超声设备成像原理 知识重点 典型超声设备的成像原理A型超声M型超声B型超声D型超声C型超声F型超声 医用超声设备的主要参数分辨力超声工作频率和脉冲重复频率帧频灰阶动态范围 第五节B型超声成像 一 机械扇形扫描B超仪超声波束以扇形方式扫查 可以不受透声窗口窄小的限制而保持较大的探查范围 产生高速机械扇形扫描 通常采用的方法有两种 单振元摆动法 风车式多振元 三个或四个晶体换能器 旋转法 摆动式扇扫B超仪摆动式扇扫B超仪探头利用直流电机或步进电机驱动 通过凸轮 曲柄 连杆机构将电机的旋转运动转换为往返摆动 从而带动单个晶体换能器在一定角度 30 90 之间 范围内产生扇形超声扫描 用机械方法摆动或转动换能器以实现超声束在扫查平面内作扇形扫查的方式 旋转式扇扫B超仪采用4个 或3个 性能相同的换能器 等角度安放在一个圆形转轮上 马达带动转轮旋转 每个换能器靠近收 发窗口时开始发射和接收超声波 各换能器交替工作 旋转式探头 扫描均匀 噪声和振动小 寿命远比摆动式长 二 高速电子线形扫描B超仪将多个声学上相互独立的压电晶体成一线排列称作线阵 用电子开关切换接入发射 接收电路的晶体 使之分时组合轮流工作 如果这种组合是从探头的一侧向另一侧顺序进行的 每次仅有接入电路的那一组被激励 产生合成超声波束发射并接收 即可实现电子控制下的超声波束线性扫描 凸阵式扇形扫查沿圆弧排列并按一定的组合和顺序工作的扫查的方式 1 多振元组合发射的意义 单振元辐射面积小 波束发散角大 指向性差缩短了近场区 多振元组合发射 增大辐射面积 增加近场 提高分辨率 灵敏度 振元等效宽度b的加大 既使波束的近场区增加 也可以提高远场的分辨率 灵敏度 2 超声波束的扫描组合顺序扫描 组合间隔扫描 三 电子相控阵扇形扫描B超仪应用相控技术 对施加于线阵探头的所有晶体振元的激励脉冲进行相控制 亦可以实现合成波束的扇形扫描 用此技术实现波束扫描的B型超声波诊断仪称为电子相控阵扇型扫描B超仪 相控阵扇形扫查通过适当的调整 控制各单元激励信号的时延 以实现声束偏转的扫查的方式 1 相控阵扫描原理对成线阵排列的多个声学上相互独立的压电晶体振元同时给予电激励 可以产生合成波束发射 且合成波束的方向与振元排列平面的法线方向一致 对线阵排列的各振元不同时给予电激励 而是使施加到各振元的激励脉冲有一个等值的时间差 合成波束的波前平面与振元排列平面之间 将有一相位差 合成波束的方向与振元排列平面的法线方向就有一相位差 通过控制激励时间而实现波束方向变化的扫描方式 叫做相控阵扫描 2 仪器组成与工作原理偏向角参数发生器用于在半个帧频周期内 等时差地产生若干个不同周期的序列脉冲 相位控制器用来把偏向角参数转换成相控阵的触发信号 触发信号控制各路脉冲激励器 产生激励脉冲分别加于探头各压电振元 各振元产生超声波发射 发射间歇时 各振元的回波信号 通过接收延时电路合成为一路送往接收放大电路处理后进行调辉显示 接收延时电路包含了聚焦延时和方向延时 因为发射时各路激励脉冲接受了方向延时和聚焦延时 必须给予相应的时间补偿 才能保证在接收放大电路同相合成 3 相控阵扇扫与机械扇扫2种方式的比较机械扇扫B型超声波诊断仪 具有较好的柱状声束 容易获得较高的灵敏度与影像分辨力 波束控制电路简单 成本低 缺点是机械式探头制作要求严格 工作噪声强 重量较大 探头寿命短 振元不能直接与被检者贴近 受肋骨的影响略大 相控阵扇扫B超仪 没有机械噪音 探头寿命长 重量轻 缺点是波束副瓣大 干扰严重 分瓣力受影响 探头晶阵切割精细 整机线路复杂 成本高 相控阵扇扫方式已占据主导地位 四 超声波束的聚焦增强波束的穿透力和回波强度分为声学聚焦和电子聚焦 声学聚焦 声透镜中心部位的厚度应为透镜中超声波半波长的整数倍 电子聚焦即对各振元采用延时激励 实时动态聚焦也是电子聚焦的一种 不同之处是 多点动态聚焦的焦点不是固定的 而是通过改变发射激励脉冲的相位延时量 使在波束同一轴线 Z 方向上实现多点聚焦发射 动态电子聚焦 五 B超仪的常用性能指标1 技术参数分辨力超声工作频率和脉冲重复频率帧频灰阶动态范围 2 使用参数扫描方式和探头规格扫描方式指仪器所发射的超声波束对被测对象进行探测的方法 探头规格有标称工作频率 尺寸 形状等参数 还有是否可配合穿刺等特殊要求 显示方式与显示范围显示方式超声诊断影像显示有A型 M型 B型等一台B型超声诊断仪可以有B单幅显示 B双幅显示 B M显示其中的一种或几种功能 显示范围指的是屏上光栅的最大尺寸 它并不一定等于仪器的探测深度 注释和测量功能注释功能某些是由仪器自行控制的 比如有关探头频率的显示 影像处理值 校正值等 的自动显示 接收机总增益 近程增益和远程增益值的显示等 测量功能指仪器对被探查脏器进行定量分析所具有的各种测量功能 记录方式影像的记录有多种方式 比如用波拉一步照相机拍照 视频打印机打印或采用录像机进行磁带录像等 六 数字扫描变换器DSC DigitalScanConverter 数字扫描变换器实质上是一个带有图象存储器的数字计算机系统 可以用标准电视的方法显示清晰的动态图象 而且提供了强大的图象处理功能 如图象冻结 多帧存储 测量计算 放大显示等 A D转换图象前处理 回波幅度深度校正图象存储器 图象后处理 灰度修正数据插补伪彩色等D A转换 A D转换 即超声图象数字化 根据采样定理 为使输出信号不失真 采样频率至少为输入信号最高有效频率的2倍 逐次逼近式双积分式并行式 增益控制TGC TimeGainCompensation 对来自不同深度 不同时间到达 的回声给予不同的增益补偿 即使接收机的近场增益适当小 远场增益适当大 通常称此种控制手段为时间增益 灰度修正 一幅图象所可能具有的等级差数叫灰阶 灰阶级数越多 图象层次越丰富 将实际所记录的灰度与理想灰度之间的转换函数关系预先存放在EPROM中 数据插补 未经插补而直接显示的图象 扫描线之间有较大的间隙 一维线性插补 相邻扫描行中间插入一行或两行 二维线性插补 原图象相邻四个像素点中间插入新像素点 伪彩色处理亮度 色调和饱和度原理 利用人眼对彩色分辨力高而对灰度分辨力低的特点 用不同的颜色来表示不同的灰度等级 到达图象增强的效果 彩色显示原理图 三基色原理 彩色显示原理框图 本节疑难点 相控阵扫描对振元不同时给予电激励各振元的激励脉冲有一个时间差线性扫描振元分组分时受激励每组振元同时受电激励 波束的聚焦声学聚焦电子聚焦