第第2 2章章 超声成像技术超声成像技术 本章内容：本章内容：2-1 2-1 超声波的基本特性及其在生物超声波的基本特性及其在生物组织中中的的传播播2-2 2-2 超声探超声探测的物理基的物理基础2-3 2-3 超声超声诊断成像断成像2-4 2-4 超声多普勒成像超声多普勒成像2-5 2-5 彩色血流映射成像彩色血流映射成像2-6 2-6 超声超声诊断成像的最新断成像的最新进展展2-7 2-7 超声的生物效超声的生物效应2-8 2-8 超声治超声治疗概述：概述：1、超声成像有如下的优点、超声成像有如下的优点:（1）能直观观察人体的一些组织和器官；（2）可实时、动态观测；（3）仪器操作方便和安全；（4）价格较便宜。2、超声成像技术的发展历史、超声成像技术的发展历史:（1）20世纪初，首次研制了石英晶体超声发生器。（2）20世纪40年代：开始了超声医学应用的研究。（3）20世纪50年代：A型B型。 1952年，Wild-脉冲反射法(A型) ； 与此同时，Howry和Bliss-超声切面成像（B型）。（4）20世纪50年代以后： 切面图像质量的改善。 包括如下的问题： 扫描速度太慢； 横向分辨率低； 对多界面反射检出率低； 图像无灰度等。（5）近年来超声成像技术的发展主要表现： 数字扫描转换器（DSC）及灰度显示-第一次重大突破； 换能器材料-换能效率高和指向性好； 动态可变孔径技术和动态滤波法-近、远区图像的改善； “实时”技术-第二次重大突破； 配用计算机、黑白监视器、光学录像等； 超声彩色显像、计算机断层扫描、超声全息成像等-第三次重大突破。3、超声诊断学的发展、超声诊断学的发展 国内自1958年开始实验超声应用。 （1）应用最多的是B型切面显像仪 用于检查肝、胃、肠、脾、肾、乳房、子宫、卵巢等器官软组织的各种疾病（特别是肿瘤），已成为一种有效的基本手段。 （2）其次是M型诊断仪 用于辨别心脏、胎儿等的运动状态和功能异常检测。 （3）近年多普勒超声诊断仪正得到广泛的应用 特别是对心脏血管疾病的诊断。2-1 2-1 超声波的基本特性超声波的基本特性及其在生物组织中的传播及其在生物组织中的传播2-1-1 超声波的基本特性及其应用超声波的基本特性及其应用1、定义：、定义：机械振动波机械振动波-21041010Hz。2、产生条件：、产生条件： 声源-超声换能器 弹性介质(气、液、固体等)类型类型频率范围频率范围备注备注 次声波次声波 低于低于20Hz主要应用于气象探测、核主要应用于气象探测、核爆炸、地震预报等爆炸、地震预报等可听声波可听声波20Hz20kHz15kHz最敏感最敏感超声超声(波波)高于高于20kHz140MHz用于医学诊断用于医学诊断特超声波特超声波高于高于100MHz主要用于探索物质的微观主要用于探索物质的微观结构结构*机械波的分类机械波的分类3、特性及应用：、特性及应用： 特性：特性： 具有声波的基本性质-反射、折射、透射、衍射、驻波； 频率高、波长短、成束传播，能量集中、指向性好。-具有类似于光线的一些特性，即束射性、明显的衍射性等。 应用：应用： 产生击碎、凝聚、乳化等效应-超声碎石、减肥； 穿透能力强-能对人体组织进行有效探测，是超声诊断和理疗的基础；2-1-2 超声波的类型及超声场超声波的类型及超声场1、超声波的类型、超声波的类型（1）按振动方式和传播方式分：）按振动方式和传播方式分： 纵波、横波、表面波 -在超声诊断中最常用的是纵波。（2）按发射方式分：连续波和脉冲波。）按发射方式分：连续波和脉冲波。 连续波：等幅正弦波，频率、幅度稳定。 脉冲波：阻尼衰减震荡波。脉宽：即脉冲持续时间重复周期(脉冲周期)：两相邻脉冲前沿相隔的时间重复频率：每秒钟内的脉冲数，通常为502000Hz静止时间：超声发射停止时间，即两脉冲间隔时间脉冲波的特征量：脉冲波的特征量：2. 