1、为什么要学习基超声原理为什么要学习基超声原理 p 基础原理是否重要？基础原理是否重要？ 帮助你更好的了解超声，知己知彼；帮助你更好的了解超声，知己知彼； 超声设备技术复杂，发展迅速；超声设备技术复杂，发展迅速； 使你更专业、增加信任度；使你更专业、增加信任度； 国际超声发展史国际超声发展史 1880年，法国人发现压电效应；年，法国人发现压电效应； 1917年，法国人应用压电原理进行超声探测，年，法国人应用压电原理进行超声探测，1921年发展成年发展成 声纳。声纳。 1942年，奥地利人使用年，奥地利人使用A型超声装置，用穿透法探测颅脑型超声装置，用穿透法探测颅脑. 1952年，美国人开始研究超

2、声显像法，并于年，美国人开始研究超声显像法，并于1954年将年将B超应超应 用于临床。用于临床。 1954年，瑞典人用年，瑞典人用M型检查心脏。型检查心脏。 1956年，日本人首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利年，日本人首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利 用连续波多普勒法判断心脏瓣膜病。用连续波多普勒法判断心脏瓣膜病。 1959年，研制出脉冲多普勒超声。年，研制出脉冲多普勒超声。 1983年，日本年，日本Aloka公司首先研制成功彩色血流图公司首先研制成功彩色血流图 1990年，奥地利年，奥地利Kretz公司制成公司制成3D扫描器，并使之商品化。扫描器，并使之商品化。 1. 1. 概念

3、：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。 潜艇潜艇 海洋海洋 0Hz 20Hz 20KHz1MHz 30MHz 400MHz 次声波次声波 可听见声音可听见声音超超声声 次声武器次声武器 耳朵耳朵无损探伤无损探伤 图像诊断图像诊断 声学显微镜声学显微镜 2. 声音频谱声音频谱 超声基本原理超声基本原理 超声基本原理超声基本原理 超声波是机械波，必须在介质中传播超声波是机械波，必须在介质中传播 在不同密度的介质分界面上，声波将发生反射、折在不同密度的介质分界面上，声波将发生反射、折 射、干涉、衍射、散射等现象射、干涉、衍射、散射等现象 随着

4、超声的传播，超声信号强度不断衰减随着超声的传播，超声信号强度不断衰减 超声在密度越高的介质中传播越快，在空气中迅速超声在密度越高的介质中传播越快，在空气中迅速 衰减衰减 空气空气 液体液体固体固体 超声基本原理超声基本原理 超声频率与波长：超声频率与波长： C / f 超声波波长超声波波长 C 超声波声速超声波声速 f 超声波频率超声波频率 波长：一个波的长度波长：一个波的长度 频率：单位时间内的频率：单位时间内的 周数（重复次数）周数（重复次数） 超声基本原理超声基本原理 人是不均匀介质人是不均匀介质 除骨骼和空气以外，声速相差不大除骨骼和空气以外，声速相差不大 组织名称组织名称平均速度平均

5、速度(m/s) 脂肪脂肪1450 脑脑1541 肝肝1549 肾肾1561 脾脾1566 血液血液1570 肌肉肌肉1585 软组织（平均值）软组织（平均值）1520 颅骨颅骨4080 水水1480 空气空气330 超声设备工作基本原理超声设备工作基本原理 探探 头头 显示显示 超声设备的构成超声设备的构成 探头（换能器）：探头（换能器）： 发射和接收超声波发射和接收超声波 电电/声转换声转换 主机：主机： 声束形成声束形成 信号处理信号处理 图像处理图像处理 存储和传输存储和传输 显示器显示器 外围设备外围设备 打印机、录相机等打印机、录相机等 超声设备关注点超声设备关注点 探头（换能器）探

