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1、超声基础知识,2,产生声波：所有振动的物体周期：物体振动一次所需时间频率：一秒中振动次数,（以赫兹为单位）频率数：=1/（周期）,时间,周期,大小,声波的基本特性,超声基础物理学,概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。声音频谱,什么是超声,超声波的物理特性,人是不均匀介质 除骨骼和空气以外，声速相差不大,组织名称,平均速度(m/s),脂肪,1450,脑,1541,肝,1549,肾,1561,脾,1566,血液,1570,肌肉,1585,软组织（平均值）,1520,颅骨,4080,水,1480,空气,330,5,反射:和物体碰撞后垂直返回的现象,组织 1 阻抗 Z1,组织 2 阻抗
2、Z2,发射束,两个脏器之间声阻抗差异越大反射的量越多,骨骼密度高故无法透过超声波,6,折射:直线曲折现象,组织 2,组织 1,折射束,反射束,入射束,超声波入射不垂直于界面，一部分反射，另一部分则穿过界 面而弯曲的现象叫折射,因折射，脏器或肿瘤等部位的位置在水平方向易产生伪像,7,散射:与小反射体碰撞后向散发的现象,散射：是人体内最主要的回声来源,散射振幅：其差异显示成图像的亮度差异，对发现异常征象起重要作用,强回声：指比周围组织散射量多的部位低回声：指比周围组织散射量少的部位,8,衰减:根据时间的长短（深度深浅）强度变小的现象,深度(时间),衰减：是由于反射散射和吸收造成的频率越高超声波能量
3、衰减越多,超声设备的构成,探头（换能器）：发射和接收超声波 电/声转换主机：声束形成 信号处理 图像处理 存储和传输显示器外围设备 打印机、录相机等,超声系统成像步骤,11,压电效应,加压产生电，加电产生变形的性质,二探头,12,分辨力,纵向分辨力(轴向分辨力),辨别垂直方向上两个物体的能力,13,横向分辨力,辨别水平方向上两个物体的能力,14,厚度分辨力对比度分辨力,回声组织断面的厚度与横向分辨率相似，但与横向垂直的方向，由声束的厚度所决定,能在画面中以不同灰阶显示回声的最小变化量灰阶越高分辨率越好,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。,
4、结构：压电陶瓷发射/接收超声波声透镜轴向聚焦背衬材料（阻尼块）吸收声能工作原理：通过在基元上施加电信号，使基元振动，发出超声波，超声波经反射作用在基元上，使基元两端产生电信号，通过电缆传送至主机处理、显示。,探头构造及工作原理,16,阵列式换能器的基本换能单元称为阵元。阵元在电气上有独立的引线，能直接激励而发射超声信号，也能接收回波而输出电信号。振子是由压电材料经高温烧结、电极化处理、打磨、加上电极等一系列加工后形成的压电元件。为了提高各个阵元的性能，常把一个阵元再切割为几个微元（振子）。,探头构造及工作原理,探头构造及工作原理,压电晶片厚度与超声波频率成反比 厚度为1mm晶片的自然频率约为1
5、.89MHz 厚度为0.7mm晶片的自然频率约为2.5 MHz。压电晶片的两面镀有银层，作导电极板,超声探头种类,凸阵（腹部、妇产科）线阵（血管、小器官）相控阵扇扫（心脏）腔内探头（妇产、泌尿）,容积探头（三维成像）术中探头（手术中使用）经食管探头(TEE)腹腔镜探头（百胜独有）,超声探头种类,20,图 A使用最右侧的阵元组，图 B中为了获得后面的扫描线数锯，把阵元组往左移动后使用,）线阵,过程：从探头一侧到另一侧依次发射和接受超声波束形成图像 探头阵元组内各阵元接受的回波传递到波束形成器内进行时间延 迟及聚焦放大等处理后获得单个扫描线的扫查数据,超声探头扫描方式,21,）凸阵探头,超声探头扫
6、描方式,阵元曲线排列扇形图像可获得更宽视野图像,22,）相控阵探头,简单工作原理：相控阵探头全部阵元都用适当调节延迟时间方式则可调节超声波束的方向,与线阵凸阵区别：是全部阵元同时发生超声波，全部阵元同时启动，通过适当的时间延迟数字化旋转超声波束方向获得扇形图像,超声探头扫描方式,不同扫查模式形成的声像图,24,3D 探头,三维凸阵腹部探头,立体扫描是通过2D扫描加上机械旋转构成 拥有二维探头的所有功能 可进行静态、动态三维扫查,超声探头扫描方式,探头变频技术,25,在发射时有一很宽的频带范围，如2MHZ-10MHZ，接收时分三种选择方式：选频接收：在接收回声中选择一特定的中心频率，保证能到达所
