生物医学工程专业医学成像3.ppt

医学成像系统医学成像系统张汇泉张汇泉生物医学工程教研室生物医学工程教研室重点要求重点要求n超声波的基本物理特性超声波的基本物理特性n超声成像原理超声成像原理n超声诊断仪器的类型及原理超声诊断仪器的类型及原理n与超声成像系统相关的一些关键技术与超声成像系统相关的一些关键技术n多普勒超声的成像原理多普勒超声的成像原理第二章第二章 超声成像系统超声成像系统2.1超声的基本概念超声的基本概念一、超声的物理特性一、超声的物理特性1。定义：弹性媒质中传输的一种机械波，频。定义：弹性媒质中传输的一种机械波，频率范围为率范围为HZ的高频声波的高频声波;用于人体测量的超声波频率通常为1MHz20MHz2。产生条件：。产生条件：（1）声源）声源（2）弹性媒质）弹性媒质3。特性及应用。特性及应用（1）特性：频率高、波长短、成束传播，能）特性：频率高、波长短、成束传播，能量集中于束内，指向性好，具有类似光线的量集中于束内，指向性好，具有类似光线的特性特性（2）应用：）应用：A。产生击碎、凝聚、乳化等效应。产生击碎、凝聚、乳化等效应B。穿透力强。穿透力强二、类型二、类型（一）按传播形式：纵波、横波（一）按传播形式：纵波、横波（二）按发射形式：（二）按发射形式：1。连续波。连续波2。脉冲波。脉冲波Q：超声波是以纵波的形式在弹性介质中传播的机械振动。正确与否？试说明原因？A：超声波和声波的物理特性在本质上是一致的，两者都是由介质中的质点受到机械力的作用而发生周期性振动产生的。根据质点振动方式与声波传播方式的关系，声波可分为两种基本形式，一是纵波，介质中的质点受到拉应力和压应力的作用振动，它可以在固液气体中传播。二是横波，弹性介质中质点受到剪切力的作用而振动，在固体中传播。三、超声波参量三、超声波参量（一）声速（一）声速(P89)声波在单位时间内传播的距离声波在单位时间内传播的距离取决于媒质的密度及类型取决于媒质的密度及类型不同温度下的水中声速2。周期。周期波动移动一个波长距离所需要的时间，波动移动一个波长距离所需要的时间，等于质点振动周期等于质点振动周期3。频率。频率单位时间内通过媒质中任何固定点的波数。单位时间内通过媒质中任何固定点的波数。4。波长。波长周期周期T内传播的距离内传播的距离5。振幅。振幅等于质点振动的振幅，质点从平衡位置等于质点振动的振幅，质点从平衡位置到最大位移的距离到最大位移的距离6。强度。强度单位时间通过一特定面积传播的能量大小。单位时间通过一特定面积传播的能量大小。或者说：单位时间内垂直通过单位面积的声能或者说：单位时间内垂直通过单位面积的声能2.2描述超声场的物理量描述超声场的物理量一、超声场一、超声场充满超声的媒质空间称为超声场。充满超声的媒质空间称为超声场。描述超声场的物理量：声压、声阻抗、声功率、描述超声场的物理量：声压、声阻抗、声功率、声压级和声强级。声压级和声强级。二、声压二、声压定义：声波在弹性媒质中传播导致媒质压强的周定义：声波在弹性媒质中传播导致媒质压强的周期性变化，这种变化就是声压。期性变化，这种变化就是声压。表达式表达式单位单位三、声强和声功率三、声强和声功率声功率：单位时间内沿声波传播方向经某一波声功率：单位时间内沿声波传播方向经某一波阵面所传递的能量。阵面所传递的能量。声强：声波传播方向垂直的单位面积上，在单声强：声波传播方向垂直的单位面积上，在单位时间内通过的平均声能。位时间内通过的平均声能。四、声阻抗四、声阻抗表征声传播过程中媒质性质的一个量：表征声传播过程中媒质性质的一个量：声压与体积速度的复数比。声压与体积速度的复数比。