第八章超聲波成像南華大學(xué)?核科學(xué)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)第八章超聲波成像南華大學(xué)?核科學(xué)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像物理1第一節(jié)超聲回波所攜帶的信息

第八章超聲波成像第一節(jié)超聲回波所攜帶的信息第八章超聲波成像2一、反射和散射回波超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶。一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面反射波和小粒子散射波兩種成分，其中反射波的幅值通常大于散射波的幅值。人體組織和臟器具有不同的聲速和聲特性阻抗，在界面上會(huì)反射聲波。但這些界面兩側(cè)介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)差異通常并不很大，所以大部分超聲能量穿過界面繼續(xù)向前傳播待遇到第二個(gè)界面時(shí)，又產(chǎn)生回波，并仍有很大部分超聲能量穿過第二界面繼續(xù)前進(jìn)。一、反射和散射回波超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜3超聲波反射成像補(bǔ)償增益界面1界面2超聲波反射成像補(bǔ)償增益界面1界面24除了大界面的反射和折射之外，散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最基本現(xiàn)象。反射回波主要攜帶的是超聲成像的位置信息，而散射波則攜帶了被測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。超聲與介質(zhì)相互作用時(shí)，波前方向、幅度、相位及頻率由于介質(zhì)非均勻性對超聲波再輻射而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為超聲波的散射，將入射波和散射波相干形成的超聲波場稱為散射波場。除了大界面的反射和折射之外，散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最5在人體中，根據(jù)生物組織的不同生理功能，可將其分為上皮組織、肌肉組織、神經(jīng)組織和結(jié)締組織四種基本類型。這些生物組織之間聲學(xué)特性（聲特性阻抗、聲衰減系數(shù)等）不同，因此超聲通過的時(shí)候要產(chǎn)生反射和散射回波。使用多普勒技術(shù)測量血流狀態(tài)主要是通過超聲在這些血細(xì)胞上的散射回波來獲取信息。在人體中，根據(jù)生物組織的不同生理功能，可將其分為上皮組織、肌6二、超聲成像的基本特征超聲診斷成像的基本原理以三個(gè)物理假定為前提：①聲束在介質(zhì)中以直線傳播，以此可估計(jì)成像的方位；②在各種介南中聲速均勻一致，以此估計(jì)成像的局面；③在各種介質(zhì)中的吸收系數(shù)均勻一致，以此確定增益補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)參數(shù)。二、超聲成像的基本特征超聲診斷成像的基本原理以三個(gè)物理假定為7在人體組織和臟器不同的層面上，由于聲特性阻抗不同，產(chǎn)生回波的位置可根據(jù)脈沖發(fā)生并達(dá)到界面以及返回所經(jīng)歷的往返路程與聲速的關(guān)系確定。聲源至界面的距離為

依據(jù)不同界面的回波時(shí)間t，可以求出各個(gè)界面與換能器之間的距離，這就是廣泛用于脈沖回波測距的理論基礎(chǔ)。在人體組織和臟器不同的層面上，由于聲特性阻抗不同，產(chǎn)生回波的8超聲波有連續(xù)波，也有脈沖波。由于脈沖檢測技術(shù)除了能對回聲界面定位外，還因?yàn)橄撕軓?qiáng)的發(fā)射信號(hào)對反射信號(hào)的影響，具有較高的靈敏度。所以目前在臨床上應(yīng)用的超聲診斷儀除了普通的多普勒診斷儀以外都是采用脈沖式的。超聲回波信號(hào)中含有目標(biāo)的多種信息，如幅度、頻率、相位、時(shí)間等。對于不同的診斷設(shè)備，終顯領(lǐng)帶所顯示的信息不同。超聲波有連續(xù)波，也有脈沖波。9第二節(jié)M超與B超原理

第八章超聲波成像第二節(jié)M超與B超原理第八章超聲波成像10超聲成像成像類型一維圖像顯示：即A型超聲診斷儀，它對回波實(shí)施幅度調(diào)制（amplitudemodulation），即回波的脈沖大小決定顯示器中脈沖的幅度。斷層顯示：時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：多普勒型：超聲成像成像類型一維圖像顯示：11斷層顯示：B型超聲診斷儀：對回波初稿輝度調(diào)制，探頭直線掃描人體時(shí)，可以在示波管或屏上用輝度的強(qiáng)弱表示相應(yīng)的回波幅度，從而得到一個(gè)縱切面斷層圖像。P型：類似B型，也稱扇形掃描。BP型：是B型和P型的結(jié)合，可使探頭始終保持和人體的曲面垂直。為了突出各種類型的主要特點(diǎn)，將斷層顯示部分均稱為B型。斷層顯示：12時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：簡稱M型，對回波也是輝度調(diào)制，但探頭位置固定，用縱軸表示臟器深度，橫軸表示時(shí)間，故可構(gòu)成一幅各反射界面的活動(dòng)曲線圖，以進(jìn)行超聲心動(dòng)描記等。多普勒型：將發(fā)射頻率與接收頻率進(jìn)行比較，利用多普勒效應(yīng)對人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的組織或器官進(jìn)行探查，如血流、心臟等。其他處于實(shí)驗(yàn)階段的超聲診斷技術(shù)，如透射型、聲全息成像及綜合型等。時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：13一、M超原理M型超聲診斷儀（簡稱M超）是在A超基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，適用觀察心臟的運(yùn)動(dòng)狀況，又有超聲心動(dòng)儀之稱。M超原理如圖所示：一、M超原理M型超聲診斷儀（簡稱M超）是在A超基礎(chǔ)上發(fā)展起來14

