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1、超超 声声 基基 础础 知知 识识 20142014年年3 3月月1111日日一、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。概念:声波是一种机械振动,可以通过介质进行传播。潜艇潜艇海洋海洋0Hz 20Hz 20KHz1MHz 30MHz 400MHz 次声波次声波 可听见声音可听见声音超超声声 红外线红外线 耳朵耳朵无损探伤无损探伤 图像诊断图像诊断 声学显微镜声学显微镜2.声音频谱声音频谱3.超声的特性超声的特性 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
2、在一种介质中发生偏转。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:传播速度:超声在水中的传播速度超声在水中的传播速度1530米米/秒秒 超声在空气中传播速度超声在空气中传播速度344米米/秒秒(20C)三棱镜三棱镜折射折射镜子镜子反射反射声波在软组织中的传播速度声波在软组织中的传播速度 声波在软组织中的速度取决于所通过的介质的密声波在软组织中的速度取决于所通过的介质的密度及硬度度及硬度.其在骨骼其在骨骼,血液血液,软骨的的传播速度各不软骨的的传播速度各不相相同同.在软组织的平均速度是在软组织的平均速度是1540米米/秒秒.这个数据这个数据被计被计算机用来计算声
3、能量所走过的距离。算机用来计算声能量所走过的距离。安全、无辐射。适用于胎儿诊断。安全、无辐射。适用于胎儿诊断。设备可移动,成本低。设备可移动,成本低。实时成像实时成像 通过扫描角度变化,获得更佳的图像。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。多普勒检测血流量信息。4.超声诊断的优点超声诊断的优点二、超声原理二、超声原理超声频率与波长:超声频率与波长:C/f超声波波长;超声波波长;C超声波声速超声波声速 f 超声波频率。超声波频率。波长:一个波的长度。波长:一个波的长度。频率:单位时间内的周数(重复次数)频率:单位时间内的周数(重复次数)探头远近低频低频高频高频分辨率分辨率更好更
4、好穿透力:穿透力:更强更强3.超声波的衰减:超声波的衰减:超声波的衰减与传播距离成正比;与频率的超声波的衰减与传播距离成正比;与频率的2/3方成正比。方成正比。高频衰减大,低频衰减小(穿透力强)高频衰减大,低频衰减小(穿透力强)高频衰减大,低频衰减小(穿透力强)高频衰减大,低频衰减小(穿透力强)三、超声模式三、超声模式 在监视器上显示的超声图像是二维图像,这与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。和核磁共振所形成的图像相同。超声图像有以下几种模式:超声图像有以下几种模式:回波振幅Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line
5、7Line 81.A模式模式:是一种振幅的模式。它在显示上形成垂直偏转的曲线图。:是一种振幅的模式。它在显示上形成垂直偏转的曲线图。2.B模式模式:是一种亮度的模式。其图像由不同亮度的点所组成的: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,这就是实时维的剖面图像不断地被更新,这就是实时B模式。模式。探头换能器监视器Line 1 2 3 4 5 6 7 8 3.M模式:模式:M模式中的模式中的M表示运动,表示运动,M模式通过模式通过B模式图象来显示一个光标,
6、然后在以时间模式图象来显示一个光标,然后在以时间为为轴线的波形图上表示其运动状态。通常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。模式用于检测心脏及胎儿的心率。TransducerTransducerTransducerTransducerLine 45 t1Line 45 t2Line 45 t3Line 45 t4t 1 2 3 4 5 6 7.4.D模式(多普勒模式)(后面详述)模式(多普勒模式)(后面详述)四、探头四、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,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
7、器既是发射器,也是接收器。它是超声设备最重要的部分。也是接收器。它是超声设备最重要的部分。1.结构:结构:详见右图所示。详见右图所示。其中:压电陶瓷发射其中:压电陶瓷发射/接收超声波;声透镜轴向接收超声波;声透镜轴向 聚焦;背衬材料防止产生超声波反向振动;聚焦;背衬材料防止产生超声波反向振动;2.压电效应:是指具有压电特性的材料压电效应:是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英陶瓷、石英)在受到外界压力后,在其受压端面产生电压;在其在受到外界压力后,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,端面施加交变电信号时,其端面会产生机械振动,发出声波。发出声波。3.工作原理:工
8、作原理:主机通过电缆在基元上施加电信号,使基元振动,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。两端产生电信号,通过电缆传送至主机处理、显示。声透镜压电陶瓷(基元)背衬材料衬套电缆物物体体发射反射五、超声扫描方式五、超声扫描方式1.概述:概述:超声设备在医学临床上有多种诊断方式。超声设备在医学临床上有多种诊断方式。凸阵:也称弯曲线阵,与线阵的区别在于凸阵: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。基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。特点
9、:近、远场视野宽线阵:用于小器官、血管及术中。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2.电子扫描方式电子扫描方式 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。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。线阵线阵凸阵(含微型凸阵)凸阵(含微型凸阵)相控阵相控阵相控阵: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。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。延时线扫描超声波束相控阵探头 通过延时线聚焦3、机械三维探头:、机械三维探头:马达控制探头基元偏转马达
10、控制探头基元偏转(腹部、小器官、腔内)(腹部、小器官、腔内)4、心脏三维探头:、心脏三维探头:六、超声系统六、超声系统 延时线路延时线路脉冲发射脉冲发射/接收接收 处理处理滤波器、对数放大滤波器、对数放大器、时间增益控制器、时间增益控制 D S C数字扫描转换器数字扫描转换器监视器监视器记录设备记录设备录像机 打印机 彩色打印机图象档案管理图象档案管理 存储存储硬盘、磁光盘硬盘、磁光盘主机主机探头探头七、名词解释七、名词解释通过窄孔径,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聚焦动态接收聚焦透镜焦点聚焦 发散1.聚焦聚焦 许多超声设备都有调整聚焦的功能,对感兴趣的许多超声设备
11、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。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: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;连续动态聚焦常用的聚焦方式:分段聚焦;动态聚焦;连续动态聚焦(CDF)3.帧频帧频帧频是指单位时间内帧频是指单位时间内获得图象的帧数。获得图象的帧数。高帧频可以捕捉细小高帧频可以捕捉细小的信息。的信息。移动的物体低帧频高帧频2.宽频是指探头的工作频率范围比较宽。宽频是指探头的工作频率范围比较
12、宽。宽频带探头是实现变频的基础。宽频带探头是实现变频的基础。宽频带探头是实现变频的基础。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。若目标区域在近场,可以选用高频率;若目标区域在远场,可以切换到频率;若目标区域在远场,可以切换到低频率。低频率。4.分辨率分辨率 分辨率是指对两个靠近物体的识别能力,即对图象的区分。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)分辨率轴向(纵向)分辨率:是指沿超声波束轴方向上可区分的: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。两个点目标的最小距
13、离。轴向分辨率由超声波束的波长所决定。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一般来说,轴向分辨率为波长的2到到4倍。倍。轴向分辨率高低 侧向分辨率高低侧向(横向)分辨率:侧向(横向)分辨率:是指对垂直于超声波束轴方向上可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。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。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:灰度(对比度)分辨率:是指对两个相似密度的物体的是指对两个相似密度的物体的 识别能力。识别能力。灰度分辨率几何分辨率平衡平衡几何分辨率高灰度分辨率差几何分
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