超声波成像原理简介.ppt

1、超声成像,要点,超声诊断仪超声的物理特性超声诊断的基础超声成像的新发展,超声波：频率高于20000赫的声波超声诊断：（ultrasound diagnosis）是在现代电子学发展的基础上，将雷达技术与超声原理相结合，并应用于临床医学的诊断方法。随着电子技术的发展，尤其是电子计算机技术应用于超声诊断仪，使超声诊断水平迅速提高，并广泛应用于临床各个领域，包括肝、胆、脾胰、肾、膀胱、前列腺、颅脑、眼、甲状腺、乳腺、肾上腺、卵巢、子宫及产科领域、心脏等脏器及软组织的部分疾病诊断。,超声波与超声诊断,超声诊断仪,SSC-370 超声波诊断仪,数字化黑白超声诊断仪,超声诊断仪,彩色超声多普勒血流成像系统,

2、最新电脑平台高级超声诊断仪,超声诊断仪由两大部分组成超声换能器电子仪器,超声诊断仪,超声换能器（Transducer）,超声换能器是由压电晶片组成，晶片受电信号激发发射超声，进入人体组织，遇不同声阻界面产生反射与散射、晶片又接收回声信号，转换成电信号、送入仪器。晶片将电能转换成声能（发射），又能将声能转换成电能（接收），称之为声电换能器。,超声换能器,测厚探头,直探头,超声换能器,可拆式斜探头,非金属探伤用探头,电子仪器,目前所用超声诊断仪多应用超声脉冲回波技术，将接收到的回波信号、经过放大并显示在显示屏上。根据显示的方式不同，分为A（Amplitude）型、M（Motion）型、B（Brig

3、htness）型及D（Doppler）型已为临床广泛应用。其它如超声全息、超声CT及超声显微镜等目前尚处于研制阶段。,超声的物理特性,超声场特性：超声在介质内传播的过程中，明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具有以下特点：如果超声换能器的直径明显大于超声波波长，则所发射的超声波能量集中成束状向前传播，这现象称为超声的束射性（或称指向性）。近场区 ：换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似，平行而不扩散，近似平面波，该区域称近场区。近场区内声强分布不均匀。 远场区 ：近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。,超声的物理特性,L0=r2f/Csin=1.22/D 。式中L0为近场距离，r为换

4、能器半径，f为频率，C为声速、 为半扩散角、D为换能器直径，为超声波波长。,近场距离,声源直径,半扩散角,超声的反射与折射,声阻抗：介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积称声阻抗。声阻抗值一般为固体液气体。超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射或散射与绕射。,超声的反射与折射,反射、折射与透射：凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长（称大界面）时，产生反射与折射。成角入射，反射角等于入射角，反射声束与入射声束方向相反。垂直入射时，产生垂直反射与透射。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时，反射声强最大。反射声能

5、愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往前传播，遇不同声阻抗的介质时，再产生反射，依次类推，被检测的物体密度越不均匀，界面越多，则产生的反射也愈多。,超声的反射与折射,超声的散射与绕射,超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长（小界面）的介质时，产生散射与绕射。散射为小介质向四周发散超声，又成为新的声源。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。,超声的散射与绕射,散射,绕射,多普勒效应,声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内收到的振动次数（频率），除声源发出者外，还由于接收体向前运动而多接收到（距离/波长个）振动，即收到的频率增加了。相反，声源和接收体作背离运动时，接收体

6、收到的频率就减少，这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应。,多普勒效应,相对静止,相对运动,背离运动,多普勒效应,超声诊断的基础,人体组织的声阻与衰减系数 正常脏器的回声规律病变脏器的回声规律超声多普勒 超声对人体的影响,超声诊断,超声诊断,超声诊断,人体组织的声阻与衰减系数,超声在人体内传播时，在两种不同组织的界面处产生反射和折射，在同一组织内传播，由于人体组织的不均匀性而发生散射。超声通过不同器官和组织产生不同的反射与散射规律，仪器利用这些反射和散射信号，显示出脏器的界面和组织内部的细微结构，作为诊断的依据。 按照声学特性，人体组织大体上可分为软组织和骨骼两大类，软组织的声阻与水近似，骨骼