M超可歸納以下三方面特點(diǎn)：M超中的深度掃描信號(hào)（鋸齒波信號(hào)）不像A超那樣加到X偏轉(zhuǎn)板，而是加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，于是掃描線是從上向下掃描，回波信號(hào)（亮度）距頂部的距離表示被探查組織界面的深度。接收電路的輸出信號(hào)不是加到X或Y偏轉(zhuǎn)板，而是加到亮度調(diào)制柵極（G）。當(dāng)有回波信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，并不像A超那樣顯示波形而是顯示亮點(diǎn)，亮點(diǎn)的強(qiáng)弱代表回波信號(hào)的幅度，多個(gè)界面的回波形成一系列垂直亮點(diǎn)。M超可歸納以下三方面特點(diǎn)：15M超中增加了一個(gè)時(shí)間掃描信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生的信號(hào)加到X偏轉(zhuǎn)板上。如果沒有時(shí)間掃描信號(hào)，即被測心臟的運(yùn)動(dòng)，各界面空間位置發(fā)生的位移在顯示屏上表現(xiàn)為一系列亮點(diǎn)沿一條直線上下移動(dòng)。加上時(shí)間掃描信號(hào)后，則垂直掃描線自左向右慢慢移動(dòng)，周期為1~10s，于是形成了二維的圖像，把臟器各界面隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)沿X軸展開，這樣可以從圖像上很容易判斷臟器各部分運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。M超中增加了一個(gè)時(shí)間掃描信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生的信號(hào)加到X偏轉(zhuǎn)板16M型超聲技術(shù)基本原理：放大檢波除雜波脈寬調(diào)制選通門灰度放大顯示器激勵(lì)型號(hào)產(chǎn)生探頭同步距離展開（行掃描）時(shí)間展開（幀掃描）XYZM型超聲技術(shù)基本原理：放大檢波除雜波脈寬調(diào)制選通門灰度放大顯17二、B超原理B型超聲診斷儀是第二代超聲診斷儀，也是當(dāng)今世界使用最廣泛的超聲診斷儀。它采用回波信號(hào)的幅度調(diào)制顯示器灰度，故又稱灰度調(diào)制式。它以明暗不同的光點(diǎn)反映回聲變化，在影屏上顯示9-64個(gè)等級(jí)的灰度圖象強(qiáng)回聲光點(diǎn)明亮，弱回聲光點(diǎn)黑暗按掃描線逐行顯示隨深度變換的回波信號(hào)即構(gòu)成一幅二維切面圖象。二、B超原理B型超聲診斷儀是第二代超聲診斷儀，也是當(dāng)今世界使18B超原理框圖放大檢波激勵(lì)信號(hào)視頻放大顯示器電子掃描探頭同步方位展開XYZTGC距離展開B超原理框圖放大檢波激勵(lì)信號(hào)視頻放大顯示器電子掃描探頭同步方191、輝度調(diào)制式斷層圖像的形成

B超的回波信號(hào)加在電子槍陰極或控制柵極上，不同深度上的回波對應(yīng)圖像上一個(gè)個(gè)光點(diǎn)。光點(diǎn)的亮度由回波幅度線性控制，與發(fā)射脈沖同步的時(shí)間掃描電壓是加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的，即時(shí)間基線是在Y軸上，這樣自上而下的一串光點(diǎn)表示在各個(gè)深度界面上的回波。當(dāng)聲束沿一直線移動(dòng)時(shí)，相應(yīng)圖像將表現(xiàn)為二維斷層形態(tài)圖像。1、輝度調(diào)制式斷層圖像的形成20B型和M型的主要差別在于聲線掃描的產(chǎn)生與顯示器上對應(yīng)的斷層圖像的形成。M型幀掃描加的是一個(gè)與時(shí)間成線性關(guān)系的慢變化，它的變化速率只要能使心臟等器官的動(dòng)態(tài)狀況顯示清楚即可；而B超的幀掃描則一定要和聲線的實(shí)際位置嚴(yán)格對應(yīng)，否則顯示的斷層圖像就會(huì)失真，無法根據(jù)斷層圖像來確定組織的相應(yīng)位置。B型和M型的主要差別在于聲線掃描的產(chǎn)生與顯示器上對應(yīng)的斷層圖21