7、要求的诊断 深度，尽可能选择较 高频率的回声，以获 得最佳的图像质量。,三维成像,频率与分辨率和穿透力,一般成像的频率范围：心脏：成人 2 4 MHz 儿科：3 8 MHz 新生儿：4 10 MHz腹部：成人 2 4 MHz 儿科：4 8 MHz 新生儿：4 10 MHz外周血管：5 10 MHz小器官：7 12 MHz腔内：4 9 MHz经食管：成人 3 7 MHz 儿科：4 8 MHz,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）,超声成像模式,成像模式：A型（Amplitude modulation）M 型（Time-motion
8、 mode）B 型（Brightness modulation）彩色多普勒（Color Doppler）能量多普勒（Power Doppler）频谱多普勒（Spectral Doppler）,29,）A-模：把人体各界面的回声信号以波幅的形式显示,）B-模：采用辉度调制方式来显示组织回波信号强弱的方式,超声成像模式,最早的工作方式：A型,A模式：是一种振幅的模式。它在显示器上形成垂直偏转的波形图。,最早的工作方式：A型,工作方式：M型,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。,皮肤,探头,时间轴,
9、深度,工作方式：M型,工作方式：B型,Line 1Line 2Line 3Line 4Line 5Line 6Line 7Line 8,B模式：是一种辉度的模式。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。,换能器,监视器,Line 1 2 3 4 5 6 7 8,工作方式：B型,二维灰阶成像,37,什么是多普勒效应,在日常生活中我们经常会有多普勒效应的经历，但我们不会注意它。举例,当一辆救护车从旁开近时,我们听到比靠近我们时的实际音调更高音调的警笛声；而当救护车从我们身旁开过后，声音音调又突然变低。这种现象就
10、称作多普勒效应。,这种音调的变化由声源（救护车）和观察者（您）的相对移动产生。,声音快,声音慢,正频移,负频移,多普勒效应（Doppler）,超声在探测移动的目标时，其回声的频率会发生变化 利用多普勒效应可检测物体有无运动，及运动的方向和速度（红细胞是主要反射体)比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动,彩色血流成像（CFM）是在二维声像图上叠加彩色实时血流显像 每一个彩色的点表示小区域内血液流量的平均值，不同的颜色代表不同的速度 通常红色表示朝向探头的血流方向，蓝色表示背离探头血流方向,平均值,CFM,彩色多普勒成像,慢,快,快,迎向,背向,色标,彩色多普勒速度图（CDV）Color
11、 Doppler Velocity通过信号的自相关运算获得速度、加速度、方差等信息 彩色编码血流的方向朝向探头的为红色背离探头的为蓝色受角度影响、受其他运动影 响、易混迭、,彩色多普勒成像速度图,彩色多普勒能量图（CDE）Color Doppler Energy利用散射回来的多普勒信号中的振幅（能量）彩色多普勒能量图显示的不是速度参数，而是与血液散射量相关的能量信号。,彩色多普勒能量图,彩色多普勒能量图,有速度 有方向 敏感度低 易混迭、伪像 角度依赖性,无速度 无方向 敏感度高 无混迭 角度非依赖性,彩色多普勒速度图,0.41 cm/s,0.41 cm/s,0.41 MHz,彩色多普勒能量图
12、,速度图与能量图的区别,可同时提取多普勒信号中能量和平均速度的信息，既可以获得血流的方向又可以捕获到低速的血流信息。,方向性能量多普勒成像,多普勒血流流速测量,皮肤,血管,fd=多普勒频移 F0=探头发射的多普勒频率 V=血流的速度 C=声波的速度（1540 米/秒）=声束和血流方向之间的夹角,彩色多普勒成像可定性的观测血流走行、速度快慢以及方向等信息,但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数,频谱多普勒,多普勒波包括以下数据: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,多普勒频谱的含义,脉冲波多