7、则属固体。人体不同组织的声速、声阻抗、声吸收系数、衰减系数等基本声学特性不同。,人体组织的声阻与衰减系数,正常脏器的回声规律,含液体脏器如胆囊、膀胱、血管、心脏等，壁与周围脏器及内部液体间为界面、液体为均匀的无回声区。实质性软组织脏器如肝、脾、肾等脏器均有包膜，周围有间隙，内部各有一定结构，如肝可以显示脏器轮廓、均匀的肝实质与肝内管道结构。,实质性脏器（肝）与含液体脏器（胆）的声象图规律。,正常脏器的回声规律,含气脏器如肺、由于肺泡内空气与软组织间声阻差异极大，在其交界面上产生全反射（几乎100），并形成多次反射。,含气脏器（肺）的多次反射,正常脏器的回声规律,正常骨骼与周围软组织的差异大，在

8、软组织与骨皮质交界处产生强反射，进入骨骼的超声由于骨松质组织吸收极多而不能穿透（除颅骨外），其后方形成无回声区称声影。,骨骼的声象图（脊柱）,病变脏器的回声规律,当脏器有病变时，由于病变组织与正常组织的声学特性不同，超声通过时产生不同正常的回声规律，各种病变组织亦各有其声学特性、其反射规律亦不相同。如肝内液性病变为无回声区，肝癌为强弱不均的实质性回声区、边缘不整齐，胆囊内结石则在无回声区中有强回声光团，后方有声影。,病变脏器的回声规律,肝肿瘤、内部回声不均匀、较强回声区呈团状，肝表面不平,胆囊内结石、胆囊无回声区中一强回声光团，后方有声影,超声多普勒,利用多普勒效应原理检测运动物体。当发射超声

9、传入人体某一血液流动区，被红细胞散射返回探头，回声信号的频率可增可减，朝向探头运动的血流，探头接收到的频率较发射频率增高，背离探头的血流则频率减低。接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差频。目前常用的超声多普勒有连续波多普（CWD）、脉冲波多普勒（PWD）及彩色多普勒（CDFI）。,超声多普勒,多普勒频移（Fd）与发射频率（fo）、血流速度（V）、超声束与血流间夹角（）的余弦成正比，与声速（C）成反比，公式为：式中Fd、cos均可测得，fo及C为已知，可以计算出V声束与血流方向平行时可记录到最大血流速度，声束与血流方向垂直时则测不到血流信号。,超声多普勒,连续波多普勒以频谱显示，可单独使用，亦

10、可与二维超声心动图结合。接收取样线经过部位上所有频移信号，其优点为可以测定高速血流，缺点为不能区分信号来源深度。脉冲波多普勒亦以频谱显示，与二维超声相结合，可以选择心脏或血管内任一部位的小容积血流显示血流实时频谱，频谱可显示血流方向，血流性质，血流速度，血流持续时间等，可供定性、定量分析。缺点是所测血流速度受探测深度及发射频率等因素限制。彩色多普勒采用脉冲多普勒原理，在心脏或血管内多线、多点取样，回声经处理后进行彩色编码，显示血流速度剖面图，以红色代表朝向探头的血流，蓝色代表背离探头的血流，与二维超声心动图套叠显示，可直观地显示心脏或血管的形态结构及血流信息的实时动态图像，信息量大，敏感性高，

11、并可引导脉冲或连续多普勒取样部位，进行定量分析。,超声多普勒,湍流频谱（充填型）,超声束经狭窄后的湍流血流,脉冲波多普勒不同血流性质频谱,肾脏多普勒,胎盘绒毛膜血管瘤,血管瘤术后复发,超声对人体的影响,超声是一种机械能，超声的产热和空化效应在人体内是否产生，取决于使用仪器的功率和频率，现在超声诊断仪的功率为10毫瓦/平方厘米，（超声治疗仪为0.52.5瓦/平方厘米），根据国内外实验研究证明对机体无损害作用，但对胎儿的检查时间不宜太长。,超声成像的新发展,与提高图像质量有关的超声成像新技术频谱合成成像 频谱合成成像即频率转换技术(frequency convert technology,FCT)

12、二次谐波成像能量造影谐波成像技术脉冲反向谐波成像组织多普勒成像,超声成像的新发展,与组织定征有关的超声成像新技术超声背向散射积分成像声参量成像。此技术临床应用尚不普及，有的还处于理论阶段,胎儿面部三维图像,Terms,Ultrasonic:超声波Ultrasonic Imaging:超声成像Transducer:换能器Sensor:传感器Doppler:多普勒,Terms,CWD: Continuous Wave Doppler PWD: Pulsed Wave DopplerCDFI: Color Doppler Flow Imaging FCT: Frequency Convert TechnologyRTUIS: Real-Time Ultrasonic Imaging System,