医学超声成像的基本原理.ppt

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1、 超声成像方法有多种，反射、透射、多普勒法等。超声成像方法有多种，反射、透射、多普勒法等。目前多用反射法，即脉冲回波法。目前多用反射法，即脉冲回波法。一、脉冲回波法原理一、脉冲回波法原理1.1.定义定义 发射发射超声脉冲波，超声脉冲波，接收接收目标反射回波，目标反射回波，确定确定目标的方位、距离和性质。目标的方位、距离和性质。2.2.人体组织的适用性人体组织的适用性 人体组织、脏器人体组织、脏器Z Z不同，界面会反射声波。不同，界面会反射声波。人体软组织人体软组织Z Z接近，界面透射大，可穿透较深组织；而较弱接近，界面透射大，可穿透较深组织；而较弱 的反射波的反射波,对检测已足够。对检测已足够

2、。人体软组织人体软组织c c接近，可由时间算得界面深度。接近，可由时间算得界面深度。3 3脉冲回波法脉冲回波法A A型显示型显示 （a a）超声脉冲发射，）超声脉冲发射，显示发射波形；显示发射波形；（b b）超声匀速传播，）超声匀速传播，显示水平扫线；显示水平扫线；（c c）超声到达界面。）超声到达界面。（d d）界面反射、透射；）界面反射、透射；（e e）脉冲回到探头，）脉冲回到探头，显示接收波形；显示接收波形；（f f）波形间隔距离，）波形间隔距离，正比界面深度。正比界面深度。4.4.脉冲回波测距关系式脉冲回波测距关系式有多重介质界面时有多重介质界面时,若声速接近，且若声速接近，且c,c,

3、则则 S Sct/2ct/2式中：式中：S S界面深度界面深度t t界面回波时间界面回波时间即：可由界面回波时间，求得界面深度。即：可由界面回波时间，求得界面深度。人体软组织取人体软组织取 c=1540m/sc=1540m/s。5.5.各种利用形式各种利用形式 换能器固定换能器固定 显示光点幅度调制显示光点幅度调制 换能器扫查换能器扫查 显示光点亮度调制显示光点亮度调制ABM一、分辨力一、分辨力 指成像系统分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开指成像系统分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。来的最短距离。1.1.横向分辨力（也称侧向分辨力）横向分辨力（也称侧向分辨力）（1 1）定义：

4、垂直于声束轴方向的分辨力。）定义：垂直于声束轴方向的分辨力。（2 2）相关因素）相关因素：超声波束直径，显示器光点尺寸。超声波束直径，显示器光点尺寸。设有两个目标设有两个目标(如图如图):):（a a）波束直径很细，容易区分。）波束直径很细，容易区分。（b b）波束直径加大，刚好区分，）波束直径加大，刚好区分，此时目标间距离就是系统此时目标间距离就是系统 的分辨力。的分辨力。（c c）波束直径更大，无法区分，）波束直径更大，无法区分，系统只能把它们当作一个系统只能把它们当作一个 目标，只显示一点。目标，只显示一点。2.2.纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离分辨力）纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离

5、分辨力）（1 1）定义：在声束轴方向上对相邻两回声点的分辨力。）定义：在声束轴方向上对相邻两回声点的分辨力。（2 2）相关因素：）相关因素：超声频率。理论极限是声波的半波长。超声频率。理论极限是声波的半波长。主要取决于脉冲有效持续时间主要取决于脉冲有效持续时间。脉冲越窄，越好。脉冲越窄，越好。（3 3）脉冲有效持续时间相关因素：）脉冲有效持续时间相关因素：发射电脉冲宽度发射电脉冲宽度 换能器阻尼换能器阻尼 仪器的增益仪器的增益 发射超声强弱发射超声强弱 因通带有限因通带有限,故脉冲前后沿不陡故脉冲前后沿不陡,目标反射强弱目标反射强弱 信号大小不同信号大小不同,即脉冲宽度不同。即脉冲宽度不同。目

6、标距离目标距离 一般说来，纵向分辨力总是优于横向分辨力一般说来，纵向分辨力总是优于横向分辨力二、作用距离（探测深度）二、作用距离（探测深度）1 1定义定义超声诊断仪图像能显示的被测介质最大深度。超声诊断仪图像能显示的被测介质最大深度。2 2相关因素相关因素（1 1）工作频率）工作频率 工作频率工作频率作用距离作用距离，但受分辨力限制。，但受分辨力限制。I=I I=I0 0e e-2X-2X,=f,f,=f,f衰减趋缓衰减趋缓。（2 2）接收灵敏度）接收灵敏度 接收灵敏度接收灵敏度作用距离作用距离，但受噪声限制。，但受噪声限制。（3 3）发射功率）发射功率 发射功率发射功率作用距离作用距离，但受

