1、全数字黑白超声诊断设备简介与演示1B超工作原理o 人耳能听到的声音频率为人耳能听到的声音频率为20Hz-20KHz,20Hz-20KHz,低于低于20Hz20Hz的声波为次声波的声波为次声波, ,人耳是听不到的人耳是听不到的, ,高于高于20KHz20KHz的声的声波为超声波波为超声波, ,人耳也是听不见的。超声波之所以被人耳也是听不见的。超声波之所以被广泛用于医疗领域是因为他有许多奇妙的特点：广泛用于医疗领域是因为他有许多奇妙的特点： o 1.1.由于超声波频率高、波长短由于超声波频率高、波长短, ,他可以像光那样沿他可以像光那样沿直线传播直线传播, ,使得我们有可能向确定方向上发射超声使得
2、我们有可能向确定方向上发射超声波；波；o 2.2.声波是纵波声波是纵波, ,可以顺利地在人体组织里传播；可以顺利地在人体组织里传播；o 3.3.超声波遇到不同的介质交接面时会产生反射波；超声波遇到不同的介质交接面时会产生反射波； 这些特点构成了今天超声仪器在医学领域广泛应用这些特点构成了今天超声仪器在医学领域广泛应用的基础。的基础。2 B B超成像的基本原理就是：超成像的基本原理就是： 向人体发射一组超声波向人体发射一组超声波, ,按一定的方向进行扫按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间描。根据监测其回声的延迟时间, ,强弱就可以判断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
3、的处理脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理, , 形成了形成了B B超图像。超图像。B B超的关键部件就是超声探头超的关键部件就是超声探头 (probe),(probe),其内部有一组超声换能器其内部有一组超声换能器, ,是由一组具有是由一组具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊的性质的性质, ,就是在晶体特定方向上加上电压就是在晶体特定方向上加上电压, ,晶体会发晶体会发生形变生形变, ,反过来当晶体发生形变时反过来当晶体发生形变时, ,对应方向上就会对应方向上就会产生电压产生电压, ,实现了电信号与超声波的转换。其原理实现了电信
4、号与超声波的转换。其原理类似于声纳成像类似于声纳成像B超工作原理3B超的组成一台B超主要由以下三部分组成：1.探头；2.主机；3.显示器显示器显示器主主 机机探探 头头4B超探头o 探头结构 5B超探头o 探头分类 1.凸阵探头； 2.高频线阵探头； 3.微凸探头； 4.腔体探头（阴道探头和直肠探头）； 6B超探头凸阵探头：凸阵探头：适用于腹部（包括肝、肾、胆囊、胰腺）等部位的检查 ；高频线阵（浅表）探头：高频线阵（浅表）探头：适用于小器官（甲状腺、乳腺、睾丸、新生儿、外周血管及前列腺）等部位的检查； 微凸探头：微凸探头：适用于心脏（包括成人、儿童心脏）等部位的检查；腔体探头：腔体探头：通常指
5、阴道探头，适用于妇科（包括子宫、卵巢）、产科（包括早孕、基本产科、完全产科、多胎、胎儿回声）的检查； 7B超探头探头规格的识别： 常见的探头规格有：R50 、R60、 R10、 R13 、R20 、L40等。 这里面，R表示探头扫描方式为凸阵扫描；后面的数字表示扫描的曲率半径；L表示探头扫描方式为线阵扫描；后面的数字表示扫描的宽度。 例如：R60 表示此探头为凸阵探头，扫描曲率半径为60mm。8B超探头探头扫描角度的计算: 根据探头的扫描半径我们可以计算探头的实际扫描角度。 80阵元的R60探头阵元间距为0.78mm 128阵元的R60探头阵元间距为0.50mm 那么我们可以根据公式来计算角度
6、 80（阵元）0.78（阵元间距） 260（半径） 计算出来的结果就是此探头的扫描角度了R=60mm360探头声透镜9超声探头的频带超声探头的频带探头的中心频率：探头的中心频率：指探头工作时的主要发射频率，如：常见的凸阵探头标称3.5MHz，这就是此探头的中心频率。变频：变频：超声频率越高探测深度越浅但回波信号分辨率越好，频率越低，探测深度越深，但回波信号分辨率越差。探测不同检测部位，就需要变动探头的发射频率，以达到最好的效果。探头的变频组数以及变频点位置可以根据招投标要求修改 B超的工作频率：超的工作频率：指所有探头的发射频率范围。如：ZQ-9902，支持凸阵探头，探头变频范围为2.0-5.
