1、1超超 声声 成成 像像 原原 理理（二（二）云南医学高等专科学校医学影像系云南医学高等专科学校医学影像系 孙孙 静静定义：定义：声源与接收器在连续介质中存在着声源与接收器在连续介质中存在着相对运动时声波频率将发生改变。相对运动时声波频率将发生改变。超声的物理基础二、超声传播特性2P163超声传播特性超声的物理基础 在声源与观察者在声源与观察者作相对运动时，声作相对运动时，声波密集，频率增高波密集，频率增高；在背向运动时声；在背向运动时声波疏散，频率减低波疏散，频率减低，这种引起声波频，这种引起声波频率变化的现象为多率变化的现象为多普勒效应。普勒效应。3超声传播特性超声的物理基础 换能器发出一
2、定换能器发出一定频率超声波，遇到活频率超声波，遇到活动的大界面或小界面动的大界面或小界面，反射或散射回声的，反射或散射回声的频率发生改变，反射频率发生改变，反射回声与入射回声之差回声与入射回声之差称为频移。称为频移。 在超声医学诊断中，超声多普勒技术可用于检测心血管内的血流方向、流速和湍流程度等。42022-5-265七、多普勒效应七、多普勒效应（一）定义：（一）定义： 当振源（声源）与接受器之间出现当振源（声源）与接受器之间出现相对相对运动运动时，接到的振动（声波）频率与振源时，接到的振动（声波）频率与振源（声源）的发射频率有一定差异，这种现象（声源）的发射频率有一定差异，这种现象称为称为多
3、普勒效应多普勒效应。其变化的频差称频移，如。其变化的频差称频移，如界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离探头运动，则频率减低；界面运动越快，频探头运动，则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的运动移数值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的运动和血液流动均可引起多普勒效应。和血液流动均可引起多普勒效应。2022-5-266多普勒效应：多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动接声源与接收器之间有相对运动接 收到的频率有改变（频移）收到的频率有改变（频移） 探头探头探头探头探头探头向探头运动背离探头声源声源 界面静止界面静止2022-5-267（二）
4、、人体内的多普勒效应 P189 产生条件：超声进入人体后，只要遇到运动界面即产生多普勒效应。（一）层流（朝向探头-红，背离探头-蓝）（二）湍流：(正向-黄 红+绿，负向-青 蓝+绿)（三）射流：层流湍流血管狭窄血管狭窄绿色：绿色：代表流速快且紊乱的血流代表流速快且紊乱的血流射射流流探探头头探探头头2022-5-268红红+绿绿=黄黄蓝蓝+绿绿=青青红红+蓝蓝=品红品红 如湍流血流方向朝向探头，红色如湍流血流方向朝向探头，红色+绿色将产生黄绿色将产生黄色，出现以红色为主五色相间的血流图象；色，出现以红色为主五色相间的血流图象； 如湍流血流方向背向探头，监色如湍流血流方向背向探头，监色+绿色将产生
5、青绿色将产生青色，出现以监色为主五色相间的血流图象；色，出现以监色为主五色相间的血流图象；2022-5-269-如湍流血流方向朝向探头如湍流血流方向朝向探头（如分流束），红色（如分流束），红色+绿色将产生绿色将产生黄色，出现以黄色，出现以红色红色为主五色相间的血流图为主五色相间的血流图象（舒张期：二狭、三狭，）；象（舒张期：二狭、三狭，）； -如湍流血流方向背向探头（返流束），如湍流血流方向背向探头（返流束），监色监色+绿色将产生青色，出现以绿色将产生青色，出现以监色监色为主五为主五色相间的血流图象（色相间的血流图象（收缩期：主狭、肺狭收缩期：主狭、肺狭）正常情况正常情况过二尖瓣或三尖瓣为红色
6、血流，过二尖瓣或三尖瓣为红色血流，过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流过主动脉瓣或肺动脉瓣为蓝色血流超声原理 彩色编码技术是由红、蓝彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。兰色则表示负的频移。在显示屏上以不同彩色显示不在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。同的血流方向和流速。 P18910图像特征 对某些非对称结晶材料（如石英）进行一定方向的加压或拉伸时，表面的两侧将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。 具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料
7、等。-压电效应P169 超声仪器探头原理11结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷。移，在两个界面产生等量异号电荷。定义：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，定义：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应。称为正压电效应。探头原理超声仪器12压力压力-变形变形-产生电场产生电场( (变形变形电场电场) )定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几定义：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应何变形，称为逆压电效应。 在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷在晶体