7、安全性限制。，但受安全性限制。3 3临床要求临床要求 腹部：腹部：20cm20cm，眼部：眼部：10cm10cm三、工作频率三、工作频率(f)f)1 1定义定义 辐射出去的超声波中心频率。辐射出去的超声波中心频率。2 2与其它参数的关系与其它参数的关系 横向、纵向分辨力横向、纵向分辨力 f f 探测深度探测深度 例如：例如：眼科：深度小，结构细，可用高眼科：深度小，结构细，可用高f f。如。如:f=10 MHzf=10 MHz。腹部：深度大，脏器大，可用低腹部：深度大，脏器大，可用低f f。如：如：f=3.5 MHzf=3.5 MHz。许多超声仪配备多个不同频率的探头，可供选用。许多超声仪配备

8、多个不同频率的探头，可供选用。矛盾，矛盾，酌情选取酌情选取四、帧频四、帧频(F)F)1 1定义定义：成像系统每秒钟成像的帧数。：成像系统每秒钟成像的帧数。2 2相关因素（直接成像法）相关因素（直接成像法）如图，如图，P探测深度，探测深度，c声速，声速，N扫查线数扫查线数,Fs扫查帧频扫查帧频 直接成像时：直接成像时：FFs 一条扫线需时间（超声一条扫线需时间（超声P P内来回）：内来回）：Tl2P/c 帧周期帧周期N N条扫线所需时间：条扫线所需时间：TNTl2NP/c FFs1/Tc/2NP 或者：或者：PNFc/2 可见：可见：P、N、F三者之积是常数，若要提高一个，三者之积是常数，若要提

9、高一个，必须以减小其它两个为代价。必须以减小其它两个为代价。cPN线阵线阵Fs 另一形式（只适用于线阵）：另一形式（只适用于线阵）：如图：如图：L-L-线阵长度线阵长度，A A扫查面积扫查面积d dL L-扫查线密度扫查线密度 A=PL,dA=PL,dL L=N/L=N/L F FA Ad dL L=F=FP PL LN/L=FPN=c/2N/L=FPN=c/2即：即：F F，A A，d dL L 三者乘积是一常数。三者乘积是一常数。LcPN,d dL L 线阵线阵F Fs sA3 3帧频与像质的关系帧频与像质的关系4 4.数值分析数值分析因人体软组织中声速因人体软组织中声速 c=1540 m

10、/sc=1540 m/s如果：如果：P=10cm,F=30Hz,P=10cm,F=30Hz,则则 N=c/2FP=256.6N=c/2FP=256.6线线或者：或者：N=500N=500线线,P=20cm,P=20cm,则则 F=c/2NP=7.7HzF=c/2NP=7.7Hz可见：难于同时取得满意的数值。可见：难于同时取得满意的数值。F(Hz)F(Hz)10102424动感动感静态静态准实时准实时实时实时亮度亮度闪烁闪烁闪烁闪烁不闪烁不闪烁 扫描线数越多，图像连续性越好，更为清晰；帧频扫描线数越多，图像连续性越好，更为清晰；帧频越高，图像越稳定。越高，图像越稳定。对于较高横向分辨力的超声成像

11、系统，应该有较高对于较高横向分辨力的超声成像系统，应该有较高线密度来显示它的图像，而较低的线密度只能满足低横线密度来显示它的图像，而较低的线密度只能满足低横向分辨力的需要。向分辨力的需要。五、脉冲重复频率（五、脉冲重复频率（F Fc c）1 1定义定义每秒钟重复发射超声脉冲的次数。每秒钟重复发射超声脉冲的次数。2.2.与其它参数的关系与其它参数的关系 最大探测距离最大探测距离D Dmax max，和探测深度和探测深度P P D DmaxmaxcT/2cT/2c/2Fc/2Fc c 式中：式中：T=1/FT=1/Fc c脉冲发射周期，即两次发射间脉冲发射周期，即两次发射间 的时间间隔的时间间隔