7、0MHz 支持高频线阵探头，探头变频范围为5.0-10.0MHz ，支持腔体探头，探头变频范围为5.0-8.0MHz ，那么ZQ-9902的工作频率就是2.0-10.0MHz。10组织谐波成像组织谐波成像谐波成像谐波成像: :由于声在人体组织内传播过程产生的非线性以及组织界面入射 /反射关系的非线性，使得当发射的声波频率为f 0 时，回波（由于反射或散射）频率中除有f 0 （称基波），还有2f 0 ，3f 0 等成分（称为谐波），其中以二次谐波（2f 0 ）的能量最大。利用回声（反射或散射）中的二次谐波所携带的人体信息形成的声像图称为超声谐波成像。（Tissue Harmonic Imagin
8、g）通常缩写为THI 如图：蓝线为基波，当发射频率为2.5MHz 时，红线为二次谐波频率为5.0MHz。 2f0f011B超显示器一般分为CRT显示器和LCD（液晶）显示器 CRT显示器又有黑白显示器和彩色显示器 体现显示器的性能的技术指标就是看显示器所能达到的分辨率； 分辨率的表现为横向扫描线数纵向扫描线数。 如：分辨率为800 600，表明此时显示器横向扫描线数为800线，纵向扫描线数为600线。12通道和阵元o 通道：通道：可等同于物理通道。对接收通道而言，通道即指具有接收隔离、前置放大、 TGC控制等具体电路的硬件。在多声束形成技术中，每一物理通道（对应一个阵元）将分为多个虚拟通道（或
9、称逻辑通道），产生不同的延迟时间后与相邻的阵元信号相加，形成不同的声束o 阵元阵元 ：将探头换能器（压电陶瓷）均衡的进行切割分成80份或128份，每一分就是一个阵元，分成80份的探头就是80阵元的探头，分成128份的探头就叫128阵元的探头。13通道和阵元在进行信号发射时，每个通道对应一个阵元B超进行超声发射时，由每个通道给对应的阵元一个信号，对应的阵元就发射一束声波，第一时间里就有32（1-32）个阵元收到信号发射了声波，此时第一通道对应第一阵元，第二通道对应第二阵元，以此类推。1163280132216214通道和阵元11632801322162第二次发射时仍然有32（2-33）个阵元收到
10、信号发射了声波，此时第一通道对应第二阵元，第二通道对应第三阵元，以此类推，第三十二通道对应第三十三阵元。当第80阵元被激活发射了声波，收到回波信号后此时第一幅超声图像得以形成。3173315线相关线数：每帧图像有多少根线低密度发射：每线以一个阵元间距为线间距进行发射，组成的超声图像；在此密度下发射，图像的线密度在数量上等于探头阵元数。高密度发射：每线以1/2个阵元间距为线间距进行发射，组成的超声图像；在此密度下发射，图像的线密度在数量上等于2倍的探头阵元数。a11632阵元数80128低密度80线/帧128线/帧高密度160线/帧256线/帧16帧相关帧相关：帧相关：是一种滤除噪声，对图像进行
11、平滑的功能。由于噪声是杂乱无章的，所以每个时间段里噪声的位置是不同的，而人体组织在短时间内几乎没有什么变化，所以把2幅图像进行重叠后可以使噪声淡化、消除，而人体组织的图像进行加强。帧相关是图像在时间域的平均。ab图1ac图2ab图3c17帧频帧频：帧频：也叫成像帧率，是指每秒成像的帧数。帧频越高，图像显示就越平稳，实时性也越好。帧频的高低取决于成像设备的性能、是否使用多声束形成技术和探测深度，其中探测深度对成像帧率起决定性的作用。探测深度越小，成像帧率就越高；使用多声束形成技术，成像帧率也可进一步提高。帧频可以通过以 下公式进行计算：帧频 = 1 / 2 显示深度（单位m） / 声速（1540
