1、医学超声影像设备与应用,汇报人：CTY,医学超声影像设备与应用,超声及超声波简介超声原理论述超声设备构成 几类医学超声诊断仪探头构造及原理,3,产生声波：所有振动的物体 周期：物体振动一次所需时间 频率：一秒中振动次数 ,（以赫兹为单位） 频率数 ：= 1/（周期）,时间,周期,大小,声波的基本特性,声波的基本特性,概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播，是一种高频机械波，频率范围为15-60kHz，一般高于20kHz。,超声波成像原理,超声波的特性超声波的传播特性（1）方向性好。（2）强度高。（3）对液体和固体的穿透力强。（4）反射与折射。（5）衍射与散射。（6）声波衰减。（7）超
2、声多普勒效应。,衍射与散射示意图,反射与折射示意图,超声波的物理特性,组织名称,平均速度(m/s),脂肪,1450,脑,1541,肝,1549,肾,1561,脾,1566,血液,1570,肌肉,1585,软组织（平均值）,1520,颅骨,4080,水,1480,空气,330,6,组织 1 阻抗 Z1,组织 2 阻抗 Z2,发射束,两个脏器之间声阻抗差异越大反射的量越多,骨骼密度高故无法透过超声波,超声波的物理特性,7,组织 2,组织 1,折射束,反射束,入射束,超声波入射不垂直于界面，一部分反射，另一部分则穿过界 面而弯曲的现象叫折射,因折射，脏器或肿瘤等部位的位置在水平方向易产生伪像,超声波
3、的物理特性,8,散射：是人体内最主要的回声来源,散射振幅：其差异显示成图像的亮度差异，对发现异常征象起重要作用,强回声：指比周围组织散射量多的部位低回声：指比周围组织散射量少的部位,超声波的物理特性,9,深度(时间),衰减：是由于反射、散射和吸收造成的频率越高超声波能量衰减越多,超声波的物理特性,超声设备的构成,探头（换能器）： 发射和接收超声波 电/声转换主机： 声束形成 信号处理 图像处理 存储和传输显示器外围设备 打印机、录相机等,超声系统成像步骤,超声作用原理（一）,超声作用原理：(1)空化作用 当一定频率的超声波作用于液体时，由于液体中一部分气泡其尺寸适宜，将发生共振现象，此时，大于
4、共振尺寸的气泡在超声的作用下，被驱出液体外；小于共振尺寸的气泡则在超声波的作用下逐渐变大，在接近共振尺寸时，在声波的稀疏段，气泡迅速胀大，由于摩擦可产生电荷，在声波的压缩段，气泡又被突然压缩，直到湮灭。气泡在湮灭过程中，其内部可达数千度的高温和几千个大气压的高压，并产生放电，发光等现象。这种现象成为“空化现象”。,（2）热效应 由于介质吸收超声波及摩擦损耗，分子剧烈振动，超声波的机械能转化为介质的内能，造成介质温度升高，超声波的强度越大，产生的热效应越强。 因此，控制超声波的强度，可使物质的组织内部温度瞬时升高，加快有效成分的溶出。气泡崩溃之后，泡内“热点”骤然冷却，冷却速度达108K/s。如
5、此急剧冷却速率将引起原料内部结构的急剧变化。,超声作用原理（二）,（3）机械作用 超声波传递的机械能可在液体中形成有效的搅动与流动，从而破坏了介质结构，粉碎了液体中的颗粒，从而产生了普通低频机械搅拌起不到的效果。这种机械作用可产生击碎，切割及凝聚等效果。 超声波空化作用所产生的巨大压力将造成生物细胞壁及整个生物体的破裂，与此同时，超声波的振动作用强化了胞内物质的释放，扩散和溶解。在被破碎的瞬间生物活性保持不变，破碎速度和提取率均可得到提高。,超声作用原理（三）,(4)乳化作用 空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流，能显著减弱液体的表面张力及摩擦力。并破坏固-液界面的附面层。利用超声