五、声压级和声强级五、声压级和声强级声强度比值的对数声强度比值的对数2.3超声与物质的相互作用超声与物质的相互作用一、反射与折射和透射（一、反射与折射和透射（P90）当一束平面波入射至具有不同声阻抗的当一束平面波入射至具有不同声阻抗的两个介质界面时，就会产生反射、折射和透两个介质界面时，就会产生反射、折射和透视。（遵守光的反射和折射定律）视。（遵守光的反射和折射定律）声学成像系统，通常利用超声波的衰减声学成像系统，通常利用超声波的衰减和反射作为信号产生图像灰阶对比。和反射作为信号产生图像灰阶对比。医学超声系统，大都利用生物组织的反医学超声系统，大都利用生物组织的反射特性为基础，根据反射程度的大小、反射射特性为基础，根据反射程度的大小、反射回波信号的频率及相位等信号进行成像和测回波信号的频率及相位等信号进行成像和测量。量。二、超声的衰减二、超声的衰减当超声脉冲通过物质运动时，它不断失当超声脉冲通过物质运动时，它不断失去能量，一般都称之为衰减。去能量，一般都称之为衰减。超声波在生物组织内的衰减是一个很复超声波在生物组织内的衰减是一个很复杂的物理过程，其衰减系数在很大程度上依杂的物理过程，其衰减系数在很大程度上依赖于频率。赖于频率。（一）导致衰减的主要原因（一）导致衰减的主要原因1。超声传播过程中的反射、折射、扩散等现。超声传播过程中的反射、折射、扩散等现象，使声能分散而衰减象，使声能分散而衰减2。散射衰减。散射衰减3。吸收衰减。吸收衰减（二）衰减规律（二）衰减规律试验结果表明，在医学超声频率试验结果表明，在医学超声频率115MHZ范围内，人体组织对超声波的吸范围内，人体组织对超声波的吸收系数几乎成正比。收系数几乎成正比。对体内深部组织成像采用低频，而对体对体内深部组织成像采用低频，而对体表组织成像采用高频。表组织成像采用高频。（三）半价层（三）半价层1。定义。定义组织内部传播声波，其强度衰减到初始组织内部传播声波，其强度衰减到初始值一半的时候，传播距离的大小值一半的时候，传播距离的大小2.4超声探测的物理基础超声探测的物理基础一、超声波的发生与接收一、超声波的发生与接收（一）压电效应（一）压电效应对某些各向异性的物体加以压力作用就对某些各向异性的物体加以压力作用就能产生电场分布，这种效应即压电效应。能产生电场分布，这种效应即压电效应。（二）逆压电效应（二）逆压电效应压电材料在电场作用下发生形变，导致压电材料在电场作用下发生形变，导致压电材料的伸缩即逆压电效应。压电材料的伸缩即逆压电效应。综上所述，超声诊断中的发射是指把电综上所述，超声诊断中的发射是指把电能变为声能，利用的是压电材料的逆压电效能变为声能，利用的是压电材料的逆压电效应（电致伸缩），接收是指把超声能变为电应（电致伸缩），接收是指把超声能变为电能。能。因此，具有压电效应的压电材料又称为因此，具有压电效应的压电材料又称为电声转换元件或超声换能器。电声转换元件或超声换能器。二、换能器压电材料的选择二、换能器压电材料的选择由用途决定由用途决定用作发射：发射系数大的材料用作发射：发射系数大的材料用作接收：接收系数大的材料用作接收：接收系数大的材料同时用作发射和接收：发射、接收系数乘积大同时用作发射和接收：发射、接收系数乘积大的材料的材料三、超声脉冲反射法三、超声脉冲反射法把高频超声脉冲发射到生物体内，在接把高频超声脉冲发射到生物体内，在接收来自生物体内的反射波（回波），这种方收来自生物体内的反射波（回波），这种方法称为超声脉冲反射法或回波法。法称为超声脉冲反射法或回波法。根据发射脉冲和回波脉冲时间间隔根据发射脉冲和回波脉冲时间间隔t，可算出反射界面与换能器间距离可算出反射界面与换能器间距离S，假定媒，假定媒质中声速为质中声速为C，则，则S=ct/2，即显示屏上的扫，即显示屏上的扫描时间可反映界面所处深度。