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1、GE 超声基础知识介绍,GEHC China CS冀鲁 13910168230,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。,0Hz 20Hz 20KHz 1MHz 30MHz 400MHz,2. 声音频谱,3. 超声的特性 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。 传播速度： 超声在水中的传播速度1530米/秒( 20C ) 超声在空气中传播速度344米/秒( 20C ),5. 超声诊断的优点 安全、无辐射。适用于胎儿诊断。 设备可移动，成本低。 实时成像 通过扫描角度变化，获得更
2、佳的图像。 多普勒检测血流量信息。,4.声学技术的应用,超声原理及模式,二、超声原理,1. 基本原理： 超声基本原理与回声原理相同。2. 超声频率与波长： C / f超声波波长；C超声波声速 f 超声波频率。波长：一个波的长度。频率：单位时间内的周数（重复次数）,3. 超声波的衰减：超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的2/3方成正比。高频衰减大，低频衰减小（穿透力强）,三、超声模式（A超、B超、M超） 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。超声图像有以下几种模式：,A模式（A超）：显示界面回声的幅度（Amplitude），称为振幅调制型。A型是以脉冲波的幅度
3、来显示回声的高低，可用于测量组织界面的深度（距离）和反应界面的组织基本特性。用途：A型脉冲超声诊断仪现用于颅脑和眼科检查。特点：方便、快捷。,2. B模式(Brightness)： 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，二维的剖面图像不断地被更新，这就是实时B模式。,Body,3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B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M模式用于检测心脏及胎儿的心率。,M - Mode used to monitor the Ventricle Motion,探头种类,四
4、、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，也是接收器。它和主机构成超声设备最重要核心。,1. 结构：详见右图所示。 其中：压电陶瓷发射/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；匹配层 -减少超声传播中的多重反射. 2. 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英) 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， 发出声波。3. 工作原理： 主机通过电缆在基元上施加电信号，使基元振动，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。,物体,
5、发射,反射,凸阵探头解剖,基元,声吸收层,声匹配层,声透镜,探 头 的 种 类,电子凸阵：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。,电子线阵：用于小器官、血管及术中。,电子相控阵： 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,颅脑。,电子微凸阵： 与电子凸阵探头工作原理相同. 主要用于腔内扫查.,不同探头的成像原理,线阵,微凸阵,凸阵,线阵/凸阵 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。,不同探头的成像原理,相控阵,0,63,31,脉冲,Q,超声扫描方式,2. 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
6、并且通过延时线对波束进行聚焦。,电子扫描方式机械扫描方式 特殊方式线阵机械扇扫斜向扫描凸阵（含微型凸阵）径向扫描梯形扫描相控阵扩大扫描向量扫描,五、超声扫描方式1. 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：,3. 三维容积扫描通过探头在一定角度内往复运动（摆动）来产生若干个切面，每一个切面就是一幅二维图像。将若干切面处理后，形成三维图像。,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。,Abdominal,超声系统及原理,六、超声系统,监视器,探头,键盘,探头接口,主机,超声诊断仪工作原理图,前端,后端,超声诊断仪工作原理图,名词
7、解释,1、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。轴向（纵向）分辨率：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。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2到4倍。,分辨率,几何分辨率灰度分辨率,轴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：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。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：是指对两个相似密度的物体的 识别能力。,灰度分辨率,几何分辨率,平衡,几何分辨率高灰度分辨率差,七、名词解释,提高分辨率,孔径大小,侧向分辨率,频带
8、宽度,轴向分辨率,距离 x 波长孔径,侧向分辨率,=,轴向分辨率,=,波长的24倍,3、宽频及变频,5MHz,5MHz,传统探头,宽频带探头,频带宽度,宽频变频有效地解决探头分辨率与穿透力的矛盾,主机带宽探头带宽,远场,近场,5MHz,10MHz,宽频是指探头的工作频率范围比较宽。宽频带探头是实现变频的基础。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；若目标区域在远场，可以切换到低频率。,-3dB,帧频,如果B模式深度 = 18 cm 扫描线= 256那么B模式的总深度为18cm x 2 x 256 = 92.16 m/frame二维帧频：1520/92.16=1
