超声超声技术基础培训技术基础培训 Jordan 2001Jordan 2001 Esaote China Limited Service Center Chengdu 祯频 超声换能器 阵元 通道 凸阵探头 线阵探头 相控阵探头 高密度探头 超宽频带成像 A型 B型 M型 高频成像 微米取样技术 动态孔径 变迹 声束聚焦 电子探头的发射聚焦 电子探头的接收动态聚焦 数字声束形成器 象素聚焦 彩色血流图 多普勒频谱图 多普勒血流测量 彩色多普勒能量图 组织多普勒成像 CK成像 线性和非线性声学 UCA 谐波成像 组织谐波成像TEI 声学造影剂 三维成像 显象帧频、成像帧频 显象帧频取决于显示器，PAL制式为50HZ。 成像帧频取决于成像设备的性能和探测深度， 探测深度将对成像帧频起决定性影响，当然与 是否使用多声束形成等技术有关。 当显象帧频远小于成像帧频时，在实时成像时 ，高的成像帧频不能提高时间分辨率等指标。 超声换能器 超声换能器（超声探头）是超声诊断仪中最主 要的部件之一。 其功能是将电子线路产生的电激励信号转换成 超声脉冲信号射入人体；并将人体组织产生的 超声回波信号转换成接收的电信号。 分为机械探头和电子探头。电子探头又分为线 阵探头、凸阵探头、相控阵探头。 阵 元 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） 通 道 对接收通道而言，所谓的物理通道是指具有接收隔离、 前置放大、TGC控制等具体电路的硬件。 在多声束形成器中，每一个物理通道（对应一个阵元） 将分为多个虚拟通道（或称逻辑通道），产生不同的延迟 时间与相临的阵元信号相加，形成不同的声束。 一般通道数不应大于阵元数。使用相控阵换能器的设备 ，通道数应等于阵元数，使用线阵或凸阵换能器的设备， 通道数通常不超过阵元数的1/3，少数设备的通道数等于 阵元数。 1.5维换能器的通道数将比通常的一维阵列式换能器多4- 6倍，即通道数要超过扫查平面上的阵元数。 凸阵探头 凸阵探头中各个换能器小阵元排列成 一条弧线 扇面成像，因此探测视野比较大 线阵探头 在线阵探头中，换能器晶片被分割成许多小 的阵元（如128或256），之间相互隔离，并排 成一条直线。线阵探头可用于实时的B型成像 和多谱勒血流检测。 缺点是探测的视野比较小。 相控阵探头 相控阵探头是电子探头，通常在1-2cm的长 度上分布128阵元。通过控制相控阵探头每个 阵元在发射和接收时的延迟时间，就可以实现 声束偏转、电子聚焦等功能，从而进行扇扫。 由于相控阵探头孔径小，常用于心血管系统 的检测 高密度探头 常规探头阵元数：80，96，128阵元 高密度探头：256，512阵元 二维高密度探头：128X8阵元，即1024阵元 采集通道有60、96、128、256、512、1024通道 。单、双通道为实际的物理声学通道。 高密度多阵元探头使声束线密度高，多方向同时 接收回声信号，不需要进行插补处理，图象细腻， 分辨力好。 超宽频带成像 在发射时有一很宽的频带范围，如2MHZ-12MHZ，接 收时分三种选择方式： 1.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，以获得最佳的图象质量 2. 动态接收：在接收回声时，随 深度变化选取不同 的频率，近场取高频，中场取中频，远场只保留低频， 达到好的分辨率与好的穿透力的要求 3.宽频接收：在接收回声时，所有频率的回声均接收 ，在中近场包含不同频率回声，在远场由于高频成分衰 减，只能接收到稍低频率的回声 A型（AMPLITUDE） 幅度显示 显示探头接收到的反射或透射超声信号的 幅度随时间变化的过程 A型显示的是一条幅度随时间变化的曲线 ，而不是图象 B型（BRIGHTNESS） 显示亮度调制的信号 在超声诊断仪的显示器上，以亮度调制 的方式，显示声束扫描平面内人体组织的 断面图象。 