2、B超中的掃描、扇掃電子線性掃描（electroniclinearscan）：電子線性掃描是以線陣式探頭為基礎(chǔ)，以電子開關(guān)或全數(shù)字化系統(tǒng)控制陣元組順序發(fā)射來實(shí)現(xiàn)的。陣元數(shù)已從早期的40、120發(fā)展到現(xiàn)在的256、400等。每次發(fā)射和接收聲波時(shí)，將若干個(gè)陣元偏為一組，由一組陣元產(chǎn)生一束掃描聲束，并接收信號(hào)，然后由下一組陣元發(fā)射下一束，并接收。掃描聲束發(fā)射按陣元組順序，相當(dāng)一個(gè)聲束線性平移。每次接收到的回波信號(hào)經(jīng)過處理后加在顯示器Z軸上，調(diào)制其亮度。由Y軸表示回波深度，X軸對應(yīng)聲束掃描的位置，由此合成一幅矩形超聲斷面圖像。2、B超中的掃描、扇掃22相控陣扇形掃描：電子扇形掃描也常稱相控陣掃描。它采用尺寸較小的多陣元換能器發(fā)射和接收聲束，使聲束很容易通過胸部肋骨小窗口透入體內(nèi)作扇形掃描，以達(dá)到探測整個(gè)心臟的目的。相控陣超聲斷層成像是借鑒雷達(dá)天線相控掃描原理構(gòu)成的，它利用線陣式換能器陣元發(fā)射時(shí)有一定的位相延遲，使合成聲束的軸線與線陣平面中心線有一夾角，隨夾角的變化可實(shí)現(xiàn)扇形掃描。相控陣扇形掃描：23在掃描中各陣元之間如果同時(shí)被激勵(lì)，各子波的包跡組成平面波垂直于換能器表面；若相鄰各陣元被激勵(lì)時(shí)依次有一個(gè)時(shí)間差，所發(fā)射聲束將偏離原垂直方向，如圖所示，依次激勵(lì)的各陣元組之間有一個(gè)順序變化的相位差，合成聲束也會(huì)有一角度的變化，如果聲束與陣列的法線成角，對不同陣元組，延遲時(shí)間變化時(shí)，角也變。如果顛倒陣元激勵(lì)順序，合成聲束將偏轉(zhuǎn)到陣列法線另一側(cè)。在掃描中各陣元之間如果同時(shí)被激勵(lì)，各子波的包跡組成平面波垂直24彩色多普勒血流成像超聲波成像課件25第三節(jié)超聲多普勒成像原理

第八章超聲波成像第三節(jié)超聲多普勒成像原理第八章超聲波成像26超聲多普勒技術(shù)(ultrosonicdopplertechnique)是研究和應(yīng)用超聲波由運(yùn)動(dòng)物體反射或散射所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的一種技術(shù).它在醫(yī)學(xué)臨床診斷中用于心臟、血管、血流和胎兒心率的診斷,相應(yīng)的儀器有超聲血流測量儀,超聲胎心檢測儀、超聲血管顯像儀以及超聲血壓計(jì)等。一、概述超聲多普勒技術(shù)(ultrosonicdopplertec27當(dāng)超聲源與反射或散射目標(biāo)之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí),接收到的回波信號(hào)將產(chǎn)生多普勒頻移,頻移程度與相對運(yùn)動(dòng)速度幅值和方向有關(guān).在醫(yī)用超聲多普勒技術(shù)中,發(fā)射和接收換能器固定,由人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生多普勒頻移,由此可確定運(yùn)動(dòng)速度大小及方向及其在斷層上的分布.當(dāng)超聲源與反射或散射目標(biāo)之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí),接收到的回波信號(hào)28二、多普勒超聲信號(hào)的采集和處理１.方向信息的提取

方向信息的提取是建立在濾波的基礎(chǔ)之上的．通過數(shù)字濾波器可選擇出信號(hào)中的某些頻率成分，衰減掉其他頻率成分．方向信息的提取方法有三種：（１）單邊帶分離法（２）外差式檢測法（３）正交相位檢測法二、多普勒超聲信號(hào)的采集和處理１.方向信息的提取29２.血流速度大小的提取

血流測量就一個(gè)基本問題就是從多普勒音頻信號(hào)中提取速度信息，即實(shí)現(xiàn)頻率－－電壓的轉(zhuǎn)換．速度提取的方法有三種：（１）過零檢測法（２）平均頻率解調(diào)（３）頻譜分析方法２.血流速度大小的提取30３.流速分別測量

超聲多普勒對血流速度的測量是通過聲束在血細(xì)胞上的回波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的．但是在血管中，血球的速度并不一致，所以代表的血流速度有一個(gè)空間分布．對這種速度分布的測量通常有兩種方法：（１）多道距離選通法（２）單道相位檢測法３.流速分別測量31三、基本工作過程超聲多普勒彩超的基本工作過程由以下三個(gè)步驟組成:(1)發(fā)射固定頻率的脈沖/連續(xù)式超聲波.(2)提取頻率已變的回聲.(3)將回聲頻率與發(fā)射波頻率f相比,獲得多

頻移fD,取正負(fù)值.

