超声波仪的构造及分类专家讲座.pptx
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1、第二章第二章超声波仪结构及分类超声波仪结构及分类10/20/20241超声波仪的构造及分类第1页第一节第一节 超声诊疗仪基本超声诊疗仪基本组成及结构组成及结构10/20/20242超声波仪的构造及分类第2页超声诊疗仪组成超声诊疗仪组成(1)超声换能器(2)基本电路(3)显示器10/20/20243超声波仪的构造及分类第3页一、超声换能器一、超声换能器定义:是将电能转换成超声能,同时将也可将超 声能转换成电能一个器件。当前应用主要是压电换能器,其种类繁多,除了连续波多普勒设备中使用收发分离换能器结构外,其余都是采取脉冲工作方式,所以都是使用收发共用换能器结构。10/20/20244超声波仪的构造
2、及分类第4页(一一)换能器组成换能器组成压电振子 匹配层 聚焦件 背衬块10/20/20245超声波仪的构造及分类第5页压电振子压电振子 -换能器关键当前压电振子惯用材料是人造压电陶瓷 锆钛酸铅-最为惯用 优点:电声转换效率高、性能稳定、易成形、成本低;缺点:频率不够高等;偏铌酸铅:频率及频宽均较锆钛酸铅好。聚偏氟乙烯薄膜:频带更宽,是理想压 电材料。10/20/20246超声波仪的构造及分类第6页匹配层匹配层 是位于压电振子前面一层或多层 声学材料。作用:使高声阻抗压电振子与低声阻抗 人体组织间到达阻抗匹配,以提 高声能最大传输效率。组成:通惯用四分之一波长厚度阻抗匹 配层来实现。10/20
3、/20247超声波仪的构造及分类第7页声透镜声透镜 位置:在探头匹配层与人体组织间;材料:惯用塑料或树脂制成;作用:声聚焦和换能器保护层;原理:透镜材料声速大于周围介质声 速时声束可折射效应发生会聚。10/20/20248超声波仪的构造及分类第8页背衬块背衬块 位置:位于压电振子背后;材料:由钨粉与环氧树组成强吸声物;作用:防消除后向干扰;实现窄脉冲,提升纵向分辨力;原理:透吸收背向声波,使之能量消耗。10/20/20249超声波仪的构造及分类第9页(二二)换能器分类换能器分类一、据工作原理 1脉冲反射式 有A超、M超和B超,B超探头括 线阵、凸阵、相控阵、环阵等。2多普勒式 有连续波和脉冲波
4、多普勒探头。10/20/202410超声波仪的构造及分类第10页(二二)换能器分类换能器分类二、据控制扫查方式 1电子式 线阵型、相控阵型、凸阵型及 环阵式探头。2机械式 摆动式、旋转式探头。10/20/202411超声波仪的构造及分类第11页(二二)换能器分类换能器分类三、据晶片数 1单晶片 A超、M超及摆动式机械探头。2多晶片 线阵型、凸阵型、相控阵型和 环形阵型等。10/20/202412超声波仪的构造及分类第12页摆动式机械扇扫探头摆动式机械扇扫探头组成:由一块晶片组成;原理:微型电机驱动晶片,作来扇形回摆动;优点:成本低,轻易修复;缺点:噪声大,磨损严重。10/20/202413超声
5、波仪的构造及分类第13页旋转式机械扇扫探头旋转式机械扇扫探头组成:由多块晶片组成;原理:微型电机驱动晶片,作360度旋转;优点:噪声小,磨损较轻;缺点:成本高,修复较难。10/20/202414超声波仪的构造及分类第14页线阵型探头线阵型探头组成:由6-8个阵元沿一 直线排列组合;每个阵元分割成若干窄条振子。原理:阵元组依一定次序工作,用电子开关轮番地接通,形成线性扫描。评定:近场视野大,易受肋骨、气体影响。10/20/202415超声波仪的构造及分类第15页凸阵型探头凸阵型探头组成:阵元窄条振子被均匀分布在凸形圆弧上;原理:同线阵,只是其波束是作扇形扫描;评定:能避开胸骨和肋骨遮挡,无噪音,
