超聲基礎(chǔ)知識(shí)一、聲波1.概念：聲波是一種機(jī)械振動(dòng)，可以通過(guò)介質(zhì)進(jìn)行傳播。

潛艇海洋0Hz 20Hz 20KHz 1MHz

30MHz 400MHz

次聲波可聽(tīng)見(jiàn)聲音 超 聲紅外線耳朵 無(wú)損探傷 圖像診斷 聲學(xué)顯微鏡

2.聲音頻譜3.超聲的特性超聲的折射：超聲從甲介質(zhì)進(jìn)入乙介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏離。超聲的反射：超聲在遇到兩種介質(zhì)界面時(shí)，傳播方向在一種介質(zhì)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。傳播速度：超聲在水中的傳播速度－1530米/秒 超聲在空氣中傳播速度－344米/秒(20°C)三棱鏡折射鏡子反射4.超聲診斷的優(yōu)點(diǎn)安全、無(wú)輻射。適用于胎兒診斷。設(shè)備可移動(dòng)，成本低。實(shí)時(shí)成像通過(guò)掃描角度變化，獲得更佳的圖像。多普勒－檢測(cè)血流量信息。二、超聲原理1.基本原理：超聲基本原理與回聲原理相同。2.超聲頻率與波長(zhǎng)：

λ＝C/fλ－超聲波波長(zhǎng)；C－超聲波聲速

f－超聲波頻率。波長(zhǎng)：一個(gè)波的長(zhǎng)度。頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的周數(shù)（重復(fù)次數(shù)）

探頭遠(yuǎn)近低頻 高頻分辨率更好穿透力：更強(qiáng)3.超聲波的衰減：超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。高頻衰減大，低頻衰減?。ù┩噶?qiáng)）三、超聲模式：

在監(jiān)視器上顯示的超聲圖像是二維圖像，這與CT和核磁共振所形成的圖像相同。超聲圖像有以下幾種模式：回波振幅Line1Line2Line3Line4Line5Line6Line7Line81.A模式：是一種振幅的模式。它在顯示上形成垂直偏轉(zhuǎn)的曲線圖。2.B模式：是一種亮度的模式。其圖像由不同亮度的點(diǎn)所組成的直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收到回聲的振幅。通過(guò)連續(xù)掃描，二維的剖面圖像不斷地被更新，這就是實(shí)時(shí)B模式。探頭換能器監(jiān)視器Line12345678gGEMS-CDDP-1Traning3.M模式：

M模式中的M表示運(yùn)動(dòng)，M模式通過(guò)B模式圖象來(lái)顯示一個(gè)光標(biāo)，然后在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通常M模式用于檢測(cè)心臟及胎兒的心率。B型顯示切面聲像圖，M型顯示體內(nèi)各層組織對(duì)于體表（探頭）的距離隨時(shí)間變化的曲線，是反映一維的空間結(jié)構(gòu)。TransducerTransducerTransducerTransducerLine45t1Line45t2Line45t3Line45t4t1234567...4.D模式（多普勒模式）－（后面詳述）四、探頭：

用于超聲的探頭也稱(chēng)為換能器，是用來(lái)產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的部件，即換能器既是發(fā)射器，也是接收器。它是超聲設(shè)備最重要的部分。1.結(jié)構(gòu)：詳見(jiàn)右圖所示。其中：壓電陶瓷－發(fā)射/接收超聲波；聲透鏡－軸向聚焦；背襯材料－防止產(chǎn)生超聲波反向振動(dòng)；2.壓電效應(yīng)：是指具有壓電特性的材料(陶瓷、石英)

在受到外界壓力后，在其受壓端面產(chǎn)生電壓；在其端面施加交變電信號(hào)時(shí)，其端面會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出聲波。3.工作原理：主機(jī)通過(guò)電纜在基元上施加電信號(hào)，使基元振動(dòng)，發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射作用在基元上，使基元兩端產(chǎn)生電信號(hào)，通過(guò)電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。

