医学优质课件精选——《B超的基本原理与性能指标》.ppt

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1、,B超的基本原理与性能指标,执教教师：XXX,2.1 超声诊断仪的一般介绍,超声成像技术概述,超声成像技术适用的人体区域,2,临床超声波诊断技术,基于回波扫描的技术,基于多普勒效应的技术,基于透射法的技术,医学课件,3,超声回波 一个典型的超声回波应包含大界面的反射波和小粒子的散射波两种成分 。,反射回波：超声成像的位置信息 ； 超声反射成像机制,散射回波：被测介质的结构信息 。 散射波场,医学课件,4,超声诊断成像的基本原理 1. 基于几个假定为前提（人体中近似成立）,声束在介质中沿直线传播；在各种介质中声速均匀一致；各种介质中介质对超声波的吸收系数均匀一致。,医学课件,5,2. 脉冲回波测

2、距的理论基础,回波的强度则反映界面的性质，回波信号的时间反映了界面的位置。根据不同界面的回波时间t可以计算出各个界面与换能器之间的距离l。,医学课件,6,3. 超声诊断仪器的功能模块,医学课件,7,超声诊断仪的分类,按图像信息的获取方法分类 反射法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪透射法超声诊断仪,医学课件,8,按图像信息显示的成像方法分类 A型（ Amplitude Modulation ） M型（ Motion-time ） 广义B型（ Brightness Modulation ） B型，P型，BP型，C型、F型、超声全息,医学课件,9,按超声波束的扫描方式分类 低速（手动）扫描高速机械线性扫

3、描高速机械扇形扫描高速电子线性扫描高速电子扇形（相控阵）扫描,医学课件,10,A型超声诊断仪 幅度调制（ Amplitude modulation）,医学课件,11,1. 诊断基础 人体脏器、组织其正常与异常的物理性质及结构不同，形成相应的超声界面。这些界面会对超声产生规律的反射回波。2. 工作原理 脉冲回波理论,医学课件,12,3. 显示方式 横坐标为时间轴，代表被探测物体的深度；纵坐标代表回波脉冲的幅度。,医学课件,13,4. 临床应用 适用于医学各科的检查 ，其中应用最多的是对肝、胆、脾、眼、肾、子宫等的探测。,5. 缺点 只能反映局部组织的回波信息；诊断的准确性与操作医师的识图经验关系

4、很大。,医学课件,14,M型超声诊断仪 辉度调制、时间动态显示（ Motion-Time）,医学课件,15,1. 诊断基础 探头位置固定，脏器有规律的收缩和舒张，脏器各层组织和探头的距离便产生节律性的改变，随着水平方向的时间慢扫描，便把心脏各层组织的回声展开成曲线。,医学课件,16,2. 显示方式 反射回波的幅度，通过辉度调制，用亮点的形式 ；纵坐标代表发射界面的深度 ；横坐标代表扫描时间信号。,A - mode display,Timemotion display,医学课件,17,3. 工作原理 与A超比较，有三个方面的特点 ：,深度扫描信号加在y轴偏转板上，回波信号距顶部的距离表示被探查的

5、组织界面的深度。辉度调制，亮点的强弱代表回波信号的幅度。增加一个时间扫描信号发生器，它产生的信号加在x偏转板上。,医学课件,18,4. 临床应用 适用于人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。,5. 缺点 不能获得解剖图像，不适用于静态脏器。,医学课件,19,为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，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器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。,医学课件,20,B型超声诊断仪 辉度调

6、制（ Brightness modulation）,医学课件,21,1. 诊断基础 可以得到解剖图 分析： 外形 边界回声、内部回声、后方回声 比邻关系 活动度、活动规律 硬度、排空功能,医学课件,22,2. 显示方式 二维图像，辉度调制方式显示反射回波的幅度，横坐标代表探头扫描的距离，纵坐标代表产生回波界面的深度。,医学课件,23,3. 工作原理 应用回声原理，探头发射的声束必须进行扫查，逐次得到不同位置的深度方向所有界面的回波，以得到人体切面声像图。,医学课件,24,4. 扫描方式 线扫 探头发射的超声束在水平方向上以快速电子扫描的方法，逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波，得到由

7、超声声束扫描方向决定的垂直平面二维断层图像 。,医学课件,25,扇扫 改变探头的角度使超声束指向方位快速变化，获得被探测方向不同深度所有界面的反射回波，得到一副由探头摆动方向决定的垂直扇面二维超声断层图像。,医学课件,26,5. 临床应用 适用于观察腹部脏器，如肝、胆、脾、肾、子宫的检查。 扇扫断层B超尤为适用于对心脏的检查，也可以对运动脏器实时动态显示 。,医学课件,27,P型超声诊断仪 辉度调制，平面目标显示， PPI（plane position indication）。 可视为一种特殊的 B 型显示。,1. 特点 探头发射的超声波束采用圆周扫描方式进行探查。,医学课件,28,2. 工作