B型显示给出的是人体的解剖结构图象 。 M(MOTION)型 显示运动信息 显示特定的声束方向上各回波点随时间变化（ 运动）的情况。 显示图中横坐标是时间，纵坐标是探测深度 M型显示常被用于观察心脏等运动的脏器 高 频 成 像 高频超声波在临床检查中可以分辨更细微的病灶，即提 高超声图象的轴向分辨力。 目前用于临床常规B超探头频率范围为：2-10MHZ 在血管内及浅表器官成像中，已采用频率：20-40MHZ 高频超声、超声生物显微镜频率范围：40-100MHZ，主 要用于皮肤成像、冠状动脉内成像及眼部成像。 微米取样技术 指取样间隔小于0.1MM的技术。 实际上，当使用高频探头，并使探测深度 为2cm，在一条声束上取500个样点时，取 样间为40um，这就实现微米取样技术 动态孔径 换能器的孔径是指超声波束形成时被激活的那部分压电 晶体的面积。 孔径小则近场的声束尺寸小，空间分辨率高，但在远场 的发散较严重；反之，孔径愈大，近场的分辨率变差，但 远场的发散相对较小。 为了使超声图象在近场与远场都有较高的空间分辨力， 超声仪器在近场的发射和接收中采用小孔径，而在远场采 用大孔径，这就是动态孔径的概念。 变 迹 变迹技术可用于超声波发射，也可以用在 超声 波接收的时候。 发射变迹是指给发射阵元组中的各个阵元施加 不同电压的激励脉冲；接收变迹是指对各个阵元 的输出信号给予不同的增益。 变迹技术被用来减小超声发射和接收时的栅瓣 和边瓣。 声束聚焦 声束聚焦是未了改善声束的形态，从而提高 图象的空间分辨力及仪器的检测灵敏度。 实现声束聚焦可以采用安装声透镜的方法， 也可通过延迟线方法在线阵、凸阵、相控阵探 头中实现电子聚焦。 电子聚焦方法可用于发射聚焦和接收聚焦 电子探头的发射聚焦 电子探头在发射时只要合理调整各个阵元的延迟时间 ，就可以将声束聚焦在某一深度上。 与固定焦距的声透镜聚焦方法相比较，电子探头可通 过改变各阵元发射的延迟时间来改变聚焦的深度，因此 具有较大的灵活性。 如果要实现一条扫描线上 不同深度的聚焦，就必须采 用多次发射，发射次数多将会影响系统的帧频 电子探头的接收动态聚焦 当用多个阵元接收超声回波信号时，由于反射点到各 个阵元的距离不同，信号传播的时间也不同。为了获得 最大的反射信号，通常是将各阵元输出的回波信号经过 适当延迟后在相加。这就是接收聚焦的概念。 只要按距离从近到远不断地调整各阵元的延迟时间， 即在一条接收声束中多次改变焦点，就可以实现超声扫 描线的动态聚焦。 全程聚焦是一类动态聚焦，但焦点数很大，通常不少 于64，是理想的动态聚焦。 数字声束形成器 具有数字式声束形成器的超声成像系统称为全数字化的 超声成像系统 优点：实现连续动态聚焦和动态孔径，可获得超高分辨 率；可实现动态变迹，消除旁瓣引起的伪象；回波信号中 幅度 信息（形成二维图象）和相位信息（获得多谱勒频 移）的提取可由软 件实现，而不必使用不同的通道；容 易实现各通道的自校准等。 象素聚焦 通常指显示图象上的一个光点，即组成图象的最 小单位。 由超声扫查所得样点值与显示象素值是不同的， 并处于两个不同的平面上，使用良好的数字声束形 成器时，可以实现每个取样点都在焦点上的理想情 况；故象素聚焦不可能，样点聚焦可实现。 彩色血流图 指在二维平面中用彩色图象实时显示血的方向与速度 。 通常用不同的颜色指示不同的血流方向：而颜色的亮 暗则与流速的大小相关。 