聲透鏡壓電陶瓷(基元)背襯材料襯套電纜物體發(fā)射反射五、超聲掃描方式：1.概述：超聲設(shè)備在醫(yī)學(xué)臨床上有多種診斷方式。目前主要采用以下的方式： －凸陣：也稱(chēng)彎曲線陣，與線陣的區(qū)別在于基元是彎曲的。用于腹部和婦產(chǎn)科。特點(diǎn)：近、遠(yuǎn)場(chǎng)視野寬－線陣：用于小器官、血管及術(shù)中。特點(diǎn)：孔徑大近場(chǎng)視野寬旁瓣影響小2.電子掃描方式：

探頭的許多基元通過(guò)電子控制產(chǎn)生掃描波束并且通過(guò)延時(shí)線對(duì)波束進(jìn)行聚焦。 電子掃描方式 機(jī)械掃描方式 特殊方式－線陣 －機(jī)械扇掃 －斜向掃描－凸陣（含微型凸陣） －徑向掃描 －梯形掃描－相控陣 －擴(kuò)大掃描 －向量掃描3.機(jī)械掃描方式：機(jī)械掃描是通過(guò)單個(gè)或多個(gè)基元機(jī)械運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)）來(lái)產(chǎn)生超聲波束的。－機(jī)械扇掃：是超聲波束通過(guò)基元機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)回?cái)[動(dòng)進(jìn)行掃描的。特點(diǎn)：制作成本低；掃描角度大。噪音大；幀頻低；壽命短?；嗫仃嚕合嗫仃嚪绞绞峭ㄟ^(guò)連續(xù)變換延時(shí)線來(lái)得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度。主要用于心臟。延時(shí)線掃描超聲波束相控陣探頭 通過(guò)延時(shí)線聚焦六、超聲系統(tǒng)：

延時(shí)線路脈沖發(fā)射/接收

處理濾波器、對(duì)數(shù)放大器、時(shí)間增益控制DSC數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器監(jiān)視器記錄設(shè)備錄像機(jī) 打印機(jī)彩色打印機(jī)圖象檔案管理

存儲(chǔ)硬盤(pán)、磁光盤(pán)主機(jī)探頭探頭顯示器七、名詞解釋?zhuān)和ㄟ^(guò)窄孔徑，在近場(chǎng)聚焦中場(chǎng)通過(guò)寬孔徑，在遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦對(duì)每一深度聚焦動(dòng)態(tài)接收聚焦透鏡焦點(diǎn)聚焦發(fā)散1.聚焦許多超聲設(shè)備都有調(diào)整聚焦的功能，對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行聚焦，從而使圖象分辨率更高，圖象更清晰。超聲系統(tǒng)的幾種聚焦方式：－只在發(fā)射端聚焦（接收端：自動(dòng)聚焦）：保持較高的幀頻－發(fā)射和接收端聚焦：可使圖象質(zhì)量更好，但是幀頻很低常用的聚焦方式：分段聚焦；動(dòng)態(tài)聚焦；連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦(CDF）2.寬頻及變頻：5MHz5MHz傳統(tǒng)探頭寬頻帶探頭頻帶寬度寬頻＋變頻－－有效地解決探頭分辨率與穿透力的矛盾主機(jī)帶寬探頭帶寬遠(yuǎn)場(chǎng)近場(chǎng)5MHz10MHz3.幀頻：幀頻是指單位時(shí)間內(nèi)獲得圖象的幀數(shù)。高幀頻可以捕捉細(xì)小的信息。移動(dòng)的物體低幀頻高幀頻寬頻是指探頭的工作頻率范圍比較寬。寬頻帶探頭是實(shí)現(xiàn)變頻的基礎(chǔ)。變頻是一種新技術(shù)：改變同一個(gè)探頭的頻率。若目標(biāo)區(qū)域在近場(chǎng)，可以選用高頻率；若目標(biāo)區(qū)域在遠(yuǎn)場(chǎng)，可以切換到低頻率。4.數(shù)字化數(shù)字化的標(biāo)志是數(shù)字化處理裝置。前端數(shù)字化－全數(shù)字化后端數(shù)字化－部分?jǐn)?shù)字化

