1、第二章第二章 医用超声诊断仪器概论医用超声诊断仪器概论 前 言目 录医用超声诊断仪器的发展简史医用超声诊断仪器的性能指标超声诊断仪器的分类、结构、原理医用超声成像技术 超声诊断仪器的分类、结构、原理 超声诊断仪器的分类、结构、原理 A A型诊断仪型诊断仪幅度调制幅度调制1 A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制(amplitude modulation)而得名。A超是利用超声波的反射特性来获得人体组织内的有关信息，从而诊断疾病的。超声诊断仪器的分类、结构、原理 A A型诊断型诊断仪幅度调制1 A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，属一维超声，即在阴极射线管的荧光屏上，以横坐标代表被探测物体
2、的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度。t换能器换能器回波信号回波信号 超声诊断仪器的分类、结构、原理 A A型诊断型诊断仪幅度调制1 超声诊断仪器的分类、结构、原理 A A型诊断型诊断仪幅度调制1 超声诊断仪器的分类、结构、原理 A型超声诊断仪工作原理的方框图：A A型诊断型诊断仪幅度调制1 超声诊断仪器的分类、结构、原理 A型CRT信号及显示屏各轴标称：A A型诊断仪型诊断仪幅度调制1 故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，还可在一定程度上对病灶进行定性分析。A型超声诊断仪适应于医学各科的检
3、查，从人的脑部直至体内脏器。其中应用最多的是对肝、胆、脾、肾、子宫的检查。对眼科的一些疾病，尤其是对眼内异物，用A型超声诊断仪比X线透视检查更为方便准确。在妇产科方面，对于妇女妊娠的检查以及子宫肿块的检查，都比较准确和方便。超声诊断仪器的分类、结构、原理 A A型诊断仪型诊断仪幅度调制1 由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。尽管A超的重要性已经不及初始阶段，但当今B超在显示断面图像的同时，往往选波束特定指向上的回波幅度在屏幕上同时作
4、A式显示，以配合B式图像的判读。超声诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断仪型诊断仪运动调制运动调制2 M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器如心脏的探查。由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉度调制，按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时序（motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得的图像也叫作超声心动图。超声诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断型诊断仪运动调制2 对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向
5、所有界面反射回波，用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。时间深度探头皮肤 超声诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断仪型诊断仪运动调制2 M型超声诊断仪发射和接收工作原理方框图：超声诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断仪型诊断仪运动调制2 心脏博动时测定、所获得心脏内各反射界面的活动曲线图。可见，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦随之发生变化，如果脏器中某一界面是静止的，活动曲线将变为水平直线。曲线起伏的幅度反射界面运动中所通过的距离大小。曲线的斜率大小反射界面运动速度的大小。超声
6、诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断仪型诊断仪运动调制2 M型CRT信号及显示屏各轴标称：超声诊断仪器的分类、结构、原理 M M型诊断仪型诊断仪运动调制2 M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，可进行多种心功能参数测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。目前，B型显像仪已普遍有M型显像的功能。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 为了获得人体组织和脏器解剖影像，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏
7、器的断层显示，通常将这类仪器称超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(brightness modulation)而得名，其影像所显示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。Fetal profile 超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 B型超声成像仪采用辉度调制方式显示深度方向所有界面反射回波，但探头发射的超声声束在水平方向上是以快速电子扫描方法(相当于快速等间隔改变A超探头在人体上的位置)，逐次获得不同位置深度方向所有界面的反射回波，当一帧扫描完成，便可得到一幅由超声声束扫描方
8、向决定的垂直平面二维超声断层影像，称之为线形扫描断层影像。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 通过改变探头的角度(机械的或者电子的方法)，从而使超声波束指向方位快速变化，使每隔一定的小角度，被探测方向不同深度所有界面的反射回波，都以亮点的形式显示在对应的扫描线上，便可形成一幅由探头摆动方向决定的垂直扇面二维超声断影像，称之为扇形扫描断层影像。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 如果以上2种超声影像，其获取回波信息的波束扫描速度相当快，便可以满足对运动脏器的稳定取样，因而连续不断地扫描，便可以实现实时动态显示，观察运动性
9、脏器的动态情况。线扫式断层B型超声波诊断仪适用于观察腹部脏器，如对肝、胆、脾、肾、子宫的检查，扇扫断层B型超声波诊断仪适用于对心脏的检查。现代B型超声波诊断仪通常同时具备以上2种探查功能，通过配用不同的超声探头，方便地进行转换。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 B型超声诊断设备基本组成：超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 线性B型超声诊断仪系统结构：主要由主机、标准电视监视器、手车三大部分组成。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 线性B型超声诊断仪系统工作原理方框图：主要由发射/