由于目前彩色血流图仪仅是依据多谱勒原理设计的， 因此也称为彩色多谱勒。 融合黑白二维B型结构和彩色血流图的超声诊断仪称 为“彩超” 多谱勒频谱图 对多谱勒回波信号进行频谱分析可以得到回波中各 种不同频率成分的信号。这一分析结果通常以声谱图 的格式显示，这就是所谓的多谱勒频谱图； 图中的横坐标是时间轴，纵坐标是是频率轴（与流 速相对应） 图中信号的亮暗与特定时间、特定流速的信号强度 相关。 多谱勒血流测量 超声波在人体中传播时，由体内运动物体产生的反射 或散射信号的频率与发射频率之间将出现偏差，即“多 谱勒效应”，产生的频差称为多谱勒频偏。 检测多谱勒信息就能得到运动物体的运动方向及速度 大小的信息。 多谱勒血流测量由PW和CW，只有PW才能探测指定 深度的血流信息。 彩色多谱勒能量图 彩色血流图中指示的是血流速度的大小与方向。 彩色多谱勒能量图则反映血流对入射的超声波产生 的背向散射的能量，一般不区分血流的方向。 能量图能较敏感的指示小血管中血流的存在。对 不同方向的血流标记不同的颜色的能量图称为“方向 能量图” 彩色多谱勒能量图 特点：1.强度依赖于多谱勒能量总积分，与红细胞的 数量有关，彩色表示血流的存在，增加动态范围，提高 检测血流灵敏度，显示低流量、低流速血流 2. 不发生混叠、不论信号叠加与否，能量频谱 的积分不变。 3. 不能显示速度大小 应用：肾脏血流的研究（肾皮质血流）；阴囊病变的 血流改变；卵巢细小血管、胎盘内的细小血管；小器官 、肿瘤、软组织和肌肉疾病的血流。 评价：二维造影及三维重建 组织多谱勒成像 利用多谱勒原理可以获得体内运动物体的信息。考虑到 心肌在心脏搏动的过程中有缓慢运动，因此，同样可借 助多谱勒原理来探测心肌的运动， 通过改变多谱勒滤波系统，除去心腔内血流产生的高 频低幅度信号，提取低频高幅度的心肌室壁多谱勒信号 ，并在二维图象中用不同的颜色标明心肌运动的方向与 速度大小，这就是组织多谱勒成像。 分为速度图、加速度图和能量图等显示方式。 用以评价心功能（收缩、舒张）、缺血性心脏病、高血 压病、心肌病心脏电生理研究。 CK技术 Acoustic Quantification声学定量技术的扩展。 AQ是一种自动边缘检测系统，通过分析背向散射信号 确定某一象素代表组织或血液，并根据选定的值识别组 织/血液边界。在此基础上CK按一定时间间隔用彩色顺序 编码心内膜边界位置的变化，于时相末累积形成多层色 带添加在二维图象上。每层颜色代表相应的40或33MS心 内膜的运动。 CK的特点是在一幅图象上可显示整个收缩或舒张期心 内膜的运动 应用：评价左室室壁运动、定量评价左室局部功能 线性和非线性声学 线性声学：人体组织是一种线性的传声媒质，也即发 射频率为f0的声波时，从人体内部脏器反射或散射并被 探头接收的回声信号也是f0附近的一个窄带信号。 由于声在人体组织传播过程中产生的非线性以及组织 界面入射/反射关系的非线性，似的发射的声波频率为f0 时，回波（由于反射和散射）频率中除有f0 (称基波） 外，还有2 f0 ，3 f0 ，.等成分（称为谐波），其中 以二次谐波（2 f0 ）的能量最大。 UCA 使用超声造影剂UCA（Ultrasound Contrast Agent）可 人为地扩大非线性信号。 将UCA注入人体待查部位，会产生大量微气泡，由于 入射/散射之间强度关系的非线性参数约比比人体组织 大10-100倍，这意味着UCA产生的谐波比周围组织大 几十-100倍 谐波成像 谐波是指频率为基波频率（发射的中心频率）倍数的那 些频率成分。超声波在人体组织中传播时会累积起谐波成 分，专门选取回波中的谐波成分重建图象就是所谓的谐波 （Harmonic Image） 二次谐波