描述超声场的物理量描述超声场的物理量 超声场：充满超声的介质空间称为超声场。 描述超声场的物理量： 声速、声压、声阻抗、声强、声压级和声强级等。对介质界面上超声的传播特性有重要影响。回波测距基础探头对声压信号敏感表2-1 人体正常组织的密度、声速和特性阻抗介介质质名称名称密度密度（g/cmg/cm3 3）纵纵波速度波速度（m/sm/s）特性阻抗特性阻抗（10105 5瑞利）瑞利）测试频测试频率率（MHzMHz）血液1.05515701.6561血浆1.0271大脑1.03815401.5991小脑1.03014701.514脂肪0.95514761.4101软组织（平均值）1.01615001.5241肌肉（平均值）1.07415681.6841肝1.05015701.6481肾15601脑脊水1.00015221.522介介质质名称名称密度密度（g/cmg/cm3 3）纵纵波速度波速度（m/sm/s）特性阻抗特性阻抗（10105 5瑞利）瑞利）测试频测试频率率（MHzMHz）颅骨1.658386038605.5715.5711甲状腺1.6201.660胎体1.02315051.540羊水1.01314741.493胎盘1541角膜1550水晶体1.13616501.874前房水0.9941.01214951.481.513玻璃体0.9921.01014951.481.510巩膜1630空气220.00118344.8344.80.0004070.000407（续前表）2-1-3 超声波在生物组织中的传播超声波在生物组织中的传播1、 超声在声学界面上的反射和透射超声在声学界面上的反射和透射镜面反射，两个边界条件：镜面反射，两个边界条件：垂直入射时：垂直入射时：Z2Z1反射入射折射结论：结论：1、同种物质中传播不产生反射（无回波）、同种物质中传播不产生反射（无回波）2、空气与人体组织声阻抗差异大（难以对肺探查）、空气与人体组织声阻抗差异大（难以对肺探查）3、空气与压电材料的声阻抗差异大（使用耦合剂）、空气与压电材料的声阻抗差异大（使用耦合剂）2. 软组织对超声波的体散射软组织对超声波的体散射（1）超声与生物组织之间的相互关系有两类：超声与生物组织之间的相互关系有两类：吸收过程：吸收过程：声能作用-组织吸收-转化能量；散射过程：散射过程：声能在作用位置被重新辐射。 （2）生物软组织对超声的散射回波：生物软组织对超声的散射回波：镜面反射回波：镜面反射回波：当散射物的线度比入射超声波波长大得多时发生，振幅较大。 -根据回波图识别组织的轮廓（形状）、类型。全方位散射全方位散射回波回波：散射物的线度比超声波长小得多时，由散射形成的辐射均匀分布在所有方向上。 -应用于多普勒血流速度测量。内回波：内回波：当散射物的线度与入射超声波的波长相近时，散射辐射的分布图形复杂，这种散射信号与镜面反射回波不同，称为内回波，其振幅很小。 -根据回波图识别器官及组织内的恶性病变。（3）一些生物组织界面回波信号的振幅范围：一些生物组织界面回波信号的振幅范围：说明：说明：（1）镜面反射信号振幅变化较大：软组织-空气界面：回波振幅最大，典型值为10V。以此为标准，标记为0dB。软组织-骨界面：回波振幅次之，约-20dB。软组织与软组织之间界面：一般在-40dB -20dB之间。 以上镜面反射信号的振幅与投射角密切相关，投射角改变1，振幅平均下降20dB。（2）内回波信号振幅一般在-40dB -20dB之间，其中：胎盘内含物回波最强，表明其结构的非均匀性强；脑组织内回波最小，表明其结构较均匀。 在超声医学诊断中，通过接收这种非镜面反射的散射内回波，对观察一些器官和组织的微细结构有重要意义。 -20dB -40dB 100mV1V B型灰度回波图型灰度回波图同时反映镜回波和内回波信号3. 