12、m/s） 线密度（80阵元：160线/帧；128阵元：256线/帧） 焦点数 帧频与阵元数、线数、焦点数、探测深 度相关，都成反比。探头发射角度可变可调：探头发射角度可变可调：通过减小探头发射角度，可以提高图像帧频 18DBPP双波束并行处理技术采用先进的全通道数字化高速双波束并行处理技术；发射一次，同时接收两个方向的回声信号，进行高速数字信号运算处理；有效提高图像帧频，提高图像的时间分辨率，而不牺牲图像的空间分辨率。19前处理、后处理DSC：数字扫描变换器，主要完成图像的坐标变换以及插值处理，将声线的数字信号转变为超声图像的处理过程前处理：前处理：在接到超声信号到进行DSC处理之前进行的数据
13、处理都叫前处理（如：线相关、横向滤波、包络检波、对数压缩等）。后处理：后处理：在进行DSC处理之后，对图像进行的相关处理叫后处理（如：左右翻转、上下翻转、正负翻转、伽马校正、边缘增强等）。20灰阶、动态范围灰阶、动态范围灰阶：灰阶：以不同的亮度级来显示振幅强弱。灰阶数越大，能分辨的灰度越多，越能显示微小病灶。目前常见的是256灰阶，表示有0255个灰度级。动态范围动态范围: :接收信号的动态变化幅度，单位为分贝（dB），动态范围越大，其信号应用区域就越广，而病灶的包容量就越大。（如：当显示器的动态范围为0-30dB时，表明该显示器只能接收并显示0-30dB范围内的信号，当输入的信号超过30dB
14、时，就会导致超过范围的信号丢失，使得显示的图像不完整，需要进行对数压缩进行图像还原） 对应于软件中的DR1-DR4（一般可对应为DR1：30dB、DR2：60dB、DR3：90dB、DR4：120dB），可以根据招投标要求修改 21声功率声功率声功率：是指换能器发射出的超声波的功率。声功率：是指换能器发射出的超声波的功率。 提高声功率可提高探测深度。但是提高声功率提高声功率可提高探测深度。但是提高声功率要增大电路的发射电压。这不仅给整机设计带要增大电路的发射电压。这不仅给整机设计带来困难，而且必须要限制声功率在安全剂量阈来困难，而且必须要限制声功率在安全剂量阈值内设计和使用，尤其对胎儿和儿童要
15、减少和值内设计和使用，尤其对胎儿和儿童要减少和避兔使用超声作检查，必要使用时必须使用低避兔使用超声作检查，必要使用时必须使用低功率的超声诊断仪。功率的超声诊断仪。22全数字超声诊断系统采用数字声束形成技术，在接收模拟人体信号的过程中，采用数字声束形成技术，在接收模拟人体信号的过程中，在探头部分实行全部数字化编码，使信号完全数字化，在探头部分实行全部数字化编码，使信号完全数字化，能提高设备的抗外界干扰能力，降低噪音、提高图像质能提高设备的抗外界干扰能力，降低噪音、提高图像质量，方便地对图像进行存储、更改、放大等操作。量，方便地对图像进行存储、更改、放大等操作。模拟模拟B B超和数字超和数字B B
16、超的最大区别就在于是否拥有超的最大区别就在于是否拥有数字声束形数字声束形成技术成技术23全数字波束形成技术数字式波束形成器数字式波束形成器: :回波信号只被简单放大后就被转换成数回波信号只被简单放大后就被转换成数字信号，然后用数字电路实现以往需要用模拟器件实现字信号，然后用数字电路实现以往需要用模拟器件实现的信号延迟、相加等处理。其优劣势为：信号延迟精度的信号延迟、相加等处理。其优劣势为：信号延迟精度高，系统的灵活性大，可靠性好；但其性能通常与高，系统的灵活性大，可靠性好；但其性能通常与A/DA/D转换的精度、回波信号处理的通道数等因素有关。转换的精度、回波信号处理的通道数等因素有关。 数字式
17、波束形成器包含有：全数字波束合成（数字式波束形成器包含有：全数字波束合成（DBFDBF）、数控）、数控动态频率扫描（动态频率扫描（DFSDFS）、实时逐点动态接收聚焦）、实时逐点动态接收聚焦（DRFDRF）、实时动态孔径成像（）、实时动态孔径成像（RDFRDF）、实时动态声束）、实时动态声束变迹（变迹（DRADRA）等）等24全数字波束合成在同一时间里，每个阵元对同一点位置都有一束回波信号在同一时间里，每个阵元对同一点位置都有一束回波信号, ,探头在接收到信号后通过简单的放大，就将每个信号全探头在接收到信号后通过简单的放大，就将每个信号全部转换成数字信号，然后将这部转换成数字信号，然后将这80