描时间可反映界面所处深度。四、超声换能器的辐射声场四、超声换能器的辐射声场超声辐射场指超声能量的分布空间，即超声辐射场指超声能量的分布空间，即超声换能器所发射的声波到达的区域，接受超声换能器所发射的声波到达的区域，接受超声治疗与检测的区域均属超声场的部分。超声治疗与检测的区域均属超声场的部分。各种换能器辐射的超声场取决于换能器各种换能器辐射的超声场取决于换能器本身的特性、尺寸、形状等。同时，超声波本身的特性、尺寸、形状等。同时，超声波在传播途径中与人体组织相互作用的结果，在传播途径中与人体组织相互作用的结果，亦影响超声场的分布。亦影响超声场的分布。PS:超声波的方向性超声波的方向性以常见的平面圆形换能器为例以常见的平面圆形换能器为例2.5超声多普勒超声多普勒什么是多普勒效应什么是多普勒效应?声源和接收者在弹性媒质中做相对运动声源和接收者在弹性媒质中做相对运动时，所接收到的声波频率都要发生变化，这时，所接收到的声波频率都要发生变化，这种由于声源和接收者相对运动而使接收频率种由于声源和接收者相对运动而使接收频率的现象，即多普勒效应。的现象，即多普勒效应。一、超声多普勒效应的基本原理一、超声多普勒效应的基本原理（一）声源（发射器）（一）声源（发射器）T和接收者和接收者R在两者连在两者连线上运动线上运动1、VT=VR=0，T,R相对媒质均静止此时f=c/0=c/(c/f0)=f0即在单位时间内通过R的波长数等于接收的波长数，接收的等于f等于声源发射的f2、VT=0，VR0，声源静止，R以VR相对媒质运动（1）R靠近Tf=(c+VR)/0=(c+VR)/(c/f0)=(1+VR/c)f0显然，ff0，频率增加（2）同理，R以VR远离T，则f=(c-VR)/0=(c-VR)/(c/f0)=(1-VR/c)f0综合上述，f-f0=(VR/c)f0=fDfD即多普勒频移，“+”表示T向R运动，“-”表示T离R运动3、VT0，VR=0（1）当T向R运动f=c/=c/(c-VT)f0f0即,R接收的频率大于声源T的频率（2）当T远离R运动f=c/=c/(c+VT)f0f0综合上述,D=(VT/c)0“+”表示T远离R运动，“-”表示T向R运动4、VT0，VR0综合2、3可得f=（cVR）/（c-+VT）f0（二）（二）T，R不在两者连线上运动不在两者连线上运动1、VT=0（1）R向T运动（2）R离T运动同理得综合二者，“+”表示R向T运动，“-”表示R离开T运动2、VR=0(1)T向R靠近(2)T远离R综合，得“+”表示T远离R运动（3）当）当T，R同时不在两者连线上运动时同时不在两者连线上运动时综合（综合（1）（）（2）得）得2.6超声成像超声成像一、概述一、概述用于医学诊断目的的大多数超声图象是用于医学诊断目的的大多数超声图象是由来自人体内部结构界面上的反射或回波所由来自人体内部结构界面上的反射或回波所形成的。反射脉冲或回波被换能器检测，换形成的。反射脉冲或回波被换能器检测，换能器将反射脉冲转换为电脉冲，然后经放大能器将反射脉冲转换为电脉冲，然后经放大并以适当的图象形式显示出来。并以适当的图象形式显示出来。二、回波脉冲振幅二、回波脉冲振幅换能器接收的振幅比离开它的时候小很换能器接收的振幅比离开它的时候小很多，可用两个原因说明：多，可用两个原因说明：1。衰减。衰减2。界面反射、折射。界面反射、折射三、振幅显示（三、振幅显示（A型，型，AmplitudeModulation）（一）显示特性（一）显示特性1。振幅相对变化。振幅相对变化2。传播时间（距离）。