超声在生物组织中的衰减和吸收超声在生物组织中的衰减和吸收 声能的衰减声能的衰减-超声强度随传播距离的增加而减小超声衰减的原因：超声衰减的原因： 声束的扩散及散射等。 使超声沿传播方向的能量逐渐减小。 介质的吸收。 将声能转换成热能等。 综合各种因素，超声在软组织中的平均衰减约为1dB/(cmMHz)。 生物组织中超声吸收系数的影响因素：生物组织中超声吸收系数的影响因素： 频率越高，吸收越大。-综合考虑分辨率与穿透深度两种因素声速越小，吸收越大。-在空气中被强烈吸收。与温度有关。 *同种组织，在正常与病理情况下对超声的吸收不同。 生物组织中的蛋白质是吸收超声的主要成分。介质名称平均声能衰减系数（dB/cmMHz）频率范围（ MHz）介质名称平均声能衰减系数（dB/cmMHz）频 率 范围（MHz）眼前房液0.10630心肌1.81.8晶状体2.00.33脑0.850.93.4血液0.181.0肝0.940.33.4脂肪0.630.87肾1.00.34.5骨髓1.01.0颅骨2.01.6人体人体组织组织的声能衰减系数的声能衰减系数半价半价层层指指标标： 组织内部传播的超声波，其强度衰减到初始值一半时所传播的距离，这个距离的大小，就是半价层的数值，单位为cm。 一些生物物质在不同频率下的吸收系数和半价层一些生物物质在不同频率下的吸收系数和半价层介质名称频率（MHz）介质吸收系数（ dB cm-1）半值层（cm）血液1.00.0235脂肪0.80.056.9肌肉0.80.13.6肝1.00.152.4颅骨0.81.50.232-2 2-2 超声探测的物理基础超声探测的物理基础2-2-1 超声波的发射和接收超声波的发射和接收 最普遍的方法-压电法1.正压电效应： （超声的接收） 机械压力压电材料电场分布 交变压力交变电场 交变电信号2. 逆压电效应：电致伸缩现象（超声的发射） 电场作用压电材料形变 交变电场压电材料伸缩机械振动超声波 2-2-2 换能器换能器1、换能器材料、换能器材料 超声诊断中应用的压电材料：自然生产的单晶体：石英、硫酸锂、碘酸锂、铌酸锂、酒石酸钾钠等；人工烧结的多晶陶瓷材料：铁电体压电材料有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)等。压电材料的性能参数： 压电常数d和g； 自由介电常数T (机械自由条件下)：d=gT 机电耦合系数K：Ec-通过逆压电效应转换的机械能Ee-输入的总电能Ep-通过正压电效应转换的电能Em-输入的总机械能2、 换能器的结构：换能器的结构：(1)单元换能器：单元换能器：主体：主体：a. 压电振子：直径约530mm，厚度由频率决定； b. 保护层：保护压电振子不被磨损和破坏。对声特性阻抗 Z和厚度d都有要求，一般取d=/4； c. 吸收块：吸收所有背向幅射的超声波能量。要求声阻抗与压电振子材料相近且衰减系数很大。环氧树脂+钨粉 、 环氧树脂+薄壁玻璃珠。 d. 声隔离：消除振动耦合对超声发射的影响。软木、橡皮、尼龙等材料壳体：壳体：支撑、密封、绝缘、承压、屏蔽以及保护压电元件。课本上的图例课本上的图例(2) 多元换能器：多元换能器： 一般有20256个阵元。线列阵(直线排列)或方阵等。线列阵换能器线列阵换能器 压电晶片的切割、压电晶片的切割、刻槽、粘接等加工工艺，刻槽、粘接等加工工艺，对其超声特性影响很大。对其超声特性影响很大。1 mmCurved ArraySingle Elements of the ArraysMulti Element Transducer Curved Array（3）*超声多普勒换能器： 发射和接收相互分开。又分分隔式、重叠式等。适合连续波工作。 *（4）特殊用途的超声探头（1）腔内探头（2）手术用探头（3）穿刺探头（4）儿科用探头（5）眼科用探头3、谐振与频率常数、谐振与频率常数 压电振子的工作状态：谐振（厚度为半波长奇数倍时） 压电振子的基频-最低的谐振频率（n=0时） 频率常数-压电片的厚度和频率的乘积为常数（n=0时） 设计时由工作频率确定晶片厚度。几种压电材料频率与厚度关系几种压电材料频率与厚度关系4、换能器的性能指标、换能器的性能指标谐振频率和反谐振频率；Q值和带宽；在谐振频率和反谐振频率时的阻抗；机电转换效率；工作温度范围；换能器的声场特性； 此外，换能器的性能稳定性也是重要参数。*压电振子谐振特性实验电路：压电振子谐振特性实验电路：*几个概念：几个概念： 最大导纳频率最大导纳频率/最最小阻抗频率小阻抗频率fm； 最小导纳频率最小导纳频率/最最大阻抗频率大阻抗频率fn； 谐振频率谐振频率fr； 反谐振频率反谐振频率fa； 次最大导纳频率次最大导纳频率fm1，fm2，和次和次最小导纳频率最小导纳频率fn1，fn2，； 次谐振频率次谐振频率fr1，fr2，和次反谐振和次反谐振频率频率fa1，fa2，； 基频基频fr与泛频。与泛频。几个定义： 谐振频率：在压电振子呈最小阻抗时的频率附近，存在一个使压电振子呈纯阻性的频率。 反谐振频率：在压电振子呈最大阻抗时的频率附近，存在一个使压电振子呈纯阻性的频率。 Q值：机械品质因素。衡量压电振子谐振时产生能量损耗的大小。 带宽：压电传感器的通频带（频率响应）。Q值决定其带宽。 机电转换效率：机电耦合系数KEs-谐振时压电元件储存的机械能量EL-谐振时压电元件机械损耗能量*Q值与带宽的关系：值与带宽的关系：影响影响Q值的因素：值的因素： 换能器与组织夹层存换能器与组织夹层存留空气留空气晶片背材的声阻抗晶片背材的声阻抗 同步脉冲的重复周期：t 35RC R0-调节衰减振荡的阻尼时间， L0-抵消探头的静电容。 发射的脉冲前沿一般约0.3s，能满足超声诊断发射脉冲的要求。2-2-3 发射电路发射电路 -产生高频电脉冲激励换能器发射超声脉冲波。图2.6 闸流管超声发射电路超声脉冲性能好坏，直接影响诊断的灵敏度和分辨率*以A型超声诊断仪为例 反射和折射所产生的各层回波带来了人体内部各层组织的幅度信息，利用这些信息及其变换可进行超声诊断：A超，B超，M超等。2-2-4 接收放大电路接收放大电路 -对超声回波信号进行接收放大和信号处理。1、接收放大器的性能、接收放大器的性能 ： -直接影响诊断仪的灵敏度、分辨率、盲区、动态范围等许多功能。对超声接收放大器的性能要求有：放大器的增益、带宽以及适用的频率范围；放大器的抗干扰能力和信噪比；放大器过载后的恢复能力；放大器的动态范围或线性范围。放大器的稳定性、寿命等。2、 A型诊断仪的接收电路型诊断仪的接收电路（1）接收电路的）接收电路的组成：组成：1）衰减：近程抑制2）高频放大3）对数压缩：调节信号动态范围4）灵敏度深度补偿（S.T.C电路）：补偿由于距离（深度）增大而造成的声能损失。5）检波：提取信号幅度信息6）抑制：滤掉杂散信号、突出信号前后沿，使脏器边界显示较清楚。7）视放：将视频信号放大到适合显示器的显示要求。（2）对数放大：对数放大：用于调节信号的动态范围 动态范围的定义：动态范围的定义：Umax、 Umin：输出和输入满足某一规律时最大、最小输入信号幅值。回声信号回声信号调辉型调辉型终端显示器终端显示器幅度不一，幅度不一，动态范围很大动态范围很大（100dB 左右）左右）视觉可辨亮度视觉可辨亮度变化范围仅有变化范围仅有dB左右左右 压缩压缩如果不压缩，如果不压缩，将使强信号图将使强信号图像一片模糊，像一片模糊，弱信号图像星弱信号图像星星点点，使有星点点，使有诊断价值的信诊断价值的信息丢失。息丢失。 使所使所显示示的的图像像层次更次更加丰富，表加丰富，表现力更力更强。 对数压缩的意义对数压缩的意义: :对数放大器对数放大器 由于反射系数的差别使相邻各反射体的回波大小差异很大，为了均衡这种差异必需用对数压缩技术。