6、振动及空化的压力，高温效应，促使两种液体，两种固体，或液-固，液-气界面之间，发生分子的相互渗透，形成新的物质属性。超声振动可使气，液媒质中悬浮粒子以不同速度运动，增加相互碰撞机会；或使其发生凝聚过程。空化气泡闭合后产生的局部冲击波，可粉碎液体中的颗粒，使其细化；使结晶均匀；将较大，不均匀液滴分散为微小均匀液滴，产生乳化效应。这些作用促进了药物有效成分的溶解，加快了有效成分进入介质，并与介质充分混合。,超声作用原理（四）,超声影像设备简述,超声影像设备按功能划分为两种：超声诊断设备超声治疗设备 超声诊断与、核磁共振和同位素扫描共称为四大影像诊断技术。,超声影像设备临床应用,在临床上超声影像设备
7、应用很广，可以诊断并治疗多种疾病。超声诊断设备包括A、M、B、C、F、D等多种型号，现在还发展到三维、四维彩超，几乎人体任何部位均可做超声检查。一般分为心脏超声、腹部超声、血管超声、五官超声、胸部超声和内窥超声等。按使用方式可以分为介入性超声、术中超声、腔内超声三种。,超声诊断设备,超声诊断设备是目前医院中使用的比较频繁的诊断设备。它主要包含发射/接收装置、扫描发生器、信号处理装置、显示设备、电源和探头等部分。探头按频率分为单频、多频和宽频探头。 超声探头的主体是换能器，但为了提高发射接收的效果，还必须有吸声层、匹配层、声透镜等，另外再加上插件、电缆和外壳，才能构成一具完整实用的超声探头。,两
8、侧电极,拉伸状态,挤压状态,自由状态,换能器外观,医学超声波诊断仪,A型超声波诊断仪B型超声波断层显像仪C型超声诊断设备M型超声波诊断仪超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 超声三维成像系统（超声CT）,1. A型超声诊断设备,它属于一维超声，回声波强度以振幅显示，探头由单晶片构成，由于振幅（Amplitude）一词的第一个字母为A，所以称为A型超声诊断设备。工作原理：幅度调制式,2. 临床诊断中的应用范围 主要适用于检查肝、胆、脾、眼及脑等简单解剖结构，通过分析回波幅度的分布以获得组织的特征信息。也可以用于心脏、肝脏、胰脏、胆囊、颅脑、眼科、妇科等检查。,A型超声诊断设备最有代表性的应用是脑中线位
9、置的测量一般正常人脑中线位置通过颅骨的几何中心，最大偏差0.3cm。测量后若脑中线偏移0.3cm，则应考虑有占位性病变。此法检查无痛苦，准确性高。,1. A型超声诊断设备,A型超声,2. B型超声诊断设备,B型超声诊断设备是辉度调制型设备，因brightness modulation 词组的第一个字母为B，所以称为B型超声诊断设备。B超向人体发射一组超声波,按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间,强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理, 形成了我们今天的B超图像。它以不同辉度的光点强弱显示病变。三维超声成像也是在B型超声的基础上进行了计算机图像重建处理而生成的图像。
10、,2. B型超声诊断设备,按扫描方式分类，B超已经发展了四代，包括手动直线扫描、机械扫描、电子直线扫描和电子扇形扫描。2. 临床诊断的基础与应用范围（1）在妇产科中的探测（2）人体内部脏器的轮廓及其内部结构的探测（3）表浅器官内部组织探测,B型电子扇形扫描示意图,工作方式：B型,3. C型超声诊断设备,C型与B型的成像都是二维图像。但C型的成像画面是与超声束垂直的，它与B型扫描面相差90。C型检查肿瘤组织，能显示出肿瘤组织的扩大范围，这在临床诊断中极为重要。 C型工作方式也是为了获得人体断层的图像。与B型方式不同的是，C型扫描得到的图像不是简单的超声束扫描的断层平面，而是距离换能器某一指定深度