12、而：而：P PD Dmaxmax 故：故：F Fc cDDmaxmaxPP 帧频帧频F F，或线密度或线密度d dL L F Fc c=FN=FN，F Fc c F,F,或或d dL L 通常取：通常取：F Fc c2 24KHz4KHz。矛盾，矛盾，酌情选取酌情选取 最大探测距离最大探测距离D Dmaxmax并不等于仪器的作用距离并不等于仪器的作用距离P P，作，作用距离受发射功率、接收机灵敏度等因素的影响，而用距离受发射功率、接收机灵敏度等因素的影响，而最大探测距离只是设计中允许设定探测距离的最大值。最大探测距离只是设计中允许设定探测距离的最大值。脉冲重复频率不可取得太高，否则将限制仪器的

13、脉冲重复频率不可取得太高，否则将限制仪器的最大探测距离，但也不可取太低，否则将影响图像的最大探测距离，但也不可取太低，否则将影响图像的帧频或线密度。帧频或线密度。通常取通常取F Fc c2 24KHz4KHz。一、一、A A式显示式显示1.1.定义定义 A A式显示即：式显示即：A Amplitude modulation displaymplitude modulation display 幅度调制显示幅度调制显示 幅度调制：显示波幅度幅度调制：显示波幅度 界面回波强度。界面回波强度。2.2.CRTCRT信号及显示屏各轴的意义信号及显示屏各轴的意义3.3.适用部位适用部位 肝、胆、脾、眼、肾

14、、子宫、脑中隔等。肝、胆、脾、眼、肾、子宫、脑中隔等。A式显示式显示水平（水平（X X）垂直（垂直（Y Y）亮度（亮度（Z Z）CRTCRT各控制轴信号各控制轴信号深度扫描信号深度扫描信号回波脉冲信号回波脉冲信号正程增辉信号正程增辉信号显示屏显示屏各各轴轴意义意义探测深度探测深度回波脉冲幅度回波脉冲幅度无无X XY YZ Z显示屏各轴标称显示屏各轴标称Z ZX XY YCRTCRT各控制轴标各控制轴标称称双相双相A A型诊断法示意图型诊断法示意图 二、二、M M式显示式显示1.定义定义M M式显示即：式显示即：Time-Time-M Motion otion 或或 M Motion mode

15、displayotion mode display运动时间（模式）显示运动时间（模式）显示。即：运动界面的深度位置，按时间顺序显示。即：运动界面的深度位置，按时间顺序显示。小球小球上下上下浮动浮动液面液面杯底杯底小球小球t1 t2t32.CRT信号及显示屏各轴的意义信号及显示屏各轴的意义3.适用部位适用部位心脏、胎心、动脉血管等运动脏器。心脏、胎心、动脉血管等运动脏器。可用于测量心脏瓣膜的运动速度、加速度等。可用于测量心脏瓣膜的运动速度、加速度等。由于主要探查心血管系统的心源性搏动，故也称由于主要探查心血管系统的心源性搏动，故也称超声心动图超声心动图。M式显示式显示水平（水平（X X）垂直（垂

16、直（Y Y）亮度（亮度（Z Z）CRTCRT各控制轴信号各控制轴信号时间扫描信号时间扫描信号深度扫描信号深度扫描信号回波脉冲信号回波脉冲信号显示屏显示屏各各轴轴意义意义探测时间探测时间探测深度探测深度回波脉冲幅度回波脉冲幅度三、三、B B式显示式显示1定义定义B B式显示即：式显示即：B Brightness modulation displayrightness modulation display 辉辉(亮亮)度调制显示。度调制显示。辉辉(亮亮)度调制：显示点辉度调制：显示点辉(亮亮)度度 界面回波强度。界面回波强度。2.特点特点声束位置不断变化声束位置不断变化扫查，显示光迹同步扫描，扫查，显示光迹同步扫描，由辉由辉(亮亮)度调制，得到回波强度断面象。度调制，得到回波强度断面象。3.CRT信号及显示屏各轴的意义信号及显示屏各轴的意义4.适用部位适用部位眼球、甲状腺、纵隔、心脏、乳房、肝脏、胆囊、眼球、甲状腺、纵隔、心脏、乳房、肝脏、胆囊、胰腺、脾脏、肾脏、旁胱、精囊、睾丸、前列腺、胰腺、脾脏、肾脏、旁胱、精囊、睾丸、前列腺、卵巢、子宫、胎儿卵巢、子宫、胎儿B式显示式显示水平（水平（