8、原理,换能器作旋转运动 显示器上的光点从屏中心向屏周围作径向扫描，径向扫描线逐次改变方向，与换能器同步地作旋转。,医学课件,29,3. 显示方式,4. 临床应用 适用于探头插入体腔内的检查。如：对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。,医学课件,30,医学课件,31,C型超声诊断仪 辉度调制 特定深度扫描（ Constant depth scope）,1. 特点 显示的是某一深度上的一个切面图像,医学课件,32,2. 显示方式 横坐标、纵坐标代表平面的x，y轴方向的长度，深度信息在图像中不表现。,医学课件,33,3. 工作原理 扫描设计：水平x方向上采用同B超一

9、样的电子扫描，水平y方向上通过机械的方法移动探头。,医学课件,34,距离控制：通过调整距离选择开关的开通时间，来控制同一深度的回波信号被接收显示。,3. F型 显示方式 原理同C型。距离选择开关的开通时间不是一个常数，而是一个线性变量或者为一非线性函数，则获得的深度切面图在z方向为一斜面或为一曲面声像图。,医学课件,35,C和F型显示，可观察肿瘤的扩大范围。 特别是F型的显示，可从三维角度去观察体内组织及病变情况。,4. 临床应用,医学课件,36,2.2 B型超声诊断仪,理解B超的工作原理，关键是各种超声扫描制式 。,扫描制式 声束掠过某剖面的过程称为扫描 。,医学课件,37,B超的分类,医学

10、课件,38,1. 简单扫描制式,线扫 b. 扇扫,医学课件,39,c. 弧形扫 d. 径向扫,医学课件,40,2. 机械扫描和电子扫描,机械扫描 借助电机带动换能器摆动或旋转，同时位置感测器连续的检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示器的扫描线有相应的取向 。,医学课件,41,电子扫描 用电子方式控制多元换能器阵实现扫查 。,电子线扫（ linear scan）,相控阵扇形扫描 （phased scan）,医学课件,42,诊断用B型超声波探头,医学课件,43,2.2.1 手动式B型超声诊断仪,手持探头运动,位置检测器,位置电压控制显示,医学课件,44,1. 位置信号系统,机械结构： 双联

11、臂结构； 井字结构。,位置调准电路： 由电位器组完成，随着换能器位置的改变，电位器组的阻值随之变化，产生相应电压信号 。,医学课件,45,2. 特点 优点：扫描范围大，线数高，图像轮廓清晰等。 缺点：手动控制波束扫描，成像速度低，一般需数十秒。,3. 临床应用 适用于扫描静止脏器，常用于腹部、妇产科和眼科等方面的检查 。,医学课件,46,2.2.2 高速机械扇形扫描B超,1. 特点 超声波束以扇形方式扫查，不受透声窗口的限制而保持较大的扫查范围。,2. 方法,摆动式扇扫B超仪,旋转式扇扫B超仪,医学课件,47,摆动式扇扫B超仪 结构简单，只需一个晶片与一个驱动机构，但它的视场有限。结构,壳体,

12、摆动激励电机,支点,换能器,扇形齿轮,医学课件,48,机械扇扫B超仪原理框图,医学课件,49,简单计算,脉冲重复频率每帧扫描线帧频摆动次数,关系,例：脉冲重复频率4kHz，帧频20帧/秒，则每帧扫描线为多少？摆动次数为多少？,200根，20次/秒,医学课件,50,旋转式扇扫B超仪 结构,根据要求简单计算转速。,医学课件,51,特点： 优点：体积小，马达单方向旋转，扫描均匀，噪音和振动都很小，其寿命远较摆动式长。 缺点：所用晶片的一致性要求高。,医学课件,52,2.2.3 高速电子线扫B超 线阵：将许多声学上相互独立的压电振子成一线排列。 电子线扫：用电子开关切换接入发射/接收电路的振子，使之分

13、时组合轮流工作 ，组合是探头的一侧向另一侧顺序进行的且每次仅有接入电路的振元组被激励，产生合成超声波束发射并接收 。,医学课件,53,1.电子线扫 B超的原理,医学课件,54,2. 电子开关控制扫描方式 控制探头中振子投入工作的次序和方式 。 直接影响到扫描的线数 。,常规扫描,隔行扫描,飞越扫描,半间距扫描,变孔径扫描,微角扫描,波束扫描制式,医学课件,55,常规扫描,医学课件,56,半间距扫描,医学课件,57,微角扫描,扫描方向,A1A2B1B2,医学课件,58,2.2.4 高速电子扇扫B超（相控阵） 采用多阵元换能器并对所有振元的激励脉冲进行相位控制，实现合成波束的扇形扫描，声束很容易通