10、接收电路、数字扫描变换器电路、CPU控制电路三大部分组成。超声诊断仪器的分类、结构、原理接收电路显示器换能器发射电路发生器同步信号 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 线性B型超声诊断仪系统工作原理方框图：主要由发射/接收电路、数字扫描变换器电路、CPU控制电路三大部分组成。超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 凸阵探头B型超声诊断仪系统工作原理方框图：超声诊断仪器的分类、结构、原理波束形成波束形成电路电路图像图像存储器存储器坐标变换坐标变换电路电路DSC部件部件探头探头显示器显示器 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 凸阵探头B型超声诊断仪模拟
11、部分原理方框图：超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 凸阵探头B型超声诊断仪数字部分原理方框图：超声诊断仪器的分类、结构、原理 B B型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制3 B型CRT信号及显示屏各轴标称：超声诊断仪器的分类、结构、原理 C C型诊断仪型诊断仪亮度调制亮度调制4 B超图像显示的是声束扫描的人体断面，C型和F型与B型扫描面相差90，成像画面是与超声束垂直的。C型图像是与声束垂直的某一等深断面。F型图像是与声束垂直的某一非等深曲面。换能器换能器C型平面型平面 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪多普勒效应多普勒效应5 1842奥地利
12、数学家和天文学家C.Doppler在观察天体运动时发现了一种物理现象，当星球朝向地球或背离地球运动时，来自星球的光色发生了变化，光波发射与接收的频率差和光源与接收器之间相对运动有关。这种物理现象称为多普勒效应。日常生活：火车鸣笛而来，音调增高；呼啸而去，音调降低。这种频率变化称多普勒频移。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液反射回波的多普勒频移信号进行检测处理，转换成声音、波形、色彩和辉度信号，从而显示出人体内部器官的运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：连续式超声多普勒(contin
13、uous wave doppler)成像诊断仪 脉冲式超声多普勒(pulsed wave doppler)成像诊断仪 实时二维彩色超声多普勒血流成像(color doppler flow image)诊断仪速度信息的提取超声回波幅度信息提取 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 连续式超声多普勒成像仪被最早应用。它是由探头中的一个换能器发射出某一频率的连续超声波信号，当声波遇到运动目标血流中的红细胞群，则反射回来的信号是变化了频率的超声波。探头内的另外一个换能器将其检测出来转成电信号后送入主机，经高频放大后与原来发射频率电信号进行混频、解调，取出差频信号根据处理和显示方式的
14、不同，可转换成声音、波形或血流图以供诊断。这种方式难以测定距离，不能确定器官组织的位置，给应用诊断造成诸多不便。连续多普勒特点：连续多普勒方法与脉冲多普勒不同之处除了系统不同外，探头也不同，它采用两组探头，一组连续发射脉冲，一组不断接收回波。所以不可能有距离选通功能。因为不存在PRF,故原理上可测速度不受限制。但由于具体线路限制，一般机器给出最大可测血流速度在7m10m/S之间。Nyquist采样频率限制，即fPRFd max12 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 脉冲式超声多普勒成像仪是以断续方式发射超声波信号，因此称为脉冲式。由门控制电路来控制发射信号的产生和选通回
15、声信号的接收与放大，借助截取回声信号的时间段选择测定距离，鉴别器官组织位置。由于发射和接收的信号为脉冲式，就可以由探头内的一个换能器来完成发射和接收的双重任务，这对于简化探头机械结构，避免收、发信号之间的不良藕合，提高影像质量都是十分有益的。随着脉冲多普勒技术、方向性探测、频谱处理和计算机编码技术的采用及发展，超声多普勒诊断仪不仅能对距离进行分辨，又能判定血流的方向和速度，以多种形式提供诊断信息，使测量水平由定性迈向定量。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 实时二维彩色超声多普勒血流成像诊断仪是80年代后期心血管超声多普勒诊断领域的最新科技成果。将脉冲多普勒技术与二维(B
16、型)实时超声成像和M型超声心动图结合起来，在直观二维断面实时影像上同时显现血流方向和相对速度，提供心血管系统在时间和空间上的信息。进而通过计算机的数字化技术和影像处理技术，使其在影像诊断仪器的构架上兼具了生理监测的功能，提供诸如血流速度、容积、流量、加速度、血管径、动脉指数等极具价值的信息，这就是俗称的“彩超”或“彩色多普勒”。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 多普勒血流测量原理：胎心、瓣膜、血管壁、血流等都是人体中运动体，当超声照射到它们时会产生多普勒效应。体外检测由体内运动体产生的多普勒频移信号可达到无创伤地检测体内运动状况的目的。当发射超声传入人体某一血液流动区，
17、被红细胞散射返回探头，回声信号的频率可增可减，朝向探头运动的血流，探头接收到的频率较发射频率增高，背离探头的血流则频率减低。这种接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差频。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 多普勒血流测量原理：多普勒频移（Fd）与发射频率（fo）、血流速度（V）、超声束与血流间夹角（）余弦成正比，与声速（C）成反比，医学超声多普勒效应的基本原理图及测速公式如下：CfVfCfVVfdd/cos*2/*2/200皮肤皮肤血管血管v0fDff 0ff VCCOSd 20V0f 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 多普勒血流测量原理：式中Fd
18、、cos均可测得，fo及C为已知，可以计算出V：（1）声束与血流方向平行时可记录到最大血流速度。（2）声束与血流方向垂直时则测不到血流信号。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 提取速度、方向信息方法：Sx()0-0正向流反向流0d0-d多普勒信号特点：窄带随机信号 0 0 d d 2cosot信号合成谱分析器放大多普勒回波信号 0d2sinot高通滤波d低通滤波 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 超声多普勒回波信号的频谱：0ff0ffP 声谱图：)(a)(b)(fStf 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 系统框图：血流测量流速剖面形成B型成像探头谱分析 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 彩色超声多普勒血流成像B mode+Doppler mode 超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 多普勒血流谱图意义：频移差值速度；频移方向方向；亮度含红细胞多少。超声诊断仪器的分类、结构、原理 D D型诊断仪型诊断仪5 多普勒图像意义：颜色方向；亮度速度。STATUS POST MITRAL VALVE REPAIR 超声诊断仪器的分类、结构、原理
