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GE超声基础知识介绍GEHCChinaCS冀鲁13910168230声波一、声波1.概念:声波是一种机械振动,可以通过介质进行传播。0Hz20Hz20KHz1MHz30MHz400MHz2.声音频谱次声频段可听见声音超声频段地震波耳朵无损探伤图像诊断声学显微镜3.超声的特性•超声的折射:超声从甲介质进入乙介质时,传播方向发生偏离。•超声的反射:超声在遇到两种介质界面时,传播方向在一种介质中发生偏转。•传播速度:超声在水中的传播速度-1530米/秒(20°C)超声在空气中传播速度-344米/秒(20°C)三棱镜折射镜子反射5.超声诊断的优点•安全、无辐射。适用于胎儿诊断。•设备可移动,成本低。•实时成像•通过扫描角度变化,获得更佳的图像。•多普勒-检测血流量信息。4.声学技术的应用潜艇海洋声纳超声原理及模式二、超声原理1.基本原理:超声基本原理与回声原理相同。2.超声频率与波长:λ=C/fλ-超声波波长;C-超声波声速f-超声波频率。波长:一个波的长度。频率:单位时间内的周数(重复次数)探头远近3.超声波的衰减:超声波的衰减与传播距离成正比;与频率的2/3方成正比。高频衰减大,低频衰减小(穿透力强)低频高频分辨率更好穿透力更强更弱更差三、超声模式(A超、B超、M超)在监视器上显示的超声图像是二维图像,这与CT和核磁共振所形成的图像相同。超声图像有以下几种模式:1.A模式(A超):显示界面回声的幅度(Amplitude),称为振幅调制型。A型是以脉冲波的幅度来显示回声的高低,可用于测量组织界面的深度(距离)和反应界面的组织基本特性。用途:A型脉冲超声诊断仪现用于颅脑和眼科检查。特点:方便、快捷。探头(())反射波A型显示2.B模式(Brightness):是一种亮度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的直线构成。点的亮度代表接收到回声的振幅。通过连续扫描,二维的剖面图像不断地被更新,这就是实时B模式。Line1Line2Line3Line4Line5Line6Line7Line8换能器监视器Line123456783.M模式:M模式中的M表示运动,M模式通过B模式图象来显示一个光标,然后在以时间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。M-ModeusedtomonitortheVentricleMotion探头种类四、探头用于超声的探头也称为换能器,是用来产生和检测超声波的部件,即换能器既是发射器,也是接收器。它和主机构成超声设备最重要核心。1.结构:详见右图所示。其中:压电陶瓷-发射/接收超声波;声透镜-轴向聚焦;背衬材料-防止产生超声波反向振动;匹配层--减少超声传播中的多重反射.2.压电效应:是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)在受到外界压力后,在其受压端面产生电压;在其端面施加交变电信号时,其端面会产生机械振动,发出声波。3.工作原理:主机通过电缆在基元上施加电信号,使基元振动,发出超声波,超声波经物体反射作用在基元上,使基元两端产生电信号,通过电缆传送至主机处理、显示。物体发射反射声透镜压电陶瓷(基元)背衬材料衬套电缆匹配层凸阵探头解剖基元声吸收层声匹配层声透镜探头的种类-电子凸阵:也称弯曲线阵,与线阵的区别在于基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。-电子线阵:用于小器官、血管及术中。-电子相控阵:相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏,颅脑。-电子微凸阵:与电子凸阵探头工作原理相同.主要用于腔内扫查.不同探头的成像原理线阵微凸阵凸阵线阵/凸阵探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。不同探头的成像原理120n相控阵06331脉冲Q超声扫描方式2.电子扫描方式探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。