传播时间（距离）（二）显示目的（二）显示目的表明各组织界面的位置及相对反射本领表明各组织界面的位置及相对反射本领2.7常用超声诊断仪原理常用超声诊断仪原理一、分类一、分类（一）按信息获取方式（一）按信息获取方式反射法超声诊断仪、透射法超声诊断仪、反射法超声诊断仪、透射法超声诊断仪、多普勒法超声诊断仪多普勒法超声诊断仪（二）按信息显示的（二）按信息显示的成像方式成像方式A型、型、B型、型、M型型（三）按超声波束的扫描方式（三）按超声波束的扫描方式低速（手动扫描）、高速（机械线性、低速（手动扫描）、高速（机械线性、机械扇形、电子线性、电子扇形、相控阵扫机械扇形、电子线性、电子扇形、相控阵扫描等）描等）二、超声诊断的基础二、超声诊断的基础（一）反射法超声仪器（一）反射法超声仪器人体组织是不同声阻抗媒质的组合体人体组织是不同声阻抗媒质的组合体（二）多普勒超声诊断仪（二）多普勒超声诊断仪超声传播的多普勒效应超声传播的多普勒效应三、回波法探测的物理依据三、回波法探测的物理依据（一）脉冲反射波与媒质的特征声阻抗密切相（一）脉冲反射波与媒质的特征声阻抗密切相关，正常组织与病变组织特征声阻抗不同，关，正常组织与病变组织特征声阻抗不同，这就可能这就可能从不同界面进行声反射，提供识别从不同界面进行声反射，提供识别病灶在空间占据范围的可能性。病灶在空间占据范围的可能性。（二）在可能传播超声的媒质中，（二）在可能传播超声的媒质中，存在声阻抗存在声阻抗突变处，可直接产生能够探测的回波。突变处，可直接产生能够探测的回波。（三）超声诊断仪直接获得的是（三）超声诊断仪直接获得的是声压信号声压信号（声（声振幅），超声探头对此信号极为灵敏，故由振幅），超声探头对此信号极为灵敏，故由此而产生的此而产生的图象信噪比很高图象信噪比很高，这是相对，这是相对X线线成像的优点之一。成像的优点之一。四、工作模式四、工作模式（一）（一）A型超声型超声 A型（型（amplitudemode）超声诊断即超声诊断即超声示波诊断，亦即幅度调制型超声。它是超声示波诊断，亦即幅度调制型超声。它是利用超声波的反射特性来获得人体组织内的利用超声波的反射特性来获得人体组织内的有关信息，从而诊断疾病的。临床上常用此有关信息，从而诊断疾病的。临床上常用此法测量组织界面的距离、脏器的径线，探测法测量组织界面的距离、脏器的径线，探测肝、胆、脾、肾、子宫等脏器的大小和病变肝、胆、脾、肾、子宫等脏器的大小和病变范围，也用于眼科及颅脑疾病的探查。范围，也用于眼科及颅脑疾病的探查。A型超声原理型超声原理 现时，现时，A型超声的许多诊断项目已逐渐被型超声的许多诊断项目已逐渐被B型超声所取代。然而它对于脑中线的探测、型超声所取代。然而它对于脑中线的探测、眼轴的测量、浆膜腔积液的诊断、肝脓肿的眼轴的测量、浆膜腔积液的诊断、肝脓肿的诊断以及穿刺引流定位等，由于其简便易行、诊断以及穿刺引流定位等，由于其简便易行、价廉，仍有不可忽视的实用价值。价廉，仍有不可忽视的实用价值。（二）（二）M型（型（motionmode）超声是辉度调制型中超声是辉度调制型中的一个特殊类型，主要用于心脏及大血管检查，的一个特殊类型，主要用于心脏及大血管检查，早期将之称为早期将之称为M型超声心动图（型超声心动图（M-ultrasoundcardiogram&echocardiogram）。）。它是在辉度它是在辉度调制型中加入慢扫描锯齿波，使光点自左向右缓调制型中加入慢扫描锯齿波，使光点自左向右缓慢扫描。其纵坐标为扫描时间线，即超声的传播慢扫描。其纵坐标为扫描时间线，即超声的传播时间及被测结构的深度、位置；横坐标为光点慢时间及被测结构的深度、位置；横坐标为光点慢扫描时间。由于探头位置固定，心脏有规律地收扫描时间。