13、普勒和连续多普勒,连续波多普勒(CW)Continuous Wave 发射与接收是各自分开的两个晶片沿着整个声束的长度监听返回的信号，无距离分辨测高血流速度不会有混叠现象，最大量程约 15 20 m/s,皮肤,血管,皮肤,血管,单晶片,双晶片,脉冲波多普勒（PW）Pulse Wav发射和接收是同一个晶片卓越的距离分辨率(Range Resolution)流速测量上限值受奈奎斯特频率限制脉冲重复频率（PRF）决定流速的测量范围，极限约 5 7m/s,脉冲波与连续波,PW,CW,50,在医学上有几种形式的血流描绘。多普勒图像:彩色多普勒,能量多普勒,脉冲多普勒和连续多普勒。,彩色,频谱,彩色多普勒
14、,能量多普勒,脉冲多普勒,连续多普勒,多普勒效应,总结,51,黑白超和彩超的区别,1、区别的特征是有无彩色多谱勒血流成像技术（CDFI）。2、临床诊断疾病范围明显增加，部分可确诊。3、协助良恶性肿瘤鉴别，血管疾病诊断，心脏疾病诊断。,52,彩超比黑白超的优势,二维图像分辨率提高功能增加：彩色多谱勒、能量多谱勒 频谱多谱勒（PW/CW）、组织多谱勒、谐波成像 临床诊断范围增加 医院经济和社会效益明显增加,彩超新技术的发展趋势,53,基于标准PC平台技术的电脑化彩超，是今后超声技术发展的趋势，其技术特点是成本低、升级容易，软硬件环境好，能够具备大容量信息存储及很多标准接口（DICOM3.0和USB
15、）。PC技术在彩超上的应用使图像处理、档案管理及远程传输都能方便地实现。新的探头技术，面阵探头和距阵探头技术使三维成像更容易和快速。超宽频带探头技术的应用大幅度改善了成像质量。,54,三维、四维成像技术日趋成熟超声造影技术是目前超声最热门的技术，造影剂的应用大大提高了超声诊断率。新的声学成像方法，如弹性成像技术。彩超的微型化，随着微电子技术发展和临床需求出现更方便的超声，“超声听诊器”。,彩超新技术的发展趋势,名词解释分辨率,分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分,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
16、焦情况（探头的晶片数量及种类有关）,名词解释空间分辨率,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 轴向分辨率由波束的波长及脉冲宽窄所决定 一般来说，轴向分辨率为波长的2到4倍,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识别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别描述256灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨,名词解释对比分辨率,只改变灰度级：8、16、32、64、128、256,对比分辨率人眼的视觉特性,时间分辨率：捕获相邻两个时相运动变化的能力在超声设备上表现为帧频的高低帧频：帧频是指单位时间内获得图像的帧数高帧频可以捕捉细微的运动变化信
17、息高帧频对高速运动的脏器扫查非常重要,物体移动轨迹,低帧频捕捉,高帧频捕捉,名词解释时间分辨率,名词解释聚焦,透镜,焦点,聚焦 发散,对感兴趣的区域进行聚焦使图象分辨率更高图象更清晰,超声系统常用的聚焦方式：发射聚焦 接收聚焦,声透镜聚焦,换能器,声透镜,超声束,62,动态孔径,浅表部位使用较少阵元较深部位使用相当于通道数的阵元,目的：增加横向分辨能力,背景：高频超声提高图像分辨率，但降低穿透力 低频超声降低图像分辨率，但提高穿透力,解决方案：增加发射频率的宽度宽频是指探头的工作频率范围比较宽,名词解释宽频成像,宽频成像,融频成像（全频成像、融合成像）动态接收：近场接收高频，远场接收低频，组合