經(jīng)過以上步驟,在進(jìn)行接下來的解調(diào)及后處理,我們就可以得到一幅彩色多普勒圖像。三、基本工作過程超聲多普勒彩超的基本工作過程由以下三個(gè)步驟組32第四節(jié)脈沖多普勒技術(shù)

第八章超聲波成像第四節(jié)脈沖多普勒技術(shù)第八章超聲波成像33連續(xù)波多普勒和脈沖波多普勒1.連續(xù)多普勒超聲測量儀

其換能器發(fā)射的是連不間短的聲信號(hào)，這種信號(hào)遇到運(yùn)動(dòng)物體時(shí)的發(fā)射信號(hào)也是連續(xù)波信號(hào)；其使用的是雙晶體片探頭，一個(gè)晶片連續(xù)地發(fā)射脈沖波，另一個(gè)晶片連續(xù)地接收發(fā)射回聲．連續(xù)式多普勒有測量高速血流的能力，但是缺乏距離選通的能力，無法確定聲束內(nèi)回聲信號(hào)的來源，故不能進(jìn)行定位診斷．連續(xù)波多普勒和脈沖波多普勒1.連續(xù)多普勒超聲測量儀34２.脈沖式多普勒超聲檢測儀

脈沖式多普勒血流儀發(fā)射的是脈沖波，發(fā)射和接收超聲是由同一塊晶體完成的；具有沿超聲束的不同深度對某一區(qū)域的多普勒信號(hào)進(jìn)行定位檢測的能力，即距離選通，增加了血流定位探測的準(zhǔn)確性．其主要缺點(diǎn)是所測流速值受到脈沖重復(fù)頻率的限制。２.脈沖式多普勒超聲檢測儀35第五節(jié)彩色多普勒血流成像

第八章超聲波成像第五節(jié)彩色多普勒血流成像第八章超聲波成像36一、概述彩色多普勒血流儀多采用脈沖超聲多普勒成像系統(tǒng)。利用多道選通技術(shù)可在同一時(shí)間內(nèi)獲得多個(gè)采樣容積上的回波信號(hào)，結(jié)合相控陣掃描對此斷層上采樣容積的回波信號(hào)進(jìn)行頻譜或自相關(guān)處理，獲得速度大小、方向及方差信息；同時(shí)濾去遲緩部位的低頻信號(hào)，再將提取的信號(hào)轉(zhuǎn)變成紅色、藍(lán)色、綠色的色彩顯示。利用先進(jìn)的實(shí)時(shí)二維彩色超聲多普勒成像系統(tǒng)，使血流圖象與B超同時(shí)顯示，不僅可展現(xiàn)解剖圖象，還可顯示在心動(dòng)周期不同時(shí)相上的血流情況。一、概述彩色多普勒血流儀多采用脈沖超聲多普勒成像系統(tǒng)。利用多37二、自相關(guān)技術(shù)自相關(guān)技術(shù)是檢測兩個(gè)信號(hào)間位相差的一種方法．即使探頭和反射血細(xì)胞之間的距離不能知道，只要能檢測到接連發(fā)射的相鄰兩個(gè)超聲脈沖回聲之間的位相差，就可以求得探測位置的血流速度．而位相差的正負(fù)則指示了血流方向。二、自相關(guān)技術(shù)自相關(guān)技術(shù)是檢測兩個(gè)信號(hào)間位相差的一種方法．即38三、信號(hào)輸出的顯示方式用自相關(guān)技術(shù)獲得的血流資料必須經(jīng)頻率－色彩編碼器轉(zhuǎn)換成彩色，實(shí)時(shí)的疊加在B型的黑白圖象上，才能被人的肉眼所分辨并用于診斷。彩色多普勒血流顯像儀采用國際照明委員會(huì)規(guī)定的彩色圖，它有紅、綠、藍(lán)三種基本顏色。