11、处的与超声束垂直的平面。,4.M型超声诊断设备,M型超声波诊断仪是继A超之后发展出的辉度调制式仪器，诞生于1954年，至今临床上还在使用，目前主要用于心脏疾病的诊断，尤其用于观察心脏瓣膜的活动情况。M超与A超有共同之处，即都是利用探头向人体发射超声脉冲并接收反射脉冲。不同的是M超的发射波和回波信号加到了示波器的栅极或阴极。信号的强弱控制了到达荧光屏的电子束的强弱，反映到荧光屏上就是光点的明暗，即辉度调制。,示波器的水平和垂直偏转板都被加入锯齿波电压，垂直偏转板上的锯齿波与发射脉冲同步，水平偏转板上的锯齿波频率要低于它。因此荧光屏上光点在垂直方向的距离表示探测深度，在水平方向的移动表示时间的进行
12、，光点的亮度表示回波信号的强弱。M超常用于检测心脏疾病，当心脏收缩和舒张时，其各层组织的界面与固定放置于人体表面的探头之间的距离随时改变，导致光点随之移动，在水平扫描电压下，光点水平展开，描绘出各层组织结构的活动曲线图，因此也叫超声心动图，它能显示心脏各部分结构的活动情况、动态变化、心室排血量以及可以得出室间隔、动脉等结构的定量数据等，是临床心脏疾病诊断中比较准确实用的工具。,4.M型超声诊断设备,M型超声心动图的产生原理,上图是M超的简要方框图。其原理与A超基本相同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐
13、淘汰，现在一般采用由微机控制，利用CRT电视监视器显示图像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。,M型超声心动图的产生原理,微机控制的超声心动图仪与B超和多普勒血流仪三者合一的多功能的超声诊断仪，采用了数字扫描变换技术，即利用标准电视光栅扫描格式显示信号。使用此仪器一般先用B超和多普勒仪定位，然后用M超将图像“冻结”在一个需要的位置上，用仪器中的测量光标或微机自动测量功能获得各种参数。,扇形扫描多功能诊断仪的B型与M型的同屏幕显示,M型超声心动图的产生原理,4. 多普勒超声诊断设备,多普勒诊断设备（D型超声诊断设备），在医学诊断中对心脏、血管、血流和胎儿的检查等方面起很大作用。 多普勒效应:
14、对于静止的观测者来说,向着观测者运动物体发出的声波频率会升高,相反频率会降低,这就是著名的多普勒效应。 现代医用超声就是利用了这一效应,当超声波碰到流向远离探头液体时回声频率会降低,流向探头的液体会使探头接收的回声信号频率升高。利用计算机伪彩技术加以描述,使我们能判定超声图像中流动液体的方向及流速的大小和性质,并将此叠加在二维黑白超声图像上,形成了我们今天见到的彩超图像。,5.超声三维成像系统（超声CT）,在医学临床影像诊断中，仅通过观察二维切片图像，很难准确确定病变体的空间位置、大小、几何形状和与周围生物组织的关系。本世纪七十年代由计算机控制的超声CT技术开始兴起，将超声诊断水平提高到一个新
15、的高度，并有助于分子生物学和生物物理学的发展。近十几年随着计算机技术的飞速发展，推动了三维超声成像技术的研究和应用。,德国SIEMENS公司推出超声三维成像系统（超声CT）。它由一个特殊的TEE（经食道超声心动图）探头、相控阵彩色血流成像系统及一个高性能的图像处理系统三部分组成。应用TEE探头经食道，在心电同步触发下，对心动周期中每一时相完成256个平行的扇形切面，全部图像数据（包括彩色血流数据）保存在图像存储器中，整个图像采集工作仅需几分钟就可完成。所得图像数据不但保持了TEE高质量图像的特点，而且类似于计算机断层摄影技术（CT），操作者可选择任一断面方位借助计算机图像处理技术重建图像，实时