數(shù)字化處理A/D放大、處理顯示放大、濾波

數(shù)字化處理A/DΣ?目標(biāo)數(shù)字化延時(shí)數(shù)字化疊加數(shù)字波束形成器探頭處理顯示Alittlemorethanhalfwaybetween98and99超過(guò)98度了!可能過(guò)正常值了!他發(fā)燒了98.698.698.698.6TheOriginalMeasurementAfterAdditionofNoise何為數(shù)字化?探頭A/D處理器顯示98.698.698.698.6探頭A/D顯示處理器模擬:98.698.6+??雙向數(shù)字化－發(fā)射、接收超聲信號(hào)首先經(jīng)過(guò)A/D數(shù)字化轉(zhuǎn)換器，對(duì)發(fā)射，接收雙方向進(jìn)行處理數(shù)字化超聲數(shù)字化:1234數(shù)字延遲S數(shù)字波束形成器數(shù)字化的精確度數(shù)字化超聲6.分辨率

分辨率是指對(duì)兩個(gè)靠近物體的識(shí)別能力，即對(duì)圖象的區(qū)分。軸向（縱向）分辨率：是指沿超聲波束軸方向上可區(qū)分的 兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。軸向分辨率由超聲波束的波長(zhǎng)所決定。一般來(lái)說(shuō)，軸向分辨率為波長(zhǎng)的2到4倍。(發(fā)射帶寬;頻率；脈沖的長(zhǎng)短）分辨率幾何分辨率灰度分辨率軸向分辨率側(cè)向分辨率

軸向分辨率高 低

側(cè)向分辨率高 低側(cè)向（橫向）分辨率：是指對(duì)垂直于超聲波束軸方向上可 區(qū)分的兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最小距離。側(cè)向分辨率取決于超聲波束的寬度和波束聚焦情況。（線密度聚焦；孔徑)灰度（對(duì)比度）分辨率：是指對(duì)兩個(gè)相似密度的物體的 識(shí)別能力?；叶确直媛蕩缀畏直媛势胶鈳缀畏直媛矢撸叶确直媛什頑模式衰減：

在正常情況下，超聲系統(tǒng)從近場(chǎng)接收到的回聲信號(hào)比較強(qiáng)，從遠(yuǎn)場(chǎng)接收到的回聲信號(hào)較弱，對(duì)于從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的圖象，如果我們不對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，就無(wú)法看清這個(gè)圖象。時(shí)間增益控制（TGC）：為了使從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的圖象質(zhì)量更好，我們應(yīng)該為每一深度（分段）進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)間增益控制調(diào)整。通常如果病人較胖，則其遠(yuǎn)場(chǎng)圖象會(huì)因?yàn)橹径a(chǎn)生較大的衰減而變暗，這時(shí)我們應(yīng)增加其遠(yuǎn)場(chǎng)的TGC，如果病人比較年輕，則其近場(chǎng)圖象會(huì)因?yàn)榧∪猱a(chǎn)生較大的衰減而變暗，這時(shí)應(yīng)增加其近場(chǎng)的TGC。B模式增益（Gain）：

每個(gè)超聲設(shè)備都有增益控制系統(tǒng)，增益用來(lái)調(diào)整監(jiān)視器所顯示的回波信號(hào)的大小。（類(lèi)似收音機(jī)的volume音量鍵）增益低－－整個(gè)圖象的亮度低，組織的亮度較低，噪聲也低。增益高－－整個(gè)圖象的亮度高，噪聲水平也較高。動(dòng)態(tài)范圍：動(dòng)態(tài)范圍可以用來(lái)調(diào)整灰階范圍的寬度。