对数压缩后弱信号与强信号动态范围的变化情况：对数压缩后弱信号与强信号动态范围的变化情况：意义：意义： 超声在组织内部传播时必然引起能量的损失。因此从深部来的回波振幅势必比靠近换能器组织的回波振幅小得多，这使仪器难以发现远距离或介质衰减较大的脏器病变。为了兼顾远、近距离的探查能力，获得良好的显示，目前超声诊断设备中一般都有深度补偿电路，用以补偿由于距离增大而造成的声能损失。 （3）灵敏度深度补偿（）灵敏度深度补偿（STC）电路电路 -用以补偿由于距离增大而造成的声能损失。深度补偿原理：深度补偿原理：利用一个增益与声能在被查介质的衰减规律相反的放大器，来抵消由声能的衰减所造成的幅值下降。 * *结果：使介果：使介质中不同深度的中不同深度的相同声阻抗差界相同声阻抗差界面的回波在面的回波在显示示器上有相同器上有相同辉度度的的显示。示。2-2-5 超声成像仪的调节控制超声成像仪的调节控制1、发射及接收调节、发射及接收调节 发射调节：发射调节： 有些仪器在发射级加衰减器以调节发射超声强度，并附有分贝读数定量。 接收调节：接收调节：（1）近程抑制）近程抑制 减弱近区内过强的回波光点。通常在04cm段抑制040dB，可使皮下结缔组织、脏器浅部结构及其表层显示清晰。（2）远程提升）远程提升 补偿远区光点过少或过弱的问题。一般在810cm段提升05dB/cm。（3）增益调节）增益调节 使整幅图像的回波点增密或稀疏。总增益过大会降低图像的分辨率，一般为2080dB。（4）动态范围调节）动态范围调节 突出图形中的病变区域。一般设计在80120dB，可分级调节。2、显示和记录、显示和记录 回波显示回波显示：磁偏转中余辉绿色或余辉黑白显像管，应具有校正，辉度控制应适当。对比显示对比显示：同时显示第二幅、并接两幅小视野图像使之成为大视野图像、多至9幅的图像。图像记录图像记录：普通或即显胶片、磁带录像机近年开发的仪器还具有以下的功能：近年开发的仪器还具有以下的功能：光标测距光标测距字符显示字符显示 病人代号、性别、年龄、检查部位及脏器、检查日期等；部位及探头位置显示部位及探头位置显示 显示腹部、背部等处线条图形、探头放置位置及倾斜角；图像冻结装置图像冻结装置局部放大局部放大 放大24倍，以便观察小区内的细微变化；图像轮廓增强及自动面积计算图像轮廓增强及自动面积计算用计算机进行操作程序和信号处理的自动化、定量化。用计算机进行操作程序和信号处理的自动化、定量化。 2-3 2-3 超声诊断成像超声诊断成像（主要介绍脉冲回波成像设备）（主要介绍脉冲回波成像设备）2-3-1 超声诊断仪器概述超声诊断仪器概述 1、超声诊断设备种类繁多，以成像类型可分为：、超声诊断设备种类繁多，以成像类型可分为：（1） 一维图像显示（A超）（2） 二维断层显示 纵断层型（ B型） 横断层型（C型）（3） 时间-运动型（M型）（4） 多普勒型 （D型）（5）其他（透射型、声全息成像及综合型） 项目类型使用频率范围（MHz）主要检查对象检查能力直观程度方便程度价格A型0.520各科好，但与临床经验关系密切差好低断层显像型0.510各科好好可以贵M型0.510心脏好稍差稍贵多普勒型125心血管、胎儿对动目标好好最低透射成像型110各科好好差贵声全息型110各科发展中好差贵综合型120各科最好好差贵2、各类超声诊断设备的主要性能比较、各类超声诊断设备的主要性能比较2-3-2 A型和型和B型超声诊断仪型超声诊断仪对成像过程做如下假设：对成像过程做如下假设：（1）换能器表面直径远大于发射声波的波长；）换能器表面直径远大于发射声波的波长；-忽略衍射扩散忽略衍射扩散（2）超声波以同样的传播速度）超声波以同样的传播速度c穿过衰减系数相同的人穿过衰减系数相同的人体组织；体组织；-便于回波测距便于回波测距（3）被探查物为各向同性的弱反射子阵列。）