18、80路数字信号进行数字合路数字信号进行数字合成，成为一个信号。成，成为一个信号。 11632801322162DBF10bit10bit10bit15bit25数控动态频率扫描（DFS）在在B B超诊断中超诊断中, ,超声的频率越高超声的频率越高, ,其纵深方向的分辨率愈好。其纵深方向的分辨率愈好。对细小目标点就显示得细腻清晰对细小目标点就显示得细腻清晰, ,超声图象质量就高。超声图象质量就高。但由于超声在人体中传布时随着超声频率增高但由于超声在人体中传布时随着超声频率增高, ,声能的声能的衰减愈大衰减愈大, ,以致使可穿透的诊断深度就愈短。所以超声以致使可穿透的诊断深度就愈短。所以超声的分辨
19、率与穿透力是互为矛盾的。的分辨率与穿透力是互为矛盾的。宽频带探头多频率同宽频带探头多频率同时发射，接收时系统内的数字化自适应带通滤波器，根时发射，接收时系统内的数字化自适应带通滤波器，根据检查部位深浅差异，自动选择最佳的接收频率，有效据检查部位深浅差异，自动选择最佳的接收频率，有效地解决了分辨率和穿透力之间的矛盾，在同一幅图像上地解决了分辨率和穿透力之间的矛盾，在同一幅图像上实现了最佳分辨率和最高穿透力实现了最佳分辨率和最高穿透力26数控动态频率扫描（DFS）3.5MHz5.0MHzab探头同时发射出涵盖探头同时发射出涵盖3.5MHz-5.0MHz3.5MHz-5.0MHz频带频带的宽频超声波
20、，的宽频超声波，a a处处的距离较近，所以此的距离较近，所以此处的回波只接收处的回波只接收5.0MHz5.0MHz频率的，频率的，b b处处探测距离较深所以此探测距离较深所以此处的回波只接收处的回波只接收3.5MHz3.5MHz频率的，这样频率的，这样在同一幅图像上实现在同一幅图像上实现了最佳分辨率和最高了最佳分辨率和最高穿透力穿透力27实时逐点动态接收聚焦（DRF）由于探头表面呈弧，各阵元发射出由于探头表面呈弧，各阵元发射出的声束在同一点所产生的回波的声束在同一点所产生的回波到达各阵元的时间各不相同，到达各阵元的时间各不相同，为了使各阵元接收到的回波信为了使各阵元接收到的回波信号能达到一致，
21、就需要对不同号能达到一致，就需要对不同的阵元回波信号进行延时，由的阵元回波信号进行延时，由于探测深度的变化，各阵元回于探测深度的变化，各阵元回波信号的延时各不相同。通过波信号的延时各不相同。通过数字控制，使得在不同深度的数字控制，使得在不同深度的回波信号的延时随着深度的变回波信号的延时随着深度的变化进行动态改变，这样每个阵化进行动态改变，这样每个阵元在每个探测深度点的回波信元在每个探测深度点的回波信号能同时到达以实现逐点聚焦。号能同时到达以实现逐点聚焦。ab28实时动态孔径成像（RDF） 接收孔径随着回波接收孔径随着回波的深度实时动态地的深度实时动态地连续的变化，保证连续的变化，保证了远近场具
22、有均匀了远近场具有均匀一致的高分辨率一致的高分辨率, ,实时动态孔径开关实时动态孔径开关是逐步渐变的。是逐步渐变的。29实时动态声束变迹（DRA）在接收到所有回波信号后，根据探测深度的不同，实时控在接收到所有回波信号后，根据探测深度的不同，实时控制相应阵元信号的强弱变化，有效降低背景噪声制相应阵元信号的强弱变化，有效降低背景噪声, ,获得获得最高信噪比，实现高清晰度图像。最高信噪比，实现高清晰度图像。 1264537a现在需在现在需在a点成像，单点成像，单1，7等等位置的阵元离位置的阵元离a点较远发射的点较远发射的声束对声束对a点的成像意义不大，点的成像意义不大，故将其关闭，但如果将故将其关闭