6、可替换机械扇扫探头。10/20/202416超声波仪的构造及分类第16页相控阵探头相控阵探头组成:与线阵类似,仅阵元数少些,故结构紧凑。原理:经过适当调整、控制各单元激励信号相延(或时延),以实现声速偏转。评定:优点与凸阵相同,但旁瓣较显著。10/20/202417超声波仪的构造及分类第17页环形相控阵探头环形相控阵探头组成:由一系列同心圆环形晶元体组成。原理:适当调整、控制圆环形晶元体激励信号和接收信号相延(或时延),使声束聚焦焦距作连续或步进式移动。评定:全程横向分辨力高。10/20/202418超声波仪的构造及分类第18页二、基本电路二、基本电路 超声诊疗仪除连续多普勒用连续波外,大多用
7、脉冲波,后者种类很多,但基本结构大致相同。10/20/202419超声波仪的构造及分类第19页(一一)主控电路主控电路 即同时触发信号发生器,它周期性地产生同时触发脉冲信号,分别触发发射电路与扫描发生器中时基扫描电路。其下限应大于探测目标运动波形最高频率倍,而其上限则取决于声波对人体最大探查深度所需时间。超声脉冲重复频率决定于触发脉冲重复频率,其选择必须满足以下要求:10/20/202420超声波仪的构造及分类第20页重复频率越高,显示器图象越亮。重复频率越高,显示器图象越亮。脉冲重复频率采样下限要求:如二尖瓣运动波形最高多普勒频率为100Hz,则脉冲重复频率应选择高于200Hz;脉冲重复频率
8、采样上限要求:如最大探测深度定为20cm,往返为0.4m,声速为1500ms,则需时为T0.41500260us,对应 重复频率为f1/T3846Hz,普通最高取3kHz。10/20/202421超声波仪的构造及分类第21页(二二)发射电路发射电路 发射电路受同时信号触发后,产生高压电脉冲去激发换能器,换能器受到激发后,便发射一定频率和宽度脉冲超声波。超声波穿透力和纵向分辨力很大程度上决定于发射电路特征,普通要求发射电路发射现有一定幅度,连续时间又要短脉冲波。发射频率决定于晶片特征和厚度,频宽还决定于探头结构及发射电路阻尼。10/20/202422超声波仪的构造及分类第22页(三三)高频信号放
9、大电路高频信号放大电路 换能器发出脉冲波后,即接收其来自人体内超声回波并将它转换为高频电信号,继而经过高频信号放大电路放大。为取得足够灵敏度与保真度,高频信号放大电路应足够大增益和带宽。并依据不一样需要,在高频信号放大电路中设有TGC。电路组成:保护电路、前置放大、高频放大及非线性放大时间增益电路等组成。10/20/202423超声波仪的构造及分类第23页(四四)视频信号放大视频信号放大 回波电信号经高频放大后,再作检波,检波后视频包络信号,频率较低,需经过视频信号放大器作适当放大。型超声仪:将信号加至显示器y轴偏转板(或偏转线圈)上,使电子水平扫描线产生垂直方向偏移(A型);型、型超声仪:将
10、信号加到显示器栅极上进行图象亮度调制。含有数字扫描变换器超声仪是在信号合成及D/A转换后,经视放放大去调整显示器亮度。10/20/202424超声波仪的构造及分类第24页(五五)扫描发生器扫描发生器 扫描发生器产生扫描电压加到显示器偏转系统上,使电子束按一定规律扫描。通常把视频放大器和扫描发生器统称为显示电路,而显示系统则由显示器件、显示电路和相关电路组成。A型、M型及B型超声诊疗仪扫描发生器都不相同。10/20/202425超声波仪的构造及分类第25页三、显示器三、显示器 从人体反射回来超声信息最终是从显示器或统计仪上显示图象中提取。超声诊疗仪显示器通常是阴极射线管(CRT),依据偏转系统不
11、一样可分两种,即静电偏转示波管和磁偏转显示管。10/20/202426超声波仪的构造及分类第26页三、显示器三、显示器 整个CRT由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。基本工作原理 由加热阴极发射出电子被聚焦成为电子束,经过电场(示波管)或磁场(显像管)作用改变电子束运动方向(偏转),并继而轰击涂有荧光物质屏幕不一样部位,使之发光,由这些光点在屏幕上组成一幅图象。10/20/202427超声波仪的构造及分类第27页1、电子枪、电子枪 电子枪由阴极、控制极和阳极组成。通电后电子枪灯丝,在高压电场作用下,发射出电子,经控制极和阳极作用,集成一束。控制极电压普通负于阴极,对阴极电子流大小进行控制,显示管亮