电子扫描方式机械扫描方式特殊方式-线阵-机械扇扫-斜向扫描-凸阵(含微型凸阵)-径向扫描-梯形扫描-相控阵-扩大扫描-向量扫描-线阵:用于小器官、血管及术中。特点:•孔径大•近场视野宽•旁瓣影响小-凸阵:也称弯曲线阵,与线阵的区别在于基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。特点:•近、远场视野宽五、超声扫描方式1.概述:超声设备在医学临床上有多种诊断方式。目前主要采用以下的方式:3.三维容积扫描通过探头在一定角度内往复运动(摆动)来产生若干个切面,每一个切面就是一幅二维图像。将若干切面处理后,形成三维图像。-相控阵:相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。Abdominal超声系统及原理六、超声系统延时线路脉冲发射/接收处理滤波器、对数放大器、时间增益控制DSC数字扫描转换器监视器记录设备录像机打印机彩色打印机图象档案管理存储硬盘、磁光盘主机探头监视器探头键盘探头接口主机换能器声束发射装置接收装置模式处理装置显示装置波束形成器操作控制装置超声诊断仪工作原理图前端后端超声诊断仪工作原理图名词解释1、分辨率分辨率是指对两个靠近物体的识别能力,即对图象的区分。轴向(纵向)分辨率:是指沿超声波束轴方向上可区分的两个点目标的最小距离。轴向分辨率由超声波束的波长所决定。一般来说,轴向分辨率为波长的2到4倍。分辨率几何分辨率灰度分辨率轴向分辨率侧向分辨率轴向分辨率高低侧向分辨率高低侧向(横向)分辨率:是指对垂直于超声波束轴方向上可区分的两个点目标的最小距离。侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束聚焦情况。灰度(对比度)分辨率:是指对两个相似密度的物体的识别能力。灰度分辨率几何分辨率平衡几何分辨率高--灰度分辨率差七、名词解释Elevation侧向轴向距离孔径提高分辨率孔径大小侧向分辨率频带宽度轴向分辨率距离x波长孔径侧向分辨率=轴向分辨率=波长的2~4倍通过窄孔径,在近场聚焦中场通过宽孔径,在远场聚焦对每一深度聚焦动态接收孔径透镜焦点聚焦发散2、聚焦许多超声设备都有调整聚焦的功能,对感兴趣的区域进行聚焦,从而使图象分辨率更高,图象更清晰。超声系统的几种聚焦方式:-只在发射端聚焦(接收端:自动聚焦):保持较高的帧频-发射和接收端聚焦:可使图象质量更好,但是帧频很低常用的聚焦方式:分段聚焦;动态聚焦;连续动态聚焦(CDF)3、宽频及变频5MHz5MHz传统探头宽频带探头频带宽度宽频+变频--有效地解决探头分辨率与穿透力的矛盾主机带宽探头带宽远场近场5MHz10MHz4、帧频帧频是指单位时间内获得图象的帧数。高帧频可以捕捉细小的信息。移动的物体低帧频高帧频宽频是指探头的工作频率范围比较宽。宽频带探头是实现变频的基础。变频是一种新技术:改变同一个探头的频率。若目标区域在近场,可以选用高频率;若目标区域在远场,可以切换到低频率。-3dB帧频如果B模式深度=18cm扫描线=256那么B模式的总深度为18cmx2x256=92.16m/frame二维帧频:1520/92.16=16.39帧/秒如果CFM模式深度=9cm取样次数=4扫描线=100所以CFM模式的总深度为9cmx2x100x4=288m/frame帧频=1530/(92.16+288)=9.3帧/秒18cm256线接收信号动态范围超声设备的动态范围是其同时保留最大和最小回声信号的能力。动态范围=20Log(最大回声幅值/最小回升幅值)针对不同脏器检查,适当调整动态范围,有利于接收脏器内微弱回升信号,又能使边界较强回声信号不失真,使整幅图像清晰,保证正确的诊断。DynamicRangelowhigh扫描变换器&显示控制器波束形成器中间处理器动态范围256灰阶动态范围代表了中间处理器某处信号与最后输出显示(现在一般为256灰阶显示)的对应关系2829将不同输入输出的对应曲线标记为动态范围的数值。inputoutput42db48db54db时间增益控制(TGC)灰阶灰阶是图像中像素的亮度等级,由黑到白分为256级。灰阶级数愈高,其图像对比分辨力愈好。