8、表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何形变中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何形变。探头原理超声仪器13( (电场电场变形变形) )2022-5-2614 原理：原理：对压电晶体施以一交变电场由于逆对压电晶体施以一交变电场由于逆压电效应，晶片即可发生机械性的压缩与扩张，压电效应，晶片即可发生机械性的压缩与扩张，推动周围介质，使之振动，发出相应频率的声推动周围介质，使之振动，发出相应频率的声波。当交变电场的频率大于波。当交变电场的频率大于2万赫时，压电晶万赫时，压电晶片即可产生超声波。超声检查时，探头发出的片即可产生超声波。超声检查时，探头发出的超声
9、波在人体组织中传播，遇到声阻抗不同的超声波在人体组织中传播，遇到声阻抗不同的组织构成的界面时，产生反射，反射回声到达组织构成的界面时，产生反射，反射回声到达探头后，沿电压轴方向对晶片施以一定的压力，探头后，沿电压轴方向对晶片施以一定的压力，由于正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，由于正压电效应，使晶片两侧产生相反电荷，这种高频微弱电信号经主机接收并予以放大处这种高频微弱电信号经主机接收并予以放大处理，以不同方式显示于示波屏上，即形成代表理，以不同方式显示于示波屏上，即形成代表界面回声的不同类型的超声。界面回声的不同类型的超声。探头原理超声仪器 利用逆压电效应将电能转换成超声能发射超声，利用正压
10、电效应将超声能量转换成电能接收超声。定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。探头原理超声仪器2006年6月5日星期一152022-5-2616超声场特性超声场特性 P1711、声轴声轴2、声束、声束3、束宽、束宽4、近场及特性、近场及特性5、远场及特性远场及特性2022-5-2617 附：声场与方向性附：声场与方向性 由于超声的能量大，穿透力强，成束状向前传播，这就是超声波的束射性（或方向性）。从声源发出的超声波最近的一段声束几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。扩散的声束与平行声束间形成的夹角叫做扩散角（）。2022-5-2618近
11、场与远场近场与远场LL大，指向性好大，指向性好2022-5-2619图1超声场扩散角示意图 L2022-5-2620一、脉冲回波成像工作的相关参数P1771、超声频率：* P178 从分辩率角度和穿透深度合理选择超声频率-从分辩率角度:超声频率增加，分辩率增加-从穿透深度：超声频率增加，穿透深度降低-通常:腹部、心脏选用3.5M，表浅器官57M超声仪器探头原理2022-5-2621 超声波的分辨率、透射性均与超声波的分辨率、透射性均与超声频率有关，超声频率有关，频率越高，波长越短，分辨率越频率越高，波长越短，分辨率越 强，透射性越弱。强，透射性越弱。频率越低，则波长越长，分辨率频率越低，则波长
12、越长，分辨率 越低，透射性越强。越低，透射性越强。2022-5-2622二、脉冲回波幅度成像的基本原理-超声脉冲回波法 P179 -回波：P179-原理：P180-回波信号强度：Z差越大、界面越大、越规则及距离越近，回波信号的强度也越大脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像 即幅度调制型。此法以波幅的高低代表界面反射信号的强弱，可探测脏器径线及鉴别病变的物理特性。由于此法过分粗略，目前巳基本淘汰。23浅浅深深强弱反射回声反射回声脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度成像原理脉冲回波幅度信号成像四、图像特征第二章超声的物理基础 显示屏上最黑到最亮的灰度等级差，取决于信号的强度。灰
13、阶级数越多，图像的层次越丰富，图像细节的表现能力越强。显示屏上的灰标灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰灰阶是将声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰阶级来表示探测结果的显示方式。阶级来表示探测结果的显示方式。24P182 为辉度调制型。此法以不同此法以不同辉度光点表示界面反射信号的强辉度光点表示界面反射信号的强弱，反射强则亮，反射弱则暗。弱，反射强则亮，反射弱则暗。因采用多声束连续扫描，故可显因采用多声束连续扫描，故可显示脏器的二维图像，本法是目前示脏器的二维图像，本法是目前使用最为广泛的超声诊断法。使用最为广泛的超声诊断法。25脉冲回波幅度信号成像B型超声成像原理型超声成像原理本本质