被探查物为各向同性的弱反射子阵列。 -忽略二次反射忽略二次反射最基本的脉冲回波成像系统的组成：最基本的脉冲回波成像系统的组成：成成基本原理：基本原理： 利用超声波在传播路线上遇到媒质的不均匀界面能发生反射的物理特性，向人体内发射超声脉冲；当遇到人体组织和脏器界面时即有反射回波，检测这些回波信号就能对其进行接收放大和信号处理，最后在显示器上显示。回波测距原理：回波测距原理： 根据脉冲发出，到达界面然后返回到换能器，经过了来回往返的路程2L。因此，声源至界面的路程L为：L=ct/2c为声波在媒质中的传播速度，t为发出超声脉冲到接收界面反射回波时为止的一段时间。 依据不同界面的回波返回时间t，可以求出各个界面与换能器之间的距离，这就是广泛用于脉冲回波测距的理论基础。1、A型超声诊断仪：型超声诊断仪：振幅调制(Amplitude Modulation) 超声脉冲：持续时间几微秒，频率为15MHz，重复频率502000Hz 。 可在一定程度上对病灶进行定性分析。 应用最多的是对肝、胆、脾、肾、子宫等的检查，尤其对眼内异物，A超比X线透视检查更方便、准确。推车式推车式B超超2、B型超声诊断仪型超声诊断仪 辉度调制(Brightness modulation)便携式便携式B超超B型图像型图像 （1）B型成像的特点：型成像的特点：l采用辉度调制：人体组织或脏器-二维超声断层图运动脏器-实时动态显示。l声束移动扫过一个平面： 线扫-水平方向快速等间隔电子扫描；扇扫-波束指向等角度机械或电子扫描。l实时动态显示：扫描速度相当快-对运动脏器稳定取样；连续不断的扫描-实时动态显示。 1）探头移动与探头移动与B型图像的形成型图像的形成显示二维显示二维切面图像切面图像（2）工作原理）工作原理原理小结原理小结:1、依据超声脉冲回波成像超声脉冲回波成像，电路结构与A型大体相同但更复杂。2、与A型在显示方式上的不同之处：辉度调制辉度调制 回波阴、栅的电势差阴极发射电子数荧光屏上光点辉度纵向纵向-界面深度（时间基线加在垂直偏转板）界面深度（时间基线加在垂直偏转板）发射一束超声接收一系列回波显示一串自上而下的光点群光点间距-界面间的距离；光点亮度-回波信号的强度。横向横向-声束位置（声束位置信号加在水平偏转板）声束位置（声束位置信号加在水平偏转板） 探头水平扫描获得一系列光点群形成二维切面图像。（3）声束扫描技术）声束扫描技术-要求声线密、扫描速度快要求声线密、扫描速度快扫查方式：扫查方式： 机械扫查：机械扫查：1）直线型机械扫查2）扇形机械扫查 3）弧型机械扫查 4）复合扫查（提高信噪比，使图像更清晰） 电控扫查电控扫查 1）线阵扫查）线阵扫查（观察腹部脏器-肝、胆、肾、脾、子宫)采用多元阵电子线阵探头。电子开关将激励电压顺序加到各分立的晶片上，各晶片也就按一定的时序依次发射超声完成扫查。线阵探头多采用组合发射和接收。每一阵元组发射/接收一次形成一条扫描线。 声线间隔（线距）各阵元间隔声线间隔（线距）各阵元间隔（即各阵元中心间距（即各阵元中心间距d d）总线数总阵元数总线数总阵元数n n 每组每组阵元数阵元数m +1m +1a a） 常规线扫：常规线扫：-相邻声束间错开一个阵元相邻声束间错开一个阵元 线距阵元间隔线距阵元间隔的一半；的一半；总线数总线数: -线数增加了线数增加了倍。倍。现代超中用得最多的一种现代超中用得最多的一种 6-522b）半间距线扫）半间距线扫 -相邻声束间错开半个阵元相邻声束间错开半个阵元：发射延射延迟时间 d：阵元中心元中心间距距 : : 偏偏转角角 4-2（2）相控阵扫查）相控阵扫查（扇形扫查，适用于心脏的检查） 采用多元相控阵电子探采用多元相控阵电子探头。头。 原理：激励电压按原理：激励电压按等差等差时间延迟时间延迟依次加在各阵依次加在各阵元上，控制各阵元声束元上，控制各阵元声束的初始相位。