血流的彩色顯示規(guī)律三、信號(hào)輸出的顯示方式用自相關(guān)技術(shù)獲得的血流資料必須經(jīng)頻率－39四、彩超的主要特點(diǎn)彩色血流圖象是顯示在B型圖像上的，二維多普勒血流取樣必須與B型圖像相重合，所以用一個(gè)高速相控陣掃描探頭來實(shí)現(xiàn)兩種顯像．二維彩色多普勒廣泛采用自相關(guān)技術(shù)作信號(hào)處理經(jīng)自相關(guān)技術(shù)獲得的血流信息，必須送入一個(gè)彩色處理器，經(jīng)過編碼后再送彩色顯示器顯示四、彩超的主要特點(diǎn)彩色血流圖象是顯示在B型圖像上的，二維多普401、彩色多普勒與B型超聲人體血流中的紅細(xì)胞對超聲的散射作用雖然比較強(qiáng)，但由于散射超聲能量很弱，故紅細(xì)胞是一個(gè)低的回聲源，在B型灰階顯像中這種信號(hào)是以黑色顯示的。到目前為止，B型顯像儀還不能顯示血流。彩色多普勒血流儀則通過對散射回聲的多普勒信息作相位檢測并經(jīng)自相關(guān)處理、彩色灰階編碼，把血流速度信息以彩色顯示，再組合到B型灰階圖像上。彩色多普勒血流顯像的出現(xiàn)，使超聲心動(dòng)圖發(fā)展到了一個(gè)新的階段。1、彩色多普勒與B型超聲人體血流中的紅細(xì)胞對超聲的散射作用雖412、彩色多普勒與頻譜多普勒脈沖多普勒和連續(xù)波多普勒并不顯示血流圖像，對血流的探測不是直觀的，而是通過頻譜的變化加以分析，進(jìn)而了解血流運(yùn)動(dòng)和變化的情況。彩色多普勒血流顯像對血流的顯示是直觀的，它對于辨別血流流動(dòng)中的湍流、了解流速在心血管內(nèi)的分布等較脈沖多普勒更快更好。但是，對血流的定量測定來說，脈沖多普勒和連續(xù)波多普勒是必備的工具，目前的彩色多普勒血流儀尚不具備定量功能。2、彩色多普勒與頻譜多普勒脈沖多普勒和連續(xù)波多普勒并不顯示血42第六節(jié)超聲圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)

第八章超聲波成像第六節(jié)超聲圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)第八章超聲波成像43超聲圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)空間分辨力清晰均勻性聲像圖的特征偽像及其形成原因偽像分類與識(shí)別超聲圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)空間分辨力44本章結(jié)束本章結(jié)束45第八章超聲波成像南華大學(xué)?核科學(xué)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)第八章超聲波成像南華大學(xué)?核科學(xué)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像物理46第一節(jié)超聲回波所攜帶的信息

第八章超聲波成像第一節(jié)超聲回波所攜帶的信息第八章超聲波成像47一、反射和散射回波超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶。一個(gè)典型的超聲回波應(yīng)包含大界面反射波和小粒子散射波兩種成分，其中反射波的幅值通常大于散射波的幅值。人體組織和臟器具有不同的聲速和聲特性阻抗，在界面上會(huì)反射聲波。但這些界面兩側(cè)介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)差異通常并不很大，所以大部分超聲能量穿過界面繼續(xù)向前傳播待遇到第二個(gè)界面時(shí)，又產(chǎn)生回波，并仍有很大部分超聲能量穿過第二界面繼續(xù)前進(jìn)。一、反射和散射回波超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜48超聲波反射成像補(bǔ)償增益界面1界面2超聲波反射成像補(bǔ)償增益界面1界面249除了大界面的反射和折射之外，散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最基本現(xiàn)象。反射回波主要攜帶的是超聲成像的位置信息，而散射波則攜帶了被測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。超聲與介質(zhì)相互作用時(shí)，波前方向、幅度、相位及頻率由于介質(zhì)非均勻性對超聲波再輻射而發(fā)生變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為超聲波的散射，將入射波和散射波相干形成的超聲波場稱為散射波場。除了大界面的反射和折射之外，散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最50在人體中，根據(jù)生物組織的不同生理功能，可將其分為上皮組織、肌肉組織、神經(jīng)組織和結(jié)締組織四種基本類型。這些生物組織之間聲學(xué)特性（聲特性阻抗、聲衰減系數(shù)等）不同，因此超聲通過的時(shí)候要產(chǎn)生反射和散射回波。使用多普勒技術(shù)測量血流狀態(tài)主要是通過超聲在這些血細(xì)胞上的散射回波來獲取信息。在人體中，根據(jù)生物組織的不同生理功能，可將其分為上皮組織、肌51二、超聲成像的基本特征超聲診斷成像的基本原理以三個(gè)物理假定為前提：①聲束在介質(zhì)中以直線傳播，以此可估計(jì)成像的方位；②在各種介南中聲速均勻一致，以此估計(jì)成像的局面；③在各種介質(zhì)中的吸收系數(shù)均勻一致，以此確定增益補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)參數(shù)。二、超聲成像的基本特征超聲診斷成像的基本原理以三個(gè)物理假定為52在人體組織和臟器不同的層面上，由于聲特性阻抗不同，產(chǎn)生回波的位置可根據(jù)脈沖發(fā)生并達(dá)到界面以及返回所經(jīng)歷的往返路程與聲速的關(guān)系確定。聲源至界面的距離為