9、6.39 帧/秒如果CFM模式深度 = 9 cm 取样次数 = 4 扫描线 = 100所以CFM模式的总深度为9cm x 2 x 100 x 4 = 288 m/frame帧频 = 1530 / (92.16 + 288) = 9.3帧/秒,18cm,256线,接收信号动态范围超声设备的动态范围是其同时保留最大和最小回声信号的能力。动态范围=20Log（最大回声幅值/最小回升幅值）针对不同脏器检查，适当调整动态范围，有利于接收脏器内微弱回升信号，又能使边界较强回声信号不失真，使整幅图像清晰，保证正确的诊断。,扫描变换器&显示控制器,波束形成器,中间处理器,动态范围,256灰阶,动态范围代表了中
10、间处理器某处信号与最后输出显示（现在一般为256灰阶显示）的对应关系,2,8,2,9,将不同输入输出的对应曲线标记为动态范围的数值。,input,output,42db,48db,54db,时间增益控制 (TGC),灰阶灰阶是图像中像素的亮度等级，由黑到白分为256级。灰阶级数愈高，其图像对比分辨力愈好。,增益 （Gain）通过补偿，调节整幅图像的亮度。,增益调节,帧平均 Frame Averaging,把前面的数帧图像中的数据加到当前帧.有助于将短暂而突发的回声改变消除掉.,通过增强相应结构的边界灰阶能将组织的细微差异和边界突显出来.通过加强器官和血管间的介面来改变二维图像的品质,边缘增强
11、Edge Enhance,0,2,1,5、数字化数字化的标志是数字化处理装置。前端数字化全数字化后端数字化部分数字化全数字化超声的标志：前端数字化,数字化处理 A/D,延时处理,显示,延时处理,数字化处理 A/D,模拟波束形成器的不足:信号处理中,噪声信号引入, 信号/噪声比低;信号处理能力差;通频带受到限制;相控阵支持困难,模拟超声工作原理,数字波束形成器:噪声引入少, 信号 / 噪声比值高;数字延时精度高, 控制易实现, 聚焦精度高;可以配接电子相控阵探头;集成度高,通道间一致性好;技术难度大,成本高.,数字化超声工作原理,TruScan 超声平台,最大孔径,波束形成器通道,换能器基元,多
12、路开关,0,1,2,3,62,63,64,65,66,67,126,127,0,2,1,3,62,63,6、阵元数、通道数、一发双/多收,0,63,31,接收波束（左）,接收波束（右）,发射波束,双波束形成器,接收通道数应与发射通道数相同 但在处理回波信号时可使用双波束或多 波束形成器来增加一次扫描的线数 所以处理电路会2，4增加。 即所谓一发双收，一发四收。,目的：提-高-帧-频,A/D转换器1,A/D转换器2,A/D转换器3,A/D转换器4,延时1,延时2,合成1,合成2,延时3,延时4,双波束形成器,多普勒,八、多普勒（Doppler）,多普勒技术在超声诊断中非常有价值。主要用于检测心脏
13、、血管内血液的流向，流速及流量。主要包括以下三种：- 脉冲多普勒(PW)- 高脉冲重复频率多普勒(HPRF) - 连续波多普勒 (CW)，包括：单连续波多普勒和可控连续波多普勒,1. 多普勒效应：振动源和接收体有相对运动时,所接收到的声波频率不同于振源所发射 的声波频率,其差别与相对运动的速度有关,这就是多普勒效应。多普勒 效应是奥地利科学家多普勒于1842年首先提出,多普勒处理器,根据运动物体的速度及方向，多普勒处理器在“频谱”上标上一个点。,通过观察声波与红细胞的作用，就能探测它们有存在及量化它们的速度。,当运动的物体运动速度不相同时，多普勒处理器为每一物体标上一个不同的点。,多普勒处理器
14、,在纵坐标上位置代表物体的速度。,多普勒处理器,当不同的物体以相同的速度运动时，频谱上相应的点就标志的更亮一些。,多普勒处理器,多普勒处理器,2. 多普勒效应公式：,V (cm/s): 血流速度C (cm/s): 声速(1530m/s) (度): 血流与超声波束之间的夹角f(Hz): 多普勒频移f 。(Hz): 超声频率,3. 多普勒波的含义多普勒波包括以下含义(数据)速度速度范围（宽度）血流量大小血流方向,一个心跳周期,宽的速度范围,逆流,时间,基准线,慢,快,快,迎向,背向,最高峰,收缩,舒张,舒张结束,4.彩色血流成像（彩色多普勒） 彩色血流成像（CFM）是在二维声像图上叠加彩色实时血流
15、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，红色表示迎向探头的血流方向，蓝色表示离向探头血流方向。,一个心跳周期,宽的速度范围,逆流,时间,基准线,慢,快,快,平均值,CFM,迎向,背向,色标,脉冲多普勒与连续波多普勒的区别脉冲多普勒：间断发射/接收，获取在取样点处多普勒频移信息并分析、显示。主要用于检测低速血流连续波多普勒：连续发射/接收，获取在取样区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度血流并显示。主要用于检测高速血流,探头,),(,发射,接收,能量多普勒的原理及与彩色多普勒的区别,能量多普勒基本原理： 是取其红细胞的能量总积分，配
16、以红色成为血流信息的图像显示。彩色亮度表示多普勒信号能量的大小。血流信号显示与血流方向无关,二者的区别： 彩色多普勒速度信息，能量多普勒能量信息。 显示与血流方向的关系： 彩色多普勒有关（红迎兰离），能量多普勒无关 显示与角度及混叠的关系 彩色多普勒有关， 能量多普勒无关,谐 波,谐波组织谐波显像（Tissue Harmonic Imaging） 声波在组织中非线性传播时，产生多倍于发射频率（基波）的信号二次谐波，三次谐波但声能逐渐变弱：THI采用超宽频带的探头，接收组织通过非线性传播所产生的高频信号及组织细胞的谐波信号，对多频段信号进行实时平行处理，减弱浅层胸壁和肺组织产生的回声，增强较深部心肌组织的回声，改善图像质量，提高信噪比。,常规成像：接收信号频率： fo谐波成像：接收信号频率： 2fo,第一步,第二步,第三步,第四步,组织谐波显像（Tissue Harmonic Imaging）,造影剂谐波显像 超声造影是用超声造影剂（微气泡）使散射（反射）回声增强。造影剂在血液中产生背向散射，其回声强度高，使血流显示清晰，从而达到对某些疾病进行诊断与鉴别诊断的目的。 微气泡产生振动运动，其共振频率与发射频率相同。由于微气泡运动的非线性，出现二次、三次、四次谐波，用第二次谐波的散射回声成像就是造影剂二次谐波成像。,THANK YOU .,