14、质为为二二维维超超声声2022-5-2626辉度调制型辉度调制型 (Brightness mode)超宽视超宽视野成像野成像完整地完整地显示出显示出胎儿全胎儿全貌、胎貌、胎儿肝、儿肝、肾界面肾界面以及胎以及胎盘位置盘位置2022-5-2627P182它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系的方法它是检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系的方法脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原理脉冲多普勒成像原理脉冲多普勒成像原理 利用声波的多普勒效应，以频谱的方式显示多普勒频移，多与B型诊断法结合，在B型图像上进行多普勒采样。当频移为正时，以正向波表示，而负向波则表示负频移。临床多用于检测
15、心脏及血管的血流动力学状态，尤其是先天性心脏病和瓣膜病的分流及返流情况，有较大的诊断价值。28（脉冲多普勒）（脉冲多普勒）脉冲回波频移信号成像2022-5-2629P186脉冲回波幅度信号成像M型超声成像原理型超声成像原理图2022-5-26130 彩色编码技术是由红、蓝彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当频、绿三种基本颜色组成，当频移为正时，以红色来表示，而移为正时，以红色来表示，而兰色则表示负的频移。兰色则表示负的频移。 系在多普勒二维显像的基系在多普勒二维显像的基础上，以实时彩色编码显示血础上，以实时彩色编码显示血流的方法，即在显示屏上以不流的方法，即在显示屏上以不同彩色显示不
16、同的血流方向和同彩色显示不同的血流方向和流速。流速。脉冲回波频移信号成像彩色多普勒成像原理彩色多普勒成像原理仪器类型 超声仪器 是用一系列二维彩色多普勒图所重建的彩色图像。2006年6月5日星期一31仪器类型超声仪器 将立体图象以投影图或透视图表现在平面上的显示方式，可从各个角度来观察该立体目标。2006年6月5日星期一32仪器类型 超声仪器解剖超声解剖超声 一维： A超(幅度调制型) M超(运动显示型) 二维： B超(辉度调制型) 三维：立体 血流超声血流超声 一维：PW超(pulse waveform脉冲多普勒) P186 二维：彩色多普勒(color doppler) 三维：立体彩色多普
17、勒33小结 超声成像方式2006年6月5日星期一34超声成像超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像小结 超声成像方式2006年6月5日星期一35超声成像超声成像脉冲回波幅度成像A超：幅度调制型B超：辉度调制型M超：运动显示型脉冲回波频移信号成像PW：脉冲多普勒显像CW：连续多普勒显像彩色多普勒显像图像质量超声成像原理纵向分辨力(longitudinal resolution)： 为区别声束轴线上两个物体的距离，与超声的频率有关。 横向分辨力(transverse resolution)：
18、 是区分处于与声束轴线垂直平面两个物体的能力，与声束的宽度有关。超声仪的分辨力是指能够分辨有一定间距的界面的能力。36 探头频率越高，分辨力越高。 然而频率与穿透性(penetrability)呈反比。2006年6月5日星期一37超声成像原理图像质量2022-5-26384、分辨率（基本分辨率）：、分辨率（基本分辨率）：P195超声的分辨力是指超声诊断仪超声的分辨力是指超声诊断仪能够区分两个相邻界面之间最短距能够区分两个相邻界面之间最短距离的能力。即超声波所能探测物体离的能力。即超声波所能探测物体的最小直径。的最小直径。（1）纵向分辨）纵向分辨力（力（轴向分辨轴向分辨力力）（2）侧向分辨）侧向
19、分辨力力（3 3）横向分辨力（厚度分）横向分辨力（厚度分辨辨力）力） 图像质量2022-5-2639（1）纵向分辨纵向分辨力（力（轴向分辨率）：轴向分辨率）：指声束轴线上的分辨力指声束轴线上的分辨力（指在深浅方向（指在深浅方向的精细度）。区别声束轴线上两个物体间最的精细度）。区别声束轴线上两个物体间最小距离的能力。小距离的能力。目前目前纵纵向分辨力可达向分辨力可达1mm左左右右（3-3.5MHZ）这与脉冲宽度有关（脉冲宽度这与脉冲宽度有关（脉冲宽度=脉冲时脉冲时间超声声速间超声声速=波长），宽，则波长），宽，则分辨率下降。分辨率下降。只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲只有当两个障碍物（或病灶）相距大于脉冲宽度的宽度的1/2时，超声才能分别产生两个回声。时，超声才能分别产生两个回声。图像质量2022-5-26402、侧向分辨、侧向分辨力力指在与声束轴线垂直的指在与声束轴线垂直的平面上，平面上，在探头长轴方向在探头长轴方向上上的分辨力。的分辨力。能分辨相邻两点能分辨相邻两点（两个病灶）间的最小距离。（两个病灶）间的最小距离。2022-5-2641（3 3）横向分辨率（厚度分辨力）横向分辨率（厚度分辨力）：指在与声束轴线垂直的平面上，在探头短轴方向的分辨力。为与侧向分辨力在一平面上，是相互垂方向轴线上的分辨力。谢谢各位