当各阵元的初始相位。当各阵元依次发射超声束时，引依次发射超声束时，引起阵元组的合成起阵元组的合成声束方声束方向发生偏转向发生偏转。 激励信号的延激励信号的延迟时间按二按二次曲次曲线级差分布差分布 相控相控阵中的波束偏中的波束偏转与波与波束聚焦往往束聚焦往往结合使用，以合使用，以获得又偏得又偏转又聚焦的波束。又聚焦的波束。 4-4相控阵电子聚焦：相控阵电子聚焦：2-3-3 B型超声成像系统的分辨率型超声成像系统的分辨率 1、 直径分辨力及其与超声波波长的关系直径分辨力及其与超声波波长的关系 直径分辨力直径分辨力-仪器能分辨病灶最小直径的能力。 主要与超声波长主要与超声波长有关。有关。 当超声波长与病灶直径相比较大时，衍射现象显著，不能对病灶形成明显反射。 多用超声波的多用超声波的5来表征。来表征。 一般认为病灶直径为5时，才有明显反射，可分辨其存在。2. 纵向分辩力及其与脉宽的关系纵向分辩力及其与脉宽的关系（1）最小探测深度最小探测深度dmin与脉宽与脉宽的关系的关系 （实际值比理论值大数倍）（实际值比理论值大数倍）最小探测深度以内的最小探测深度以内的距离称为距离称为 “盲区盲区”. 由于TR探头既发射又接收超声，但二者不能同时进行，只有当TR探头发射完处于静止期时，才能接收，但从超声发射到被检组织反射回探头，需经历一段时间，若该时间小于脉宽，发射波与反射波重合，探头便无法接收。（2）纵深分辨率与脉宽纵深分辨率与脉宽之间的关系：之间的关系：纵向分辩力纵向分辩力-能分辨开媒质中的前后(纵深)方向两点的能力。 常用能分辨出的纵深方向两点间的最小距离来估计，如图中所示为A、B两物之间能产生两个反射波的最小距离X。 人体软组织中，脉宽与纵深可辨距离关系：人体软组织中，脉宽与纵深可辨距离关系：脉宽/s10521脉宽距离c/mm157.531纵深可辨距离x/mm7.53.751.50.75 纵深分辨率与脉宽纵深分辨率与脉宽之间的关系：之间的关系： x 纵深分辨力纵深分辨力CBA 圆形晶片：近场处的分辨力要高于远场处。 聚焦型探头：焦区内横向分辨力好。3、横向分辨率及其与超声波束直径的关系、横向分辨率及其与超声波束直径的关系 横向分辨率横向分辨率-横向平面上对相邻两点的分辨能力。 横向分辨率与声束的直径（粗细）有关。横向分辨率与声束的直径（粗细）有关。 *图像质量主要取决于横向分辨力。图像质量主要取决于横向分辨力。a-晶片半径，晶片半径，f-透镜焦距透镜焦距 衰减系数随频率提高而增大，超声衰减加大，影响传播距离。传播距离。f 提高 下降x下降纵向分辨力提高； f 提高 下降声束直径下降y下降横向分辨力提高；f 提高 下降直径分辨力提高。 -提高频率对诊断探测介质的微细结构有利。4、最佳工作频率的选择：最佳工作频率的选择： 超声频率超声频率f与分辨力的关系：与分辨力的关系： 频率与超声衰减的关系：频率与超声衰减的关系： 综合考虑，折衷选择综合考虑，折衷选择2-3-4 M型超声诊断仪型超声诊断仪（辉度调制型）（辉度调制型） 检查人体中运动脏器(心脏、胎儿、胎心、动脉血管等)的功能； 显示一维运动曲线，不能获得二维解剖图像。1、M型显示的心脏跳动示意图：辉度显示，水平展开2、工作原理、工作原理:深度扫深度扫描电路描电路显示器显示器时间慢扫时间慢扫描电路描电路信号接收处理信号接收处理同步同步信号信号发射器发射器探头探头ZYX重复频率重复频率 kHz工工 频频 2.5MHz 探头位置固定探头位置固定 视频信号（回波）视频信号（回波）深度扫描深度扫描Y轴（显示器的垂直偏转板）轴（显示器的垂直偏转板）时间慢扫描时间慢扫描X轴（显示器的水平偏转板）轴（显示器的水平偏转板）Z轴（显示器的阴极或控制栅极轴（显示器的阴极或控制栅极 ）1、 C型超声诊断仪：型超声诊断仪： C型可获得一个与换能器发射波束主轴相垂直的断层平面图像。