6、头（换能器） 种类、用途种类、用途 参数：频率、振元数等参数：频率、振元数等 其他：材料、新技术等其他：材料、新技术等 主机主机 功能功能 外形、超作面板、探头接口等外形、超作面板、探头接口等 显示器显示器 种类、大小、调节等种类、大小、调节等 外围设备外围设备 传统超声成像的步骤传统超声成像的步骤 单轴声束的声照射入人体单轴声束的声照射入人体 声束的扫查声束的扫查 人体组织对入射超声的反应回声人体组织对入射超声的反应回声 回声的放大与前处理回声的放大与前处理 数字扫描转换器（数字扫描转换器（DSC） 显示和记录显示和记录 超声系统成像步骤超声系统成像步骤 延时线路延时线路 脉冲发射脉冲发射/

7、接收接收 处理处理 滤波器、对数放大滤波器、对数放大 器、时间增益控制器、时间增益控制 D S C 数字扫描转换器数字扫描转换器 监视器监视器 记录设备记录设备 录像机录像机 打印机打印机 彩色打印机彩色打印机 图象档案管理图象档案管理 存储存储 硬盘、磁光盘硬盘、磁光盘 主机主机 探头探头 超声探头种类超声探头种类 线阵（血管、小器官）线阵（血管、小器官） 凸阵（腹部、妇产科）凸阵（腹部、妇产科） 相控阵扇扫（心脏）相控阵扇扫（心脏） 经食管探头经食管探头(TEE) 腔内探头（妇产、泌尿）腔内探头（妇产、泌尿） 容积探头（三维成像）容积探头（三维成像） 导管超声（心脏）导管超声（心脏） 概述

8、：超声设备在医学临床上有多种扫描方式。概述：超声设备在医学临床上有多种扫描方式。 凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于凸阵：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。基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点：特点： 近、远场视野宽近、远场视野宽 线阵：用于小器官、血管及术中。线阵：用于小器官、血管及术中。 特点：特点： 孔径大孔径大 近场视野宽近场视野宽 旁瓣影响小旁瓣影响小 电子扫描方式电子扫描方式 探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进行聚焦。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。 电子扫描方式电子扫描方式机械扫描方式

9、机械扫描方式 特殊方式特殊方式 线阵线阵机械扇扫机械扇扫斜向扫描斜向扫描 凸阵（含微型凸阵）凸阵（含微型凸阵）径向扫描径向扫描梯形扫描梯形扫描 相控阵相控阵扩大扫描扩大扫描 向量扫描向量扫描 超声探头扫描方式超声探头扫描方式 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生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偏转超声波束的不同角度偏转 主要用于心脏扫查主要用于心脏扫查 延时线扫描延时线扫描 超声波束超声波束相控阵探头相控阵探头 过延时线聚焦过延时线聚焦 相控阵扫描相控阵扫描 不同扫查模式形成的声像图不同扫查模式形成的声像图 线扫线扫扇扫扇扫弧扫弧扫 频率与分辨率和穿透力频率与分

10、辨率和穿透力 一般成像的频率范围：一般成像的频率范围： 心脏：成人心脏：成人 2 4 MHz 儿科：儿科：3 8 MHz 新生儿：新生儿：4 10 MHz 腹部：成人腹部：成人 2 4 MHz 儿科：儿科：4 8 MHz 新生儿：新生儿：4 10 MHz 外周血管：外周血管：5 10 MHz 小器官：小器官：7 12 MHz 腔内：腔内：4 9 MHz 经食管：成人经食管：成人 3 7 MHz 儿科：儿科：4 8 MHz 低频低频高频高频 分辨率分辨率更好更好 穿透力：穿透力： 更强更强 超声波的衰减：超声波的衰减： 超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的超声波的衰减与传播距离成正比；与频率的