小動(dòng)態(tài)范圍－－它可以顯示小范圍內(nèi)的各部分之間的區(qū)別，這時(shí)的圖象對(duì)比度強(qiáng)，黑白分明，但是小動(dòng)態(tài)范圍會(huì)丟失信息。硬圖象－對(duì)比度強(qiáng)的圖象，特別其邊緣非常清晰。大動(dòng)態(tài)范圍－－它可以顯示從小到大較寬范圍內(nèi)的信號(hào)，雖然它顯示不出圖象的微小差別，但是它很容易檢測(cè)到整個(gè)范圍的信號(hào)。這時(shí)圖象的輪廓比較模糊。軟圖象－輪廓模糊的圖象，它可以顯示較寬范圍內(nèi)的信息。八、多普勒（Doppler）：

多普勒技術(shù)在超聲診斷中非常有價(jià)值。主要用于檢測(cè)心臟、血管內(nèi)血液的流向，流速及流量。主要包括以下三種：-脈沖多普勒(PW) -高脈沖重復(fù)頻率多普勒(HPRF)

-連續(xù)波多普勒

(CW). -單連續(xù)波多普勒

-可控連續(xù)波多普勒TXMRCVRCV如果接收體向著振動(dòng)源運(yùn)動(dòng)，則接收到的頻率將高于發(fā)射頻率。

如果接收體背著振動(dòng)源運(yùn)動(dòng)，則接收到的頻率將低于發(fā)射頻率。TXM1.多普勒效應(yīng)：振動(dòng)源和接收體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),所接收到的回聲頻率不同于振源所發(fā)射 的聲頻率,其差別與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān),這就是多普勒效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)火車(chē)速度=40MPH將校準(zhǔn)過(guò)的聲納放在路軌旁和火車(chē)上訓(xùn)練有素的音樂(lè)觀察員處在路軌旁和火車(chē)上2.多普勒效應(yīng)公式：2cos

?f。

C?ΔfV(cm/s)=V

血流V(cm/s):血流速度C(cm/s):聲速(1530m/s)(度):血流與超聲波束之間的夾角

Δ

f(Hz):多普勒頻移

f。(Hz):超聲頻率超聲波束血管角的調(diào)整：30°0.86633°0.8393.2%cos

誤差變化70°0.34273°0.29217.1%夾角θ的最佳范圍：30－60°多普勒超聲技術(shù)分類(lèi)頻譜多普勒脈沖多普勒（pulsedwaveDoppler）高脈沖重復(fù)多普勒（highpulsedrepeatDoppler）連續(xù)波多普勒(continuouswaveDoppler)