由于探头位置固定，心脏有规律地收缩和舒张，心脏各层组织和探头间的距离便发生缩和舒张，心脏各层组织和探头间的距离便发生节律性的改变。节律性的改变。M型超声诊断仪原理与成像型超声诊断仪原理与成像 随着水平方向的慢扫描，便把心脏各随着水平方向的慢扫描，便把心脏各层组织展开成曲线。所以它所描记的是声层组织展开成曲线。所以它所描记的是声束所经心脏各层组织结构的运动轨迹。根束所经心脏各层组织结构的运动轨迹。根据瓣膜的形态、厚度、反射强弱、活动速据瓣膜的形态、厚度、反射强弱、活动速度等改变，它可确诊二尖瓣狭窄、瓣膜赘度等改变，它可确诊二尖瓣狭窄、瓣膜赘生物、腱索断裂、心肌肥厚等病变。对心生物、腱索断裂、心肌肥厚等病变。对心房粘液瘤、附壁血栓及心包积液等诊断较房粘液瘤、附壁血栓及心包积液等诊断较准确。对先天性心脏病、瓣膜脱垂等可提准确。对先天性心脏病、瓣膜脱垂等可提供重要的诊断资料。与心电图及心机械图供重要的诊断资料。与心电图及心机械图配合则可测定多项心功能指标。配合则可测定多项心功能指标。A、B、M型超声扫描的相关图形图像型超声扫描的相关图形图像在信号处理过程中，接收到的回波信在信号处理过程中，接收到的回波信号经检波后的视频信号可直接进行调辉显示，号经检波后的视频信号可直接进行调辉显示，也有经信号处理后，再送进行调辉显示的。也有经信号处理后，再送进行调辉显示的。前者由于有较大的带宽和动态范围，能显示前者由于有较大的带宽和动态范围，能显示更多的信息，因而图形层次比较丰富，但波更多的信息，因而图形层次比较丰富，但波形的连续性较差，伪信号也较多。后者由于形的连续性较差，伪信号也较多。后者由于经信号处理，提高了波形的连续性。经信号处理，提高了波形的连续性。一般有一般有2种信号的处理方法：种信号的处理方法：(1)微分处理，即检波输出的信号，经微分取微分处理，即检波输出的信号，经微分取出相应界面的前沿信号，放大后进行调辉，出相应界面的前沿信号，放大后进行调辉，这样可得到光点较细的连续曲线，图像具有这样可得到光点较细的连续曲线，图像具有一定的层次感。一定的层次感。(2)微分放大后，经电路成形，输出一个统一微分放大后，经电路成形，输出一个统一幅度和宽度的脉冲进行调辉，可得到一亮度幅度和宽度的脉冲进行调辉，可得到一亮度均匀而又有好的连续性的回波曲线图。但没均匀而又有好的连续性的回波曲线图。但没有动态范围，不易区分界面的反射程度，这有动态范围，不易区分界面的反射程度，这种方法只有亮暗种方法只有亮暗2种状态显示。种状态显示。（三）（三）B型（型（brightnessmodulation ）超声，为辉）超声，为辉度调制型，其原理与度调制型，其原理与A型相型相同，其不同点有三：同，其不同点有三：它将它将回声脉冲电信号放大后送到回声脉冲电信号放大后送到显示器的阴极，使显示的亮显示器的阴极，使显示的亮度随信号的大小而变化；度随信号的大小而变化；B型超声发射的声束必经型超声发射的声束必经扫描，加在显示器垂直方向扫描，加在显示器垂直方向的时基扫描与声束同步，以的时基扫描与声束同步，以构成一幅二维切面声像图；构成一幅二维切面声像图；医生根据声像图所得之人医生根据声像图所得之人体信息诊断疾病，而不是像体信息诊断疾病，而不是像A型超声那样根据波型所反型超声那样根据波型所反映的人体信息诊病。映的人体信息诊病。B型超声断层扫描与成像型超声断层扫描与成像P型型超声超声示意图示意图（四）（四）C型超声检查，即额断切面与立体（或型超声检查，即额断切面与立体（或三维）超声，这是在电脑科学高度发展的前三维）超声，这是在电脑科学高度发展的前提下才出现的提下才出现的。一般。