多元线阵探头-水平面上x方向（电子扫描）、y方向（机械扫描）； 接收回路设置距离选择开关（时间为常数）。2-3-5 C型型/F型超声诊断仪型超声诊断仪2、F型超声诊断仪：型超声诊断仪： 扫描运动方向与C型相同，但距离选通脉冲变化（开通时间变化-线性变量或者非线性函数）； 可选任意角度平面来成像，从而获得既不平行又不垂直于B型平面的深度切面图 -在Z方向为一切面(线性变量)或一曲面（非线性函数）声像图。2-3-6 超声断层成像技术的发展超声断层成像技术的发展以应用最广泛的B超为例：第一代B型：20世纪60年代的单探头慢扫描式（手动）第二代B超：快速机械扫描式第三代B超：高速实时多元探头电子扫描式第四代B超：以微机图像处理为主导（1）第一代）第一代B超：单探头慢扫描超：单探头慢扫描B超。超。（2） 第二代第二代B超：快速机械扫描式超：快速机械扫描式 与第一代的区别：用机械探头代替了手动扫查（实时显示可达33帧/秒）。多用于扇形扫查而不是线扫（位置信号要进行极坐标转化）A-常数，代表扫描线全长对应的电压；-探头偏离垂直线的角度，即入射角。 实现快速机械扫查的一种方式-旋转探头： 相控阵声束扫描原理：相控阵声束扫描原理： 激励电压按等差时间延迟； 以相反的时序规律接收回波，以获得角接收的指向性。（3）第三代）第三代B超：超：电子线扫或相控阵扫描声束偏转声束偏转声束聚焦声束聚焦相控阵扇扫的工作原理图相控阵扇扫的工作原理图 ：（4）第四代）第四代B超：超：在第三代B超内加入微处理机 具有具有DSP系统系统(数字扫描信息处理系统数字扫描信息处理系统)功能，包括：功能，包括： 产生相控阵所需的相控信号及扫描同步信号等； 对图像进行冻结、慢扫描、黑白翻转等各种显示； 采用内插技术使图像清晰； 同时显示B型、A型和M型扫查图像及多幅B型图像； 产生多种形式的TGC(时间增益补偿)信号； 显示必要的文字、符号、数字对图像加以说明； 进行长度、深度、周长、面积、体积、频率(心率)周期、速度、心输出量以至胎龄的计算与显示等. 1、灰度显示技术：灰度显示技术： 灰度色与灰度级灰度色与灰度级 灰度色灰度色-纯白、纯黑以及两者中的一系列从黑到白的过渡色。 灰度级灰度级-显示器中显示像素点的亮暗差别，从黑到白分为若干等级。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。2-3-7 B超断层显像的灰度与颜色超断层显像的灰度与颜色人眼对灰度的分辨能力仅有几十级灰度显示：灰度显示： 影像信号电平最亮的为白色电平，最暗的为黑色电平，影像信号电平最亮的为白色电平，最暗的为黑色电平，介于二者之间的为灰色电平。介于二者之间的为灰色电平。 视频信号视频信号灰度编码灰度编码显示显示大界面回波-脏器轮廓外形-大为压缩。小界面回波-组织器官内部细微结构-放大，分级显示。血液、电子噪声等-压缩到0。 灰度显示的改进：突出感兴趣的区域灰度显示的改进：突出感兴趣的区域 电子线路电子线路回波强度分级显示回波强度分级显示控制荧光屏的辉度控制荧光屏的辉度弱回波得以不同灰度显示，从而丰富了黑白间的层次，细节更清楚。红黄红黄白白紫红湖蓝紫红湖蓝蓝蓝绿绿（2）*彩色显示：彩色显示： 伪彩色显示：伪彩色显示：（适用于静态观察）视频信号视频信号量化为阶调信号量化为阶调信号伪彩色编码伪彩色编码彩色图像彩色图像 彩色编码显示可以将图像显示的动态范围大为扩大。彩色编码显示可以将图像显示的动态范围大为扩大。灰度灰度64级级三基色三基色(红、蓝、绿红、蓝、绿) 643级（级（4096倍）倍） 人眼对彩色的分辨能力可达上千级。3、B超的医学应用：超的医学应用： 主要应用于腹腔和胸腔内脏的检查 静态观察（检查肝、肾、脾、胰、胃、胆、肠、子宫等内部脏器和组织）； 动态观察（检查心脏、胎儿活动等）； 脑部肿物及眼科检查。