彩色多普勒

彩色多普勒（colorDoppler）能量多普勒（powerDoppler）組織多普勒（tissueDoppler）脈沖多普勒的技術(shù)特點(diǎn)：

探頭以短脈沖群方式發(fā)射超聲，在發(fā)射間歇期，又用以接收回聲信號(hào)。在間歇期，選擇性接收所需要檢測(cè)位置的信號(hào)，這種選擇性定位接收能力稱(chēng)為距離選通（ranggating）或距離分辨能力（rangresolution），所需檢測(cè)的區(qū)域稱(chēng)為取樣容積（SV）。正常腹主動(dòng)脈頻譜顯象舉例－多普勒頻譜從多普勒頻譜圖形能了解到血流的哪些參數(shù)？1、多普勒頻譜的橫軸代表時(shí)間，即血流顯示的時(shí)相，縱軸代表頻移，即血流的速度。2、零位線上方代表血流朝向探頭流動(dòng)，下方代表血流背離探頭流動(dòng)。3、頻譜的幅度，即頻譜在縱軸上的振幅，代表頻移的大?。↘Hz），即血流速度的大?。╩/s）。4、頻譜的寬度，即頻移在頻譜垂直方向上的寬度，表示某一瞬間取樣中的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度分布范圍的大小，如速度范圍小即紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度相同的多，成為頻帶窄，如速度不同的多，成為頻帶寬。歸納：血流的速度、血流的方向、血流的時(shí)相、血流的性質(zhì)怎樣用多普勒頻譜判斷血流的性質(zhì)?層流：紅細(xì)胞速度梯度小，運(yùn)動(dòng)方向一致，在多普勒頻譜上顯示位頻譜窄，頻譜波形規(guī)整，容易被自動(dòng)包絡(luò)，頻譜與基線之間有比較明顯的空窗，頻譜信號(hào)音柔和有樂(lè)感。湍流：因紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度梯度大，方向多變，顯示為頻譜寬，頻譜波形不夠規(guī)整，不易被包絡(luò)，頻譜窗消失，頻譜信號(hào)音粗糙刺耳。動(dòng)脈血流：頻譜呈脈沖波形，收縮期幅度大于舒張期，舒張期開(kāi)始可能出現(xiàn)短暫的反向脈沖波形，頻譜信號(hào)音呈明確的搏動(dòng)音。靜脈血流：頻譜呈連續(xù)的有或無(wú)起伏的曲線，曲線起伏是由于呼吸是靜脈壓力的增大或減小所致。大的靜脈如腔靜脈更易出現(xiàn)頻譜曲線的起伏。頻譜信號(hào)音呈連續(xù)的吹風(fēng)樣或大風(fēng)過(guò)境樣聲音。脈沖波多普勒技術(shù)有什么局限性?測(cè)量血流速度值的能力受脈沖重復(fù)頻率（PRF)的限制。最大檢測(cè)深度距離的限制。什么是高脈沖重復(fù)頻率技術(shù)？是增大PRF的頻率，用于脈沖多普勒，目的是擴(kuò)大脈沖多普勒測(cè)量最大流速值的范圍。什么是連續(xù)波多普勒？技術(shù)特點(diǎn)？其超聲探頭為兩個(gè)晶片，一個(gè)連續(xù)發(fā)射，一個(gè)連續(xù)接收回聲信號(hào)。連續(xù)的發(fā)射和接收超聲信號(hào)，因沿超聲束內(nèi)所有的回聲信號(hào)都被接收，即紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)信息都被接收，缺乏距離選通定位能力，從理論上不存在PRF的限制，可以測(cè)的血流速度范圍無(wú)限大，目前超聲儀的連續(xù)波多普勒可測(cè)量的最大流速達(dá)10m/s3.多普勒波的含義多普勒波包括以下含義(數(shù)據(jù))－速度－速度范圍（寬度）－血流量大?。鞣较蛞粋€(gè)心跳周期寬的速度范圍逆流時(shí)間基準(zhǔn)線慢快快迎向背向最高峰收縮舒張舒張結(jié)束4.彩色血流成像

彩色血流成像（CFM）是在二維聲像圖上疊加彩色實(shí)時(shí)血流顯像。每一個(gè)彩色的點(diǎn)表示小區(qū)域內(nèi)血液流量的平均值。不同的顏色代表血液流量的速度及檢測(cè)方式的不同。通常，紅色表示迎向探頭的血流方向，藍(lán)色表示離向探頭血流方向。

一個(gè)心跳周期寬的速度范圍逆流時(shí)間基準(zhǔn)線慢快快平均值CFM迎向背向色標(biāo)彩色多普勒彩色多普勒使用與脈沖波相同的原理。

儀器需要圖象上許多點(diǎn)的多普勒信息。

在每一點(diǎn)上，儀器要決定其平均速度。平均速度轉(zhuǎn)換成彩色。紅色表示正向，蘭色表示負(fù)向。彩色成像與解剖圖像上的彩色代表的是平均速度。聲束的總體方向蘭色表明血流背離聲束，是從右到左的。紅色表明血流沖向聲束，是從左到右的。多普勒問(wèn)題哪里的速度最高?

A?B?C?ABC彩色多普勒技術(shù)：定義：以脈沖多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示器，自相關(guān)函數(shù)計(jì)算、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換、彩色編碼等技術(shù)，達(dá)到血流的彩色顯像。種類(lèi)：彩色多普勒血流成像；彩色多普勒能量圖；彩色多普勒速度能量圖（方向性能量圖）技術(shù)特點(diǎn):1、顏色代表血流方向，紅色代表血流朝向探頭，藍(lán)色背離探頭。2、色調(diào)表示血流速度（平均速度）的快慢，色