断仪理解B超的工作原理，关键是各种超声扫描制式。扫描制式声束掠过某剖面的过程称为扫描。医学课件38B超的分类波束控制波束扫描制式成象手动式低速任意静态声象机械式低速线性扫描弧形扫描径向扫描复合扫描静态声象高速扇形扫描径向扫描线性扫描实时声象电子式高速线性扫描扇形扫描实时声象医学课件391.简单扫描制式a.线扫b.扇扫医学课件40c.弧形扫d.径向扫医学课件412.机械扫描和电子扫描•机械扫描借助电机带动换能器摆动或旋转，同时位置感测器连续的检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描线有相应的取向。医学课件42•电子扫描用电子方式控制多元换能器阵实现扫查。电子线扫（linearscan）相控阵扇形扫描（phasedscan）医学课件43诊断用B型超声波探头医学课件442.2.1手动式B型超声诊断仪•手持探头运动•位置检测器•位置电压控制显示医学课件451.位置信号系统机械结构：双联臂结构；井字结构。位置调准电路：由电位器组完成，随着换能器位置的改变，电位器组的阻值随之变化，产生相应电压信号。医学课件462.特点优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。缺点：手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。3.临床应用适用于扫描静止脏器，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查。医学课件472.2.2高速机械扇形扫描B超1.特点超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制而保持较大的扫查范围。2.方法摆动式扇扫B超仪旋转式扇扫B超仪医学课件48•摆动式扇扫B超仪结构简单，只需一个晶片与一个驱动机构，但它的视场有限。a.结构壳体摆动激励电机支点换能器扇形齿轮医学课件49b.机械扇扫B超仪原理框图医学课件50c.简单计算脉冲重复频率每帧扫描线帧频摆动次数关系例：脉冲重复频率4kHz，帧频20帧/秒，则每帧扫描线为多少？摆动次数为多少？200根，20次/秒医学课件51•旋转式扇扫B超仪a.结构根据要求简单计算转速。医学课件52•特点：优点：体积小，马达单方向旋转，扫描均匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。缺点：所用晶片的一致性要求高。医学课件532.2.3高速电子线扫B超线阵：将许多声学上相互独立的压电振子成一线排列。电子线扫：用电子开关切换接入发射/接收电路的振子，使之分时组合轮流工作，组合是探头的一侧向另一侧顺序进行的且每次仅有接入电路的振元组被激励，产生合成超声波束发射并接收。医学课件541.电子线扫B超的原理电子开关选通单元CRT显示信号接收放大单元扫描信号发生驱动单元中央微处理器单元发射聚焦驱动单元m1m2探头d(n-m+1)d医学课件55•2.电子开关控制扫描方式控制探头中振子投入工作的次序和方式。直接影响到扫描的线数。常规扫描隔行扫描飞越扫描半间距扫描变孔径扫描微角扫描波束扫描制式医学课件56常规扫描1n5432m1m2b6789b12341234医学课件571n5432b/26789b12341234半间距扫描医学课件58微角扫描A1A2B1B2扫描方向扫描方向A1A2B1B2医学课件592.2.4高速电子扇扫B超（相控阵）采用多阵元换能器并对所有振元的激励脉冲进行相位控制，实现合成波束的扇形扫描，声束很容易通过小窗口透入人体内。医学课件60123n阵元激励脉冲合成波阵面单一阵元波阵面叠加波束方向1.相控阵扫描原理•同相激励医学课件61n321阵元激励脉冲合成波阵面单一阵元波阵面法线•相控发射波束（正偏）医学课件62123n阵元激励脉冲合成波阵面单一阵元波阵面法线•相控发射波束（反偏）医学课件63sindc1sin()cdτ：延时等时间差θ：波束偏转角d：振元间的距离c：声速，取1540米/秒2.延时与偏向角的关系：医学课件643.仪器组成与工作原理产生延迟参数N个等值时差触发信号偏向角参数发生器相控信号发生器发送聚焦激励单元产生聚焦延迟激励脉冲医学课件65•电子聚焦相控阵中的波束偏转与波束聚焦结合使用，就可以获得既偏转又聚焦的波束。医学课件664.电子扇扫与机械扇扫的比较机械扇扫电子扇扫波束较好柱状波束波束副瓣较大性能灵敏度及分辨力较高分辨力低控制电路简单复杂成本低高探头体积重量较大，运行噪声强，寿命短重量轻，工艺难度大，没有机械噪音，寿命长。透声窗口大小医学课件67§2.3B超的性能指标参数分类技术参数设计者、开发者必须了解的一类参数。使用参数使用者、选购者必须了解的一类参数。医学课件68技术参数1.超声工作频率（Frequency）实际辐射超声波的频率。•频率的选择横向分辨力探测深度B超仪器的工作频率在0.5~15MHz。医学课件692.脉冲持续时间（Pulsewidth）探头受电激励后产生超声振动的时间。医学课件70•影响纵向分辨力脉冲宽度大，纵向分辨力降低。医学课件71•影响近距离回波的分辨为相邻回波的最小可辨距离，它与发射脉冲持续时间及声速有关。minD持续时间声速最小可辨距离分辨力医学课件72•影响脉冲持续时间的因素超声工作频率探头阻尼特性激励脉冲宽度B超发射脉冲宽度小于0.2us。医学课件733.脉冲重复频率（Pulserepetitionfrequency,PRF）每秒钟重复发射超声脉冲的次数。•决定最大探测距离max12DcT1cTffc——为脉冲重复频率医学课件74影响因素最大探测距离•帧频线密度B超脉冲重复频率通常在2k～4kHz之间。医学课件754.分辨力成像系统分辨空间尺度的能力，用两回声点之间的最小可辨距离表示。纵向分辨力（轴线分辨力、距离分辨力）横向分辨力医学课件76•纵向分辨力受哪些因素的影响？a.发射超声频率b.声波的纵向分辨力极限为声波的半波长；b.脉冲持续时间c.脉冲持续时间越短，纵向分辨力越高；c.系统整体性能增益被测介质特性医学课件77•横向分辨力受哪些因素的影响？a.声束的宽度横向分辨力的计算：1.22Sxr目前利用聚焦声束，横向分辨力可达2m