增益(Gain)通过补偿,调节整幅图像的亮度。增益调节帧平均FrameAveraging•把前面的数帧图像中的数据加到当前帧.•有助于将短暂而突发的回声改变消除掉..•通过增强相应结构的边界灰阶能将组织的细微差异和边界突显出来.•通过加强器官和血管间的介面来改变二维图像的品质边缘增强EdgeEnhance0215、数字化数字化的标志是数字化处理装置。前端数字化-全数字化后端数字化-部分数字化全数字化超声的标志:前端数字化数字化处理A/D延时处理显示延时处理数字化处理A/DΣ•目标数字化延时数字化叠加数字波束形成器探头处理显示模拟波束形成器的不足:1.信号处理中,噪声信号引入,信号/噪声比低;2.信号处理能力差;3.通频带受到限制;4.相控阵支持困难模拟超声工作原理探头数字扫描转换器DSC显示中央处理器(CPU)前置放大模拟延时线模拟延时线…………模拟延时线模拟延时线前置放大前置放大前置放大模拟波束形成器功率放大功率放大功率放大功率放大发射波束形成器模/数转换器……转换开关……合成检波处理中间处理器A/D数字波束形成器:1.噪声引入少,信号/噪声比值高;2.数字延时精度高,控制易实现,聚焦精度高;3.可以配接电子相控阵探头;4.集成度高,通道间一致性好;5.技术难度大,成本高.数字化超声工作原理数字扫描转换器DSC显示中央处理器(CPU)前置放大A/DA/D……A/DA/D数字延时线数字延时线…………数字延时线数字延时线前置放大………前置放大前置放大模/数转换器数字波束形成器功率放大功率放大………功率放大功率放大发射波束形成器收发控制处理器高速芯片10~16位专利技术探头转换开关合成检波处理中间处理器……TruScan超声平台传统超声-硬件密集型TruScan超声-软件密集型前置处理转换波束形成器探头主计算机TruScan超声平台波束形成器探头TruScan超声平台的优势•强大的计算能力–面阵探头,编码技术,原始数据功能•强大的图像处理能力–全新的图像管理及优化技术,3D/4D•灵活的工作流程-Rawdata,DICOMRawdata,connectivity•相同的用户界面/探头群-VIVID,LOGIQ,•方便持续的升级能力-更少硬件,网络化升级,通用技术…最大孔径波束形成器通道换能器基元多路开关0123626364656667126127……………021362636、阵元数、通道数、一发双/多收06331接收波束(左)接收波束(右)发射波束双波束形成器•接收通道数应与发射通道数相同•但在处理回波信号时可使用双波束或多波束形成器来增加一次扫描的线数•所以处理电路会×2,×4增加。即所谓一发双收,一发四收。目的:提-高-帧-频A/D转换器1A/D转换器2A/D转换器3A/D转换器4延时1延时2合成1合成2延时3延时4双波束形成器多普勒八、多普勒(Doppler)多普勒技术在超声诊断中非常有价值。主要用于检测心脏、血管内血液的流向,流速及流量。主要包括以下三种:-脉冲多普勒(PW)-高脉冲重复频率多普勒(HPRF)-连续波多普勒(CW),包括:单连续波多普勒和可控连续波多普勒TXMRCVRCV如果接收体向着振动源运动,则接收到的频率将高于发射频率。如果接收体背着振动源运动,则接收到的频率将低于发射频率。TXM1.多普勒效应:振动源和接收体有相对运动时,所接收到的声波频率不同于振源所发射的声波频率,其差别与相对运动的速度有关,这就是多普勒效应。多普勒效应是奥地利科学家多普勒于1842年首先提出多普勒处理器•根据运动物体的速度及方向,多普勒处理器在“频谱”上标上一个点。通过观察声波与红细胞的作用,就能探测它们有存在及量化它们的速度。•当运动的物体运动速度不相同时,多普勒处理器为每一物体标上一个不同的点。多普勒处理器•在纵坐标上位置代表物体的速度。多普勒处理器•当不同的物体以相同的速度运动时,频谱上相应的点就标志的更亮一些。多普勒处理器多普勒处理器2.多普勒效应公式:2cos•f。C•ΔfV(cm/s)=V(cm/s):血流速度C(cm/s):声速(1530m/s)(度):血流与超声波束之间的夹角Δf(Hz
本文标题:GE-超声基础知识介绍
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