18、成一幅图像。变频成像 选频接收：选择某一频率发射、并进行接收，形成图像。,宽频成像变频成像,宽频带探头是变频的基础多个中心频率，可视可调操作者可根据不同病人、不同部位、不同深度的需要，灵活选择二维、彩色多普勒、频谱多普勒独立变频对彩色多普勒、频谱多普勒的调节不影响二维图像质量,宽频变频有效地解决探头分辨率与穿透力的矛盾,名词解释动态范围,动态范围：指对强弱信号接收、处理的范围,随着超声穿透组织，信号逐渐衰减。时间增益补偿（TGC）可以对特定深度的信号进行放大。,名词解释时间增益补偿,随着超声穿透组织，信号逐渐衰减。时间增益补偿（TGC）可以对特定深度的信号进行放大。,名词解释时间增益补偿,空间
19、复合成像技术,空间复合成像技术从不同的角度发射及接收复合信息来创建图像分为接收复合及发射复合消除斑点噪声，空间伪像，提高界面显示边界模糊，降低成像帧频，消除诊断标志伪像,空间复合成像消除噪声,每帧图像的目标信号相同每帧图像的噪声信号不同（随机）通过几帧图像的叠加，消除斑纹噪声,第一帧 第二帧 第三帧 复合后,复合成像,来源于不同方向信号的综合,空间复合成像,提高边界显示，消除空间伪像。,所谓曲别针试验,组织谐波成像基本原理,基频成像,谐波成像,发射频率2MHz,内部器官 或组织,接收频率 2MHz,接收频率4MHz,发射频率2MHz,内部器官 或组织,X 看作噪音信号,忽略接收信号的基频信号,
20、优点：消除近场伪像和噪声干扰 提高穿透力、提高对比分辨率 临床上对成像困难的病人，可明显改善二维图像质量，增强心内膜、肿块等边界显示,组织谐波成像,基波成像,自然组织谐波成像,宽景成像,梯形成像,弹性成像,组织中大部分的病理学变化与硬度有关.触诊法是检查人体内部异常组织的最好的方法.超声检查乳腺肿瘤或前列腺肿瘤时由于回声差异不大,很难区别.,弹 性 扫 查,乳腺癌,乳腺纤维瘤,甲状腺乳头状癌,甲状腺增生结节,弹性成像,超声造影,超声造影剂：造影剂微气泡 气体：较高分子重量，较低溶解性和弥散性的碳氟气体 脂质，表面活性剂，蛋白外壳 2-6 微米 静脉注射 通过肺循环时稳定,超声造影,超声造影原理
21、：用超声造影剂使散射（反射）回声增强，因为血红细胞的散射回声极低。,多维成像,概念：通过采集容积信息，经系统处理而得到扫 描组织的立体成像。,三维显像包括：探头自由扫描，软件重建三维图像；什么实时三维成像？什么是4D?4D是实时三维吗？实时4D，非实时4D。,三维成像,空间复合成像技术,空间复合成像技术从不同的角度发射及接收复合信息来创建图像分为接收复合及发射复合消除斑点噪声，空间伪像，提高界面显示边界模糊，降低成像帧频，消除诊断标志伪像,空间复合成像消除噪声,每帧图像的目标信号相同每帧图像的噪声信号不同（随机）通过几帧图像的叠加，消除斑纹噪声,第一帧 第二帧 第三帧 复合后,复合成像,来源于
22、不同方向信号的综合,空间复合成像,提高边界显示，消除空间伪像。,所谓曲别针试验,组织谐波成像基本原理,基频成像,谐波成像,发射频率2MHz,内部器官 或组织,接收频率 2MHz,接收频率4MHz,发射频率2MHz,内部器官 或组织,X 看作噪音信号,忽略接收信号的基频信号,优点：消除近场伪像和噪声干扰 提高穿透力、提高对比分辨率 临床上对成像困难的病人，可明显改善二维图像质量，增强心内膜、肿块等边界显示,组织谐波成像,基波成像,自然组织谐波成像,扩展空间复合成像,利用探头移动来实现不用角度扫描,宽景成像,梯形成像,弹性成像,组织中大部分的病理学变化与硬度有关.触诊法是检查人体内部异常组织的最好
23、的方法.超声检查乳腺肿瘤或前列腺肿瘤时由于回声差异不大,很难区别.,弹 性 扫 查,乳腺癌,乳腺纤维瘤,甲状腺乳头状癌,甲状腺增生结节,弹性成像,超声造影,超声造影剂：造影剂微气泡 气体：较高分子重量，较低溶解性和弥散性的碳氟气体 脂质，表面活性剂，蛋白外壳 2-6 微米 静脉注射 通过肺循环时稳定,超声造影,超声造影原理：用超声造影剂使散射（反射）回声增强，因为血红细胞的散射回声极低。,多维成像,概念：通过采集容积信息，经系统处理而得到扫 描组织的立体成像。,三维显像包括：探头自由扫描，软件重建三维图像；什么实时三维成像？什么是4D?4D是实时三维吗？实时4D，非实时4D。,三维成像,感谢大家的聆听谢谢！,