12、度调整就是改变这个电压。阳极电压用来控制电子流(或称电子束)粗细,故亦称为聚焦阳极。10/20/202428超声波仪的构造及分类第28页2、偏转系统、偏转系统 使电子束在x方向和y方向发生偏转,从而控制光点在荧光屏上位置。静电偏转型CRT偏转系统是由两对相互垂直X方向和Y方向上偏转板组成,他们在外电场作用下,能引发电子束方向改变。磁偏转型CRT偏转系统是由在管颈外两侧放置一对线圈组成,线圈有垂直和水平之分,普通称为行偏转线圈和帧偏转线圈。在线圈中流过电流大小控制着电子束偏转大小。10/20/202429超声波仪的构造及分类第29页3、荧光屏、荧光屏 是将电能转换为光能一个器件,超声图像、波形及
13、字符等就在这里显示出来。荧光屏位于显示管顶部,其内面涂有荧光物质,该物质受电子束轰击后就能发光。光点是组成图像基本要素,称为像素;光点明亮程度用灰阶表示;光点维持时间取决于显示器荧光粉余灰时间,实时超声普通选取中短余辉CRT。10/20/202430超声波仪的构造及分类第30页第二节第二节超声诊疗仪类型超声诊疗仪类型10/20/202431超声波仪的构造及分类第31页超声诊疗仪分类超声诊疗仪分类影像超声:一维:超、超 二维:超 三维:血流超声:一维:脉冲、连续多普勒 二维:彩色多普勒血流显像 三维:10/20/202432超声波仪的构造及分类第32页一、型超声诊疗仪一、型超声诊疗仪 以探头接收
14、到超声脉冲信号幅度为纵坐标,而以超声脉冲传输时间为横坐标一个显示方式。型超声适合用于简单解剖结构检验、线度测量,如脑中线检验、眼科检验。10/20/202433超声波仪的构造及分类第33页二、型超声诊疗仪二、型超声诊疗仪 显示局部亮度或光强代表回波幅度回波信息表示方法。在显示器上,以声束扫查移动位置为横坐标,以超声传输时间纵坐标,并以回波幅度调制辉度,可得到探头扫查经过平面内图像。10/20/202434超声波仪的构造及分类第34页B B超与超与A A超区分超区分 1)B超y轴位移代表声波向人体内传输深度;2)回波信号强度在A超上以幅度表示,而B超 则是以亮度表示;3)B超X轴方向电子扫描与声
15、束对人体扫查。由许多相平行、亮度受人体回波幅度调制轴扫描线连成一片,就组成了一幅二维超声图象。10/20/202435超声波仪的构造及分类第35页二、型超声诊疗仪二、型超声诊疗仪 将沿声束方向各反射点位移随时间改变而显示,是一个以光点亮度来表示反射声信号强弱仪器。型对探查人体内运动器,如心脏、胎心搏动尤其有用,常与型联合使用,同时加上心电图、多普勒等,制成多参数超声心动仪。10/20/202436超声波仪的构造及分类第36页型超声型超声基本原理基本原理 将回波强度加到显示器控制极上作辉度调制,代表深度时基线加到垂直偏转板上,而在水平偏转板上加一慢改变时间扫描电压,使深度时基线以慢速沿方向移动,
16、故静止目标显示像是一条水平亮迹,摆动着单型显像为一正弦曲线。10/20/202437超声波仪的构造及分类第37页M M超与超与B B超区分超区分 1)M型反应是一维空间中动态信息,而B型 反应是二维空间结构信息。2)M型X轴方向代表是时间,而B型代表了空 间横向展开。3)y轴方向都代表声波对人体探查深度。4)来自人体回波幅度大小都是以y轴扫描线 上亮度强弱来表示。10/20/202438超声波仪的构造及分类第38页四、三维超声诊疗仪四、三维超声诊疗仪将立体图象以投影图或透视图表现在平面上显示方式,可从各个角度来观察该立体目标。三维超声成像技术是利用电子计算机将一系列一定规律采集二维图像信息重建
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