11、 2/32/3方成正比。方成正比。 高频衰减大，低频衰减小（穿透力强）高频衰减大，低频衰减小（穿透力强） 超声成像模式超声成像模式 成像模式：成像模式： A型（型（Amplitude modulation） M 型（型（Time-motion mode） B 型（型（Brightness modulation） 彩色多普勒（彩色多普勒（Color Doppler） 能量多普勒（能量多普勒（Power Doppler） 频谱多普勒（频谱多普勒（Spectral Doppler） 最早的工作方式：最早的工作方式：A型型 A模式：是一种振幅的模式。模式：是一种振幅的模式。 它在显示器上形成垂直偏转的

12、波形图。它在显示器上形成垂直偏转的波形图。 最早的工作方式：最早的工作方式：A型型 工作方式：工作方式：M型型 M模式中的模式中的M表示运动，表示运动，M模式通过模式通过B模式图象来显示一模式图象来显示一 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。通常态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。模式用于检测心脏及胎儿的心率。 皮肤皮肤 探头探头 时间轴时间轴 深度深度 工作方式：工作方式：M型型 工作方式：工作方式：B型型 Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8 B模

13、式：是一种辉度的模式。其图像由不同亮度的点所组成模式：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，这就是实时续扫描，二维的剖面图像不断地被更新，这就是实时B模模 式式。 换能器换能器 监视器监视器 Line 1 2 3 4 5 6 7 8 工作方式：工作方式：B型型 二维灰阶成像二维灰阶成像 正频移正频移 负频移负频移 多普勒效应（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

14、普勒效应可检测物体有无运动，及运动的方向和速度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 比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动 彩色多普勒成像彩色多普勒成像 彩色多普勒速度图彩色多普勒速度图 （CDV） Color Doppler Velocity u 通过信号的自相关运算获得速通过信号的自相关运算获得速 度、加速度、方差等信息度、加速度、方差等信息 u 彩色编码血流的方向彩色编码血流的方向 朝向探头的为红色朝向探头的为红色 背离探头的为蓝色背离探头的为蓝色 u 受角度影响、受其他运动影受角度影响、受其他运动影 响、易混迭、

15、响、易混迭、 彩色多普勒速度图彩色多普勒速度图 彩色多普勒能量图（彩色多普勒能量图（CDE） Color Doppler Energy 利用反射回来的多普勒信号中的振幅（能量）利用反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。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 彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图 有速度有速度 有方向有方向 敏感度低敏感度低 易混迭、伪像易混迭、伪像 角度依赖性角度依赖性 无速度无速度 无方向无方向 敏感度高敏感度高 无混迭无混迭 角度非依赖性角度非依

16、赖性 彩色多普勒速度图彩色多普勒速度图 0.41 cm/s 0.41 cm/s 0.41 MHz 彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图 速度图与能量图的区别速度图与能量图的区别 多普勒血流测量多普勒血流测量 皮肤皮肤 血管血管 v 0 f D ff 0 0 cos2 f c v f D v fd = 多普勒频移多普勒频移 v F0 = 探头发射的多普勒频率探头发射的多普勒频率 v V = 血流的速度血流的速度 v C = 声波的速度（声波的速度（1540 米米/秒）秒） v q = 声束和血流方向之间的夹角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、速度快慢以及方向彩色多普勒成像

17、可定性的观测血流走行、速度快慢以及方向 等信息等信息 但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数 2cos f。 C f V(cm/s)= V 血流血流 V (cm/s): 血流速度血流速度 C (cm/s): 声速声速(1530m/s) (度度): 血流与超声波束之间的夹角血流与超声波束之间的夹角 f(Hz): 多普勒频移多普勒频移 f 。(Hz): 超声频率超声频率 超声波束超声波束 血管血管 角的调整：角的调整： 30 0.866 33 0.839 3.2% cos 误差变化误差变化 70 0.342 73 0.292 17.1% 夹角夹角的最佳范围