16、动态显示，而且可以从这256个平行切面建立心脏的动态三维图像。,5.超声三维成像系统（超声CT）,6、四维超声诊断设备,四维超声波成像系统，（“4D”是“四维”的缩写）所谓“四维”就是指在传统的“三维立体”超声成像的基础之上加上时间维度这个向量。 运用4D超声波技术进行孕妇和胎儿检查能够显示胎儿在子宫内的即时动态活动图像,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。,结构：压电陶瓷发射/接收超声波声透镜轴向聚焦背衬材料（阻尼块）吸收声能工作原理：通过在基元上施加电信号，使基元振动，发出超声波，超声波经反射作用在基元上，使基元两端产生电信号，通过电缆
17、传送至主机处理、显示。,探头构造及相关原理,37,阵列式换能器的基本换能单元称为阵元。阵元在电气上有独立的引线，能直接激励而发射超声信号，也能接收回波而输出电信号。振子是由压电材料经高温烧结、电极化处理、打磨、加上电极等一系列加工后形成的压电元件。为了提高各个阵元的性能，常把一个阵元再切割为几个微元（振子）。,探头构造及相关原理,探头构造及相关原理,压电晶片厚度与超声波频率成反比 厚度为1mm晶片的自然频率约为1.89MHz 厚度为0.7mm晶片的自然频率约为2.5 MHz。压电晶片的两面镀有银层，作导电极板,超声探头种类,线阵（血管、小器官）凸阵（腹部、妇产科）相控阵扇扫（心脏）经食管探头(
18、TEE)腔内探头（妇产、泌尿）容积探头（三维成像）,超声探头与扫查方式,常规探头：扇型、线阵型、凸弧型专用探头：腔内探头（食管、直肠、阴道） 术中探头 穿刺探头体位：仰卧位、侧卧位、半卧位、站立位途径：体表、腔内、术中 (探头表面涂布耦合剂),超声检查前准备,根据检查部位的不同而不同 腹腔脏器：空腹 盆腔脏器：膀胱充盈 心脏：忌服影响心肌收缩力的药物 表浅器官及外周血管：无须特殊准备,探头类型,超声探头类型,超声扫查方式示意图,超声扫查方式,凸弧型探头扫查,凸弧型B超切面,超声扫查方式,扇型探头扫查,扇型探头B超切面,超声扫查方式,线阵型探头扫查,线阵型B超切面,超声扫查方式,47,图 A使用
19、最右侧的阵元组，图 B中为了获得后面的扫描线数锯，把阵元组往左移动后使用,）线阵,过程：从探头一侧到另一侧依次发射和接受超声波束形成图像 探头阵元组内各阵元接受的回波传递到波束形成器内进行时间延迟及聚焦放大等处理后获得单个扫描线的扫查数据,超声探头扫描方式,48,）凸阵探头,超声探头扫描方式,阵元曲线排列扇形图像可获得更宽视野图像,49,）相控阵探头,简单工作原理：相控阵探头全部阵元都用适当调节延迟时间方式则可调节超声波束的方向,与线阵凸阵区别：是全部阵元同时发生超声波，全部阵元同时启动，通过适当的时间延迟数字化旋转超声波束方向获得扇形图像,超声探头扫描方式,50,3D 探头,三维凸阵腹部探头
20、,立体扫描是通过2D扫描加上 机械旋转构成 拥有二维探头的所有功能可进行静态、动态三维扫查,超声探头扫描方式,51,探头变频技术,在发射时有一很宽的频带范围，如2MHZ-10MHZ，接收时分三种选择方式： 选频接收：在接收回声中选择一特定的中心频率，保证能到达所要求的诊断 深度，尽可能选择较 高频率的回声，以获 得最佳的图像质量。,不同扫查模式形成的声像图,频率与分辨率和穿透力,一般成像的频率范围：心脏：成人 2 4 MHz 儿科：3 8 MHz 新生儿：4 10 MHz腹部：成人 2 4 MHz 儿科：4 8 MHz 新生儿：4 10 MHz外周血管：5 10 MHz小器官：7 12 MHz