23、，但如果将2，3，5，6直接关闭就会导致成像直接关闭就会导致成像呈阶梯状，因此，通过数字控呈阶梯状，因此，通过数字控制对此处各点的信号按远近不制对此处各点的信号按远近不同各乘以相应系数，以达到渐同各乘以相应系数，以达到渐变效果，这样形成的图像边界变效果，这样形成的图像边界光滑，不会呈阶梯状。光滑，不会呈阶梯状。30焦点、聚焦发射聚焦：发射聚焦：选定探测深度的某一点，以此点的延时为基准来发射声束，该点就被称为焦点。 一般要求1-4焦点发射，16种发射焦点组合。 发射焦点附近的超声图像会改善，发射焦点越多，图像分辨率越好，帧频越慢；在招投标过程中，测量侧向以及纵向分辨率时，可以采用4焦点，测量不同
24、深度位置的侧向以及纵向分辨率，可以将焦点位置移动至相应区域；在招投标过程中，测量图像帧频时，将采用单焦点，可获得最大图像帧频。 31嵌入式计算机平台优势32嵌入式计算机平台优势o 采用嵌入式计算机作为主控平台，使得超声诊断设备界面更人性化，控制更智能化，操作更简单化 o 借助于计算机的强大图像处理能力，做超声图像进行多种数字化后处理，大大提升了图像质量 o 集成了海量图文管理系统，病历信息数据库系统，诊断测量公式预设系统，产科、妇科、小器官、心脏、泌尿等科室的自动诊断软件系统，以及自动诊断报告生成系统等，实现了智能化的多功能诊断，在临床使用上使医生切实感受到超声诊断设备全数字化带来的全方面益处
25、 33嵌入式计算机平台优势o 实时在线帮助与导航提示系统使医生操作更方便，大多数情况下无需再参看说明书 o 体标根据诊断科室的选择会随着智能变换，方便医生操作；体标全屏选择；体标智能变换以及全屏选择的功能绝大多数厂商没有o 可以通过轨迹球将图像连续无级放大，更方便医生选取合适的观测区域 o 集成常用输入法：英文、拼音、五笔字型等；集成产科、妇科、小器官、心脏、泌尿等科室常用专业词库（500个词组以上），专业词库具有增加修改功能；这些功能可以大大增加医生注释、输入病历、打印报告的效率 34临床诊断系统o 诊断测量计算公式预设系统，可根据不同人种设置不同公式，测量结果更精确（有适合中国人群公式可供
26、选择）o 丰富的产科、妇科、小器官、心脏、泌尿等科室的测量软件o 多种产科测量报告、胎儿生理评分以及报告、胎儿发育曲线，妇科、小器官、心脏、泌尿等科室的自动报告生成系统，报告可直接通过普通A4喷墨激光打印机打印o 完善的图像归档、浏览、比较、存储、打印、传输功能；可存储数十万幅图像、上千组电影回放；存储图片幻灯片模式全屏浏览o 病历信息数据库系统，实现便捷的患者信息存储、检索、管理功能35接口o USB2.0接口：可连接U盘，喷墨、激光打印机，USB键盘、鼠标等各种USB设备，是最常用的扩展接口o TV视频接口：接视频设备（如视频打印机、视频录像机等），通常有PAL（国内）和NTSC两种制式o
27、 S-Video接口：应用最普遍的视频接口，接视频设备，很大程度上避免了普通视频接口视频设备内信号串扰而产生的图像失真，极大提高了图像的清晰度 o RJ-45网络接口：十兆百兆网络接口，网络连接的标准接口，由于DICOM3.0协议需要通过该接口进行网络传输，在B超中也称DICOM3.0接口，36U盘存储以及存储格式o U盘存储图像的格式一般有BMP与JPG两种，大多数厂商采用的是BMP格式；JPG格式的图像由于经过了算法压缩优化，大小比BMP格式的小得多（一般一张BMP格式的B超图片大小需要1M以上，而转换成JPG格式只有50K左右，可以便于医生用同样大小的U盘存储更多的图像）。 o U盘存储电影回放的功能 37谢谢！38
