超声原理课件.ppt

1、gGEMS-C DDP-1 Training超超 声声 基基 础础 知知 识识GEMSChina UltrasoundkogGEMS-C DDP-1 Training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kogGEMS-C DDP-1 Training3.超声的特性超声的特性 超声的折射：超声从甲介

2、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4.超声诊断的优点超声诊断的优点 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

3、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。kogGEMS-C DDP-1 Training二、超声原理二、超声原理1.基本原理：基本原理：超声基本原理与回声原理相同。超声基本原理与回声原理相同。2.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

4、与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。方成正比。kogGEMS-C DDP-1 Training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 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：

5、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 kogGEMS-C DDP-1 Training3.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，然后在以时间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

6、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）kogGEMS-C DDP-1 Training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：

7、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

8、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。物物体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kogGEMS-C DDP-1 Training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。目前主要采用以下的方式：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：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

9、点：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。电子扫描方式电子扫描方式机械扫描方式机械扫描方式 特殊方式特殊方式线阵线阵机械扇扫机械扇扫斜向扫描斜向扫描凸阵（含微型凸阵）凸阵（含微型凸阵）径向扫描径向扫描梯形扫描梯形扫描相控阵相控阵扩大扫描扩大扫描向量扫描向量扫描kogGEMS-C DDP-1 Training3.机械扫描方式机械扫描方式机械扫描是通过单个或多个基

10、元机械运动（摆动）机械扫描是通过单个或多个基元机械运动（摆动）来产生超声波束的。来产生超声波束的。机械扇扫：是超声波束通过基元机械运动来回机械扇扫：是超声波束通过基元机械运动来回 摆动进行扫描的。摆动进行扫描的。特点：制作成本低；扫描角度大。特点：制作成本低；扫描角度大。噪音大；帧频低；寿命短。噪音大；帧频低；寿命短。基元相控阵：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kogGEMS-C DDP-1 Training六、超声系统六、超声

11、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kogGEMS-C DDP-1 Training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，

12、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）kogGEMS-C DDP-1 Training2.宽频及变频宽频及变频5MHz5MHz传统探头宽频带探头频带宽度主机带宽探头带宽远场近场5MHz10MHz3.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。

13、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。宽频是指探头的工作频率范围比较宽。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。-3dBkogGEMS-C DDP-1 Training4.数字化数字化数字化的标志是数字化处理装置。数字化的标志是数字化处理装置。前端数字化全数字化前端数字化全数字化后端数字化部分数字化后端数字化部分数字化 数字化处理 A/D延时处理显示延时处理 数字化处理 A/D目标目标数字化延时数字

14、化延时数字化叠加数字化叠加数字波束形成器数字波束形成器探头探头处理处理显示显示kogGEMS-C DDP-1 Training6.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。分辨率分辨率几何分辨率几何分辨率灰度分辨率灰度分辨率轴向分辨率轴向

15、分辨率侧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：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kogGEMS-C DDP-1 Training八、多普勒（八、多普勒（Doppler）多普勒技多普勒技术术在超声在超声诊诊断中非常有价断中非常有

16、价值值。主要用于。主要用于检测检测心心脏脏、血管内血液的流向，、血管内血液的流向，流速及流量。流速及流量。主要包括以下三种：主要包括以下三种：-脉冲多普勒脉冲多普勒(PW)-高脉冲重复高脉冲重复频频率多普勒率多普勒(HPRF)-连续连续波多普勒波多普勒(CW).-单连续单连续波多普勒波多普勒-可控可控连续连续波多普勒波多普勒TXMRCVRCV如果接收体向着振如果接收体向着振动动源运源运动动，则则接收接收到的到的频频率将高于率将高于发发射射频频率。率。如果接收体背着振如果接收体背着振动动源运源运动动，则则接收接收到的到的频频率将低于率将低于发发射射频频率。率。TXM1.多普勒效应：多普勒效应：振

17、动源和接收体有相对运动时振动源和接收体有相对运动时,所接收到的回声频率不同于振源所发射所接收到的回声频率不同于振源所发射 的声频率的声频率,其差别与相对运动的速度有关其差别与相对运动的速度有关,这就是多普勒效应。这就是多普勒效应。kogGEMS-C DDP-1 Training2.多普勒效应公式：多普勒效应公式：2cos f。C fV(cm/s)=V 血流V(cm/s):血流速度血流速度C(cm/s):声速声速(1530m/s)(度度):血流与超声波束之间的夹角血流与超声波束之间的夹角 f(Hz):多普勒频移多普勒频移 f。(Hz):超声频率超声频率超声波束血管 角角的调整：的调整：30 0.

18、86633 0.839 3.2%cos 误差变化误差变化70 0.34273 0.292 17.1%夹角夹角的最佳范围：的最佳范围：3060kogGEMS-C DDP-1 Training3.多普勒波的含义多普勒波的含义多普勒波包括以下含义多普勒波包括以下含义(数据数据)速度速度速度范围（宽度）速度范围（宽度）血流量大小血流量大小血流方向血流方向一个心跳周期宽的速度范围逆流时间基准线慢慢快快快快迎向迎向背向背向最高峰最高峰收缩舒张舒张结束kogGEMS-C DDP-1 Training4.彩色血流成像（彩色多普勒）彩色血流成像（彩色多普勒）彩色血流成像（彩色血流成像（CFM）是在）是在二维声像

19、图上叠加彩色实时血流二维声像图上叠加彩色实时血流显像。每一个彩色的点表示小区显像。每一个彩色的点表示小区域内血液流速的平均值。不同的域内血液流速的平均值。不同的颜色代表血液流量的速度及检测颜色代表血液流量的速度及检测方式的不同。通常，红色表示迎方式的不同。通常，红色表示迎向探头的血流方向，蓝色表示离向探头的血流方向，蓝色表示离向探头血流方向。向探头血流方向。一个心跳周期宽的速度范围逆流时间基准线慢慢快快快快平均值CFM迎向背向色标色标kogGEMS-C DDP-1 Training总结（总结（SUMMARY）一、声波的概念、频谱、特性。一、声波的概念、频谱、特性。二、超声原理（波长、频率、衰减

20、）二、超声原理（波长、频率、衰减）三、超声模式（三、超声模式（A、B、M、D模式）模式）四、超声探头（结构、压电效应、工作原理）四、超声探头（结构、压电效应、工作原理）五、超声扫描方式（电子线五、超声扫描方式（电子线/凸阵、相控阵，机械扫描）凸阵、相控阵，机械扫描）六、超声系统（系统图、工作原理、部件功能）六、超声系统（系统图、工作原理、部件功能）七、名词解释（聚焦、变频、帧频、数字化、分辨率）七、名词解释（聚焦、变频、帧频、数字化、分辨率）八、多普勒（多普勒效应、公式、波的含义、彩色血流成像）八、多普勒（多普勒效应、公式、波的含义、彩色血流成像）kogGEMS-C DDP-1 TrainingTHANK YOU.ko