21、腔内：4 9 MHz经食管：成人 3 7 MHz 儿科：4 8 MHz,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）,超声治疗设备,超声治疗设备主要由超声发生器及声头两部分构成，前者由高频电振荡和电源电路组成，利用“反压电效应”原理，将高频电场作用于晶体薄片，使其产生相应频率的振动，从而将电能转换为机械能。 超声治疗设备有多种类型，以输出方式划分，有连续输出型、脉冲输出型、连续脉冲输出型。,超声治疗设备临床应用,1. 超声波药物透入疗法2. 超声波外科疗法3. 聚集治疗法 4. 超声波穴位刺激疗法5. 低频超声治疗法 6. 超声波乳化治
22、疗法7. 直接接触辐射法8. 间接接触辐射法9. 超声治疗癌肿瘤,超声诊断设备新技术进展,GE超声设备及成像,超声诊断设备新技术进展,1三维超声诊断设备 三维超声成像方法有散焦镜法、计算机辅助成像和实时超声束跟踪技术。,维超声胎儿成像25周 三维超声胎儿成像28周,超声影像设备展望,1. 宽频带化2. 数字化3. 信息化4. 多维化5. 智能化,胃肠超声检查：雾里看花,因胃不舒服去医院就诊，医生通常会建议患者做一次胃镜，但总有不少人因为害怕做胃镜时的“难受”而拒绝。时下，不少民营医院打出了胃肠超声检查的广告，宣称做超声也能检出诸如胃炎、胃溃疡、肠炎等众多消化病，吸引了不少害怕做内镜者前去检查。
23、胃肠超声真如广告上说的那么好吗？它果真能代替内镜检查吗？ 广告语：我院引进最新胃肠超声仪，能检查胃炎、胃溃疡、肠炎等各种疾病。 点评：医学上所谓的胃肠超声检查主要有经腹壁超声、超声造影和超声内镜等。由于胃肠是含气脏器，当超声波遇到脏器内气体时会被反射，难以达到满意的显像目的，超声效果不如肝、胆、脾等实体器官。近年来，经过众多学者的研究探索，发现通过利用某种物质充盈胃肠腔，减少超声束的反射，可使胃肠结构显示得更加清晰，这种方法称为胃肠超声造影，即所谓的“胃肠超声”。在造影剂充盈良好的情况下，超声能够显示胃肠腔的完整形态、结构，对胃肠腔内的突起性病变、胃肠壁的增厚性病变，显像效果较佳。,胃肠超声检
24、查：雾里看花,广告语：胃肠超声检查无痛苦、安全、方便，能取代内镜检查。 点评：胃肠超声造影主要用于占位病变的诊断,但由于其简便易行、无痛苦、无创伤性、服用造影剂后无不适感，现被不少民营医院广泛采用，甚至有滥用之势。,超声波疗法的主要作用有：,（1）对神经系统作用。神经系统具有对超声波敏感的特性，小剂量的超声波对神经有抑制作用，可使神经的传导速度减慢，从而具有明显的镇痛作用。（2）对皮肤作用。超声波可使皮肤发热充血，皮肤的血液循环加快，可以改善皮肤麻木等感觉异常。（3）对肌肉作用。超声波可有效地解除肌肉痉挛，使肌肉放松，达到减轻肌肉及软组织疼痛的目的。（4）其他作用。超声波可使胃肠道蠕动增加，胃肠分泌增加；可使心脏的冠状动脉扩张，改善心肌的血液供应；可使肾脏的血管扩张，增加肾脏血流量。应用超声波治疗骨质增生引起的疼痛，主要是通过抑制神经的兴奋性，增加血液循环和改善组织的代谢状态来实现的。,医学影像学的定义,医学影像学是以医学影像为基础，集X线、计算机体层摄影（CT）、磁共振成像（MRI）、数字减影（DSA）正电子发射体层（PET）、核医学、超声学（US）、放射治疗及介入治疗学等多学科有机结合的综合诊疗学科。,