依據(jù)不同界面的回波時(shí)間t，可以求出各個(gè)界面與換能器之間的距離，這就是廣泛用于脈沖回波測距的理論基礎(chǔ)。在人體組織和臟器不同的層面上，由于聲特性阻抗不同，產(chǎn)生回波的53超聲波有連續(xù)波，也有脈沖波。由于脈沖檢測技術(shù)除了能對回聲界面定位外，還因?yàn)橄撕軓?qiáng)的發(fā)射信號(hào)對反射信號(hào)的影響，具有較高的靈敏度。所以目前在臨床上應(yīng)用的超聲診斷儀除了普通的多普勒診斷儀以外都是采用脈沖式的。超聲回波信號(hào)中含有目標(biāo)的多種信息，如幅度、頻率、相位、時(shí)間等。對于不同的診斷設(shè)備，終顯領(lǐng)帶所顯示的信息不同。超聲波有連續(xù)波，也有脈沖波。54第二節(jié)M超與B超原理

第八章超聲波成像第二節(jié)M超與B超原理第八章超聲波成像55超聲成像成像類型一維圖像顯示：即A型超聲診斷儀，它對回波實(shí)施幅度調(diào)制（amplitudemodulation），即回波的脈沖大小決定顯示器中脈沖的幅度。斷層顯示：時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：多普勒型：超聲成像成像類型一維圖像顯示：56斷層顯示：B型超聲診斷儀：對回波初稿輝度調(diào)制，探頭直線掃描人體時(shí)，可以在示波管或屏上用輝度的強(qiáng)弱表示相應(yīng)的回波幅度，從而得到一個(gè)縱切面斷層圖像。P型：類似B型，也稱扇形掃描。BP型：是B型和P型的結(jié)合，可使探頭始終保持和人體的曲面垂直。為了突出各種類型的主要特點(diǎn)，將斷層顯示部分均稱為B型。斷層顯示：57時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：簡稱M型，對回波也是輝度調(diào)制，但探頭位置固定，用縱軸表示臟器深度，橫軸表示時(shí)間，故可構(gòu)成一幅各反射界面的活動(dòng)曲線圖，以進(jìn)行超聲心動(dòng)描記等。多普勒型：將發(fā)射頻率與接收頻率進(jìn)行比較，利用多普勒效應(yīng)對人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的組織或器官進(jìn)行探查，如血流、心臟等。其他處于實(shí)驗(yàn)階段的超聲診斷技術(shù)，如透射型、聲全息成像及綜合型等。時(shí)間—運(yùn)動(dòng)型：58一、M超原理M型超聲診斷儀（簡稱M超）是在A超基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，適用觀察心臟的運(yùn)動(dòng)狀況，又有超聲心動(dòng)儀之稱。M超原理如圖所示：一、M超原理M型超聲診斷儀（簡稱M超）是在A超基礎(chǔ)上發(fā)展起來59

M超可歸納以下三方面特點(diǎn)：M超中的深度掃描信號(hào)（鋸齒波信號(hào)）不像A超那樣加到X偏轉(zhuǎn)板，而是加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，于是掃描線是從上向下掃描，回波信號(hào)（亮度）距頂部的距離表示被探查組織界面的深度。接收電路的輸出信號(hào)不是加到X或Y偏轉(zhuǎn)板，而是加到亮度調(diào)制柵極（G）。當(dāng)有回波信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，并不像A超那樣顯示波形而是顯示亮點(diǎn)，亮點(diǎn)的強(qiáng)弱代表回波信號(hào)的幅度，多個(gè)界面的回波形成一系列垂直亮點(diǎn)。M超可歸納以下三方面特點(diǎn)：60M超中增加了一個(gè)時(shí)間掃描信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生的信號(hào)加到X偏轉(zhuǎn)板上。如果沒有時(shí)間掃描信號(hào)，即被測心臟的運(yùn)動(dòng)，各界面空間位置發(fā)生的位移在顯示屏上表現(xiàn)為一系列亮點(diǎn)沿一條直線上下移動(dòng)。加上時(shí)間掃描信號(hào)后，則垂直掃描線自左向右慢慢移動(dòng)，周期為1~10s，于是形成了二維的圖像，把臟器各界面隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)沿X軸展開，這樣可以從圖像上很容易判斷臟器各部分運(yùn)動(dòng)的振幅、周期和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。M超中增加了一個(gè)時(shí)間掃描信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生的信號(hào)加到X偏轉(zhuǎn)板61M型超聲技術(shù)基本原理：放大檢波除雜波脈寬調(diào)制選通門灰度放大顯示器激勵(lì)型號(hào)產(chǎn)生探頭同步距離展開（行掃描）時(shí)間展開（幀掃描）XYZM型超聲技術(shù)基本原理：放大檢波除雜波脈寬調(diào)制選通門灰度放大顯62二、B超原理B型超聲診斷儀是第二代超聲診斷儀，也是當(dāng)今世界使用最廣泛的超聲診斷儀。它采用回波信號(hào)的幅度調(diào)制顯示器灰度，故又稱灰度調(diào)制式。它以明暗不同的光點(diǎn)反映回聲變化，在影屏上顯示9-64個(gè)等級(jí)的灰度圖象強(qiáng)回聲光點(diǎn)明亮，弱回聲光點(diǎn)黑暗按掃描線逐行顯示隨深度變換的回波信號(hào)即構(gòu)成一幅二維切面圖象。二、B超原理B型超聲診斷儀是第二代超聲診斷儀，也是當(dāng)今世界使63B超原理框圖放大檢波激勵(lì)信號(hào)視頻放大顯示器電子掃描探頭同步方位展開XYZTGC距離展開B超原理框圖放大檢波激勵(lì)信號(hào)視頻放大顯示器電子掃描探頭同步方641、輝度調(diào)制式斷層圖像的形成