14、过小窗口透入人体内 。,医学课件,59,1. 相控阵扫描原理,同相激励,医学课件,60,相控发射波束（正偏）,医学课件,61,相控发射波束（反偏）,医学课件,62,：延时等时间差：波束偏转角 d：振元间的距离 c：声速，取1540米/秒,2. 延时与偏向角的关系：,医学课件,63,3. 仪器组成与工作原理,偏向角参数发生器,相控信号发生器,发送聚焦,激励单元,医学课件,64,电子聚焦 相控阵中的波束偏转与波束聚焦结合使用 ，就可以获得既偏转又聚焦的波束 。,医学课件,65,4. 电子扇扫与机械扇扫的比较,医学课件,66,2.3 B超的性能指标,参数分类,技术参数 设计者、开发者必须了解的一类参

15、数。,使用参数 使用者、选购者必须了解的一类参数。,医学课件,67,技术参数,1. 超声工作频率 （Frequency）,实际辐射超声波的频率。,频率的选择,横向分辨力,探测深度,B超仪器的工作频率在0.515MHz。,医学课件,68,2. 脉冲持续时间（Pulse width）,探头受电激励后产生超声振动的时间。,医学课件,69,影响纵向分辨力 脉冲宽度大，纵向分辨力降低。,医学课件,70,影响近距离回波的分辨,为相邻回波的最小可辨距离，它与发射脉冲持续时间及声速有关。,持续时间,声速,最小可辨距离,分辨力,医学课件,71,影响脉冲持续时间的因素,超声工作频率探头阻尼特性激励脉冲宽度,B超发

16、射脉冲宽度小于0.2us。,医学课件,72,3. 脉冲重复频率 （Pulse repetition frequency, PRF） 每秒钟重复发射超声脉冲的次数。,决定最大探测距离,fc为脉冲重复频率,医学课件,73,影响因素 最大探测距离 帧频 线密度,B超脉冲重复频率通常在2k4kHz之间。,医学课件,74,4. 分辨力 成像系统分辨空间尺度的能力，用两回声点之间的最小可辨距离表示。,纵向分辨力（轴线分辨力、距离分辨力）,横向分辨力,医学课件,75,纵向分辨力 受哪些因素的影响？,发射超声频率 声波的纵向分辨力极限为声波的半波长 ；,脉冲持续时间 脉冲持续时间越短，纵向分辨力越高；,医学课

17、件,76,横向分辨力 受哪些因素的影响？,声束的宽度,横向分辨力的计算：,目前利用聚焦声束，横向分辨力可达2mm以下 。,联系半扩散角表达式P13 式1-30,医学课件,77,显示器性能 显示器扫描线宽度是横向分辨力的上限 。而扫描线受声速和光点的大小的限制。,系统动态范围,医学课件,78,5. 探测深度 仪器发射的超声波束可穿透并能显示回声图像的被测介质的深度。 受哪些因素的影响？,接收系统的灵敏度及动态范围,工作频率,发射功率的影响,医学课件,79,6. 灰阶级 接收机显示器辉度显示能力 。,灰阶级越高，显示回声图像的层次感强，图像的清晰度越高。,灰阶处理：压缩无用灰度级信息，保留并扩展具

18、有诊断意义的微小灰度差别，使图像质量得到改善。,医学课件,80,7. 聚焦方式 探头发射和接收的波束采用何种方法聚焦 。,声学聚焦电子聚焦多点动态聚焦 混合聚焦方式,医学课件,81,8. 图像帧频 成像系统每秒钟内可成像的帧数 。,概念,静态或慢速成像系统 准实时成像系统 高速成像系统,帧频升高使图像质量降低,医学课件,82,9. 动态范围 保证回声既不被噪声淹没也不饱和的前提下，允许仪器接收回波信号幅度的变化范围。,动态范围受显像管特性的限制，通常不能太大 ，一般仪器在4060dB 。,医学课件,83,10. 时间增益控制（TGC） 接收机的近场增益适当小，远场增益适当大。,一般超声仪器给出的TGC参数为： 近场：8010dB 远场：05dB,医学课件,84,使用参数,1. 扫描方式,2. 探头规格,3. 显示方式与显示范围,4. 电子放大与倍率,5. 注释功能,6. 测量功能,7. 记录方式,医学课件,85,spc-2000b超声诊断仪,医学课件,86,谢谢观看,请指导,