18、：的最佳范围：3060 频谱多普勒的角度依赖频谱多普勒的角度依赖 频谱多普勒频谱多普勒 多普勒波包括以下数据多普勒波包括以下数据: : 速度速度 速度范围（宽度）速度范围（宽度） 血流量大小血流量大小 血流方向血流方向 一个心跳周期一个心跳周期 宽的速度范围宽的速度范围 逆流逆流 时间时间 基准线基准线 慢慢 快快 快快 迎向迎向 背向背向 最高峰最高峰 收缩收缩 舒张舒张 舒张结束舒张结束 多普勒频谱的含义多普勒频谱的含义 脉冲波多普勒和连续多普勒脉冲波多普勒和连续多普勒 连续波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发射与接收是各自分开的两

19、个晶片 沿着整个声束的长度监听返回的信沿着整个声束的长度监听返回的信 号，无距离分辨号，无距离分辨 测高血流速度不会有混叠现象，最测高血流速度不会有混叠现象，最 大量程约大量程约 15 20 m/s 皮肤皮肤 血管血管 v 皮肤皮肤 血管血管 v 单晶片单晶片 双晶片双晶片 脉冲波多普勒（脉冲波多普勒（PW） Pulse Wav 发射和接收是同一个晶片发射和接收是同一个晶片 卓越的距离分辨率卓越的距离分辨率 (Range Resolution) 流速测量上限值受奈奎斯特频率限流速测量上限值受奈奎斯特频率限 制制 脉冲重复频率（脉冲重复频率（PRF）决定流速的决定流速的 测量范围，极限约测量范围

20、，极限约 5 7m/s 脉冲波与连续波脉冲波与连续波 发射与接收发射与接收优点优点缺点缺点适用部位适用部位 脉冲波脉冲波PW一个晶片完成一个晶片完成距离分辨率距离分辨率流速上限低流速上限低腹部、外周血腹部、外周血 管管 连续波连续波CW一个晶片发射一个晶片发射 一个晶片接收一个晶片接收 高流速无混迭高流速无混迭无距离分辨率无距离分辨率心脏心脏 PWCW 名词解释分辨率名词解释分辨率 分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分 分辨率分辨率 几何分辨率几何分辨率 灰度分辨率灰度分辨率 时间分辨率时间分辨率 轴向分辨率轴向分辨率 侧向分辨率

21、侧向分辨率 侧向（横向）分辨率：侧向（横向）分辨率： 是指对垂直于超声波束轴方向上可区分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侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束 聚焦情况（探头的晶片数量及种类有关）聚焦情况（探头的晶片数量及种类有关） 轴向分辨率轴向分辨率 高高低低 侧向分辨率侧向分辨率 高高低低 名词解释分辨率名词解释分辨率 轴向（纵向）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 点目标的最小距离点目标的最小距离 轴向分辨率由超声波束的波长所决定轴向分辨率

22、由超声波束的波长所决定 一般来说，轴向分辨率为波长的一般来说，轴向分辨率为波长的2到到4倍倍 灰度（对比度）分辨率灰度（对比度）分辨率： 是指对两个相似密度的物体的识别能力是指对两个相似密度的物体的识别能力 识别识别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别 描述描述256灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨 灰度分辨率灰度分辨率几何分辨率几何分辨率平衡平衡 几何分辨率高灰度分辨率差几何分辨率高灰度分辨率差 名词解释分辨率名词解释分辨率 时间分辨率：捕获相邻两个时相运动变化的能力时间分辨率：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象的帧数帧频：帧频是指单位时间内获得图象的帧数 高帧频可以捕捉细微的运动变化信息高帧频可以捕捉细微的运动变化信息 高帧频对高速运动的脏器扫查非常重要高帧频对高速运动的脏器扫查非常重要 物物 体体 移移 动动 轨轨 迹迹 低低 帧帧 频频 捕捕 捉捉 高高 帧帧 频频 捕捕 捉捉 名词解释分辨率名词解释分辨率 谐波成像组织谐波成像谐波成像组织谐波成像 非线性谐波：非线性谐波： 谐波的形成是非线性的，它谐波的形成是非线性的，它 随传导的深度而逐渐积累加随传导的深度而逐渐积累加 强，而强，而