B超的回波信號(hào)加在電子槍陰極或控制柵極上，不同深度上的回波對應(yīng)圖像上一個(gè)個(gè)光點(diǎn)。光點(diǎn)的亮度由回波幅度線性控制，與發(fā)射脈沖同步的時(shí)間掃描電壓是加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的，即時(shí)間基線是在Y軸上，這樣自上而下的一串光點(diǎn)表示在各個(gè)深度界面上的回波。當(dāng)聲束沿一直線移動(dòng)時(shí)，相應(yīng)圖像將表現(xiàn)為二維斷層形態(tài)圖像。1、輝度調(diào)制式斷層圖像的形成65B型和M型的主要差別在于聲線掃描的產(chǎn)生與顯示器上對應(yīng)的斷層圖像的形成。M型幀掃描加的是一個(gè)與時(shí)間成線性關(guān)系的慢變化，它的變化速率只要能使心臟等器官的動(dòng)態(tài)狀況顯示清楚即可；而B超的幀掃描則一定要和聲線的實(shí)際位置嚴(yán)格對應(yīng)，否則顯示的斷層圖像就會(huì)失真，無法根據(jù)斷層圖像來確定組織的相應(yīng)位置。B型和M型的主要差別在于聲線掃描的產(chǎn)生與顯示器上對應(yīng)的斷層圖66

2、B超中的掃描、扇掃電子線性掃描（electroniclinearscan）：電子線性掃描是以線陣式探頭為基礎(chǔ)，以電子開關(guān)或全數(shù)字化系統(tǒng)控制陣元組順序發(fā)射來實(shí)現(xiàn)的。陣元數(shù)已從早期的40、120發(fā)展到現(xiàn)在的256、400等。每次發(fā)射和接收聲波時(shí)，將若干個(gè)陣元偏為一組，由一組陣元產(chǎn)生一束掃描聲束，并接收信號(hào)，然后由下一組陣元發(fā)射下一束，并接收。掃描聲束發(fā)射按陣元組順序，相當(dāng)一個(gè)聲束線性平移。每次接收到的回波信號(hào)經(jīng)過處理后加在顯示器Z軸上，調(diào)制其亮度。由Y軸表示回波深度，X軸對應(yīng)聲束掃描的位置，由此合成一幅矩形超聲斷面圖像。2、B超中的掃描、扇掃67相控陣扇形掃描：電子扇形掃描也常稱相控陣掃描。它采用尺寸較小的多陣元換能器發(fā)射和接收聲束，使聲束很容易通過胸部肋骨小窗口透入體內(nèi)作扇形掃描，以達(dá)到探測整個(gè)心臟的目的。相控陣超聲斷層成像是借鑒雷達(dá)天線相控掃描原理構(gòu)成的，它利用線陣式換能器陣元發(fā)射時(shí)有一定的位相延遲，使合成聲束的軸線與線陣平面中心線有一夾角，隨夾角的變化可實(shí)現(xiàn)扇形掃描。相控陣扇形掃描：68在掃描中各陣元之間如果同時(shí)被激勵(lì)，各子波的包跡組成平面波垂直于換能器表面；若相鄰各陣元被激勵(lì)時(shí)依次有一個(gè)時(shí)間差，所發(fā)射聲束將偏離原垂直方向，如圖所示，依次激勵(lì)的各陣元組之間有一個(gè)順序變化的相位差，合成聲束也會(huì)有一角度的變化，如果聲束與陣列的法線成角，對不同陣元組，延遲時(shí)間變化時(shí)，角也變。如果顛倒陣元激勵(lì)順序，合成聲束將偏轉(zhuǎn)到陣列法線另一側(cè)。在掃描中各陣元之間如果同時(shí)被激勵(lì)，各子波的包跡組成平面波垂直69彩色多普勒血流成像超聲波成像課件70第三節(jié)超聲多普勒成像原理

第八章超聲波成像第三節(jié)超聲多普勒成像原理第八章超聲波成像71超聲多普勒技術(shù)(ultrosonicdopplertechnique)是研究和應(yīng)用超聲波由運(yùn)動(dòng)物體反射或散射所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的一種技術(shù).它在醫(yī)學(xué)臨床診斷中用于心臟、血管、血流和胎兒心率的診斷,相應(yīng)的儀器有超聲血流測量儀,超聲胎心檢測儀、超聲血管顯像儀以及超聲血壓計(jì)等。一、概述超聲多普勒技術(shù)(ultrosonicdopplertec72當(dāng)超聲源與反射或散射目標(biāo)之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí),接收到的回波信號(hào)將產(chǎn)生多普勒頻移,頻移程度與相對運(yùn)動(dòng)速度幅值和方向有關(guān).在醫(yī)用超聲多普勒技術(shù)中,發(fā)射和接收換能器固定,由人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生多普勒頻移,由此可確定運(yùn)動(dòng)速度大小及方向及其在斷層上的分布.當(dāng)超聲源與反射或散射目標(biāo)之間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí),接收到的回波信號(hào)73二、多普勒超聲信號(hào)的采集和處理１.方向信息的提取

方向信息的提取是建立在濾波的基礎(chǔ)之上的．通過數(shù)字濾波器可選擇出信號(hào)中的某些頻率成分，衰減掉其他頻率成分．方向信息的提取方法有三種：（１）單邊帶分離法（２）外差式檢測法（３）正交相位檢測法二、多普勒超聲信號(hào)的采集和處理１.方向信息的提取74２.血流速度大小的提取

血流測量就一個(gè)基本問題就是從多普勒音頻信號(hào)中提取速度信息，即實(shí)現(xiàn)頻率－－電壓的轉(zhuǎn)換．速度提取的方法有三種：（１）過零檢測法（２）平均頻率解調(diào)（３）頻譜分析方法２.血流速度大小的提取75３.流速分別測量

超聲多普勒對血流速度的測量是通過聲束在血細(xì)胞上的回波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的．但是在血管中，血球的速度并不一致，所以代表的血流速度有一個(gè)空間分布．對這種速度分布的測量通常有兩種方法：（１）多道距離選通法（２）單道相位檢測法３.流速分別測量76三、基本工作過程超聲多普勒彩超的基本工作過程由以下三個(gè)步驟組成:(1)發(fā)射固定頻率的脈沖/連續(xù)式超聲波.(2)提取頻率已變的回聲.(3)將回聲頻率與發(fā)射波頻率f相比,獲得多

頻移fD,取正負(fù)值.

經(jīng)過以上步驟,在進(jìn)行接下來的解調(diào)及后處理,我們就可以得到一幅彩色多普勒圖像。三、基本工作過程超聲多普勒彩超的基本工作過程由以下三個(gè)步驟組77第四節(jié)脈沖多普勒技術(shù)

第八章超聲波成像第四節(jié)脈沖多普勒技術(shù)第八章超聲波成像78連續(xù)波多普勒和脈沖波多普勒1.連續(xù)多普勒超聲測量儀

其換能器發(fā)射的是連不間短的聲信號(hào)，這種信號(hào)遇到運(yùn)動(dòng)物體時(shí)的發(fā)射信號(hào)也是連續(xù)波信號(hào)；其使用的是雙晶體片探頭，一個(gè)晶片連續(xù)地發(fā)射脈沖波，另一個(gè)晶片連續(xù)地接收發(fā)射回聲．連續(xù)式多普勒有測量高速血流的能力，但是缺乏距離選通的能力，無法確定聲束內(nèi)回聲信號(hào)的來源，故不能進(jìn)行定位診斷．連續(xù)波多普勒和脈沖波多普勒1.連續(xù)多普勒超聲測量儀79２.脈沖式多普勒超聲檢測儀

脈沖式多普勒血流儀發(fā)射的是脈沖波，發(fā)射和接收超聲是由同一塊晶體完成的；具有沿超聲束的不同深度對某一區(qū)域的多普勒信號(hào)進(jìn)行定位檢測的能力，即距離選通，增加了血流定位探測的準(zhǔn)確性．其主要缺點(diǎn)是所測流速值受到脈沖重復(fù)頻率的限制。２.脈沖式多普勒超聲檢測儀80第五節(jié)彩色多普勒血流成像

第八章超聲波成像第五節(jié)彩色多普勒血流成像第八章超聲