一般B超二维图像是取得平超二维图像是取得平行声束切入体内的画面，而不能取得垂直声行声束切入体内的画面，而不能取得垂直声束方位的图像即束方位的图像即C型切面图像。今以电脑的型切面图像。今以电脑的复制产生复制产生C型图像。型图像。C型超声原理型超声原理V型超声检查型超声检查在在B型二维图像上加以型二维图像上加以C型的组合型的组合，三，三维立体的超声（即维立体的超声（即V型）亦同期出现。型）亦同期出现。V型超型超声可以取得被检物体纵、横、额声可以取得被检物体纵、横、额3方位断面，方位断面，因此立体位置更明确，信息量更丰富，有助因此立体位置更明确，信息量更丰富，有助于诊断技术的提高。在画面分割、组合的过于诊断技术的提高。在画面分割、组合的过程中，对小病变的发现，很有实际意义。立程中，对小病变的发现，很有实际意义。立体超声的另一种是以全息图像显示，立体感体超声的另一种是以全息图像显示，立体感更强。更强。F型型超声超声扫描扫描原理原理课堂练习课堂练习一、单项选择题单项选择题1声波的频率范围 A小于20 Hz B大于20 000 Hz C2020 000 Hz D小于20 000 Hz2人耳是否能听到声音决定于 A声波的频率 B声波的速度 C声波的压强 D声波的频率和强度 3声阻抗的大小决定于下面哪个物理量 A声压幅值 B速度幅值 C声速和介质自身的性质 D声强4声强级为40 dB的声音与20 dB的声音相比较，两者听起来 A一定前者较响 B一定后者较响 C不一定5声波在固体、液体和气体介质中传播时哪一种介质中传播得最快 A固体中 B气体中 C液体中 D都一样 6产房中两个婴儿同时啼哭，如果每个婴儿啼哭声音的声强级为50 dB,则两个婴儿同时啼哭的声强级是A100 dB B200 dB C53 dB D25 dB 7声波在介质中传播时，如果交界面两侧介质的声阻抗相差非常悬殊，则发生 A全反射 B全透射 C不发生反射8声波在介质中传播时，如果交界面两侧介质的声阻抗近似相等时，则发生 A，全反射 B全透射 C不发生透射9在下列哪种物质中声速最快?A软组织 B骨骼 C水 D空气 E脂肪10反射回声强度取决于 A反射回声的量，声速的衰减程度 B声速的衰减程度，入射声速与界面的角度 C反射回声的量，入射声速与界面的角度 D声速的衰减程度E反射回声的量，声速的衰减程度，入射声速与界面的角度 11声波入射到两个介质的界面上，如果界面的线度远大于波长，则产生 A反射 B衍射 C散射 D衰减 E增强12超声探头的作用是 A电能转换为机械能 B电能转换为光和热 C机械能转换为辐射 D声能转换为热能 13医用超声探头又称超声换能器，是一种压电晶体，其中主要是利用了晶体的什么效应。A机械效应 B压电效应 C磁致伸缩 D电容效应14医用超声探头又称超声换能器，是一种压电晶体，其中超声波的产生主要是利用了晶体的什么效应。A压电效应 B逆压电效应 C磁致伸缩 D电容效应15A型超声诊断仪和B型超声诊断仪的主要差别 AA型超声诊断仪是幅度调制，B型超声诊断仪是辉度调制 BA型超声诊断仪是辉度调制，B型超声诊断仪是幅度调制 CA型超声诊断仪和B型超声诊断仪都是幅度调制 DA型超声诊断仪和B型超声诊断仪都是辉度调制16脉冲式多普勒超声测量仪和连续式多普勒超声测量仪相比，主要优势是 A有距离选通 B流速值不受脉冲频率限制 C无距离选通能力 D无混叠现象17为了消除脉冲式多普勒超声测量仪检测血流时常出现的混叠现象，常采用的技术 A频谱分析 B连续多普勒技术 C高频脉冲重复频率多普勒超声技术 D彩超二、多项选择题多项选择题 1声波在介质中的衰减是 A扩散衰减 B吸收衰减 C散射衰减 D内转换2超声波与物质的相互作用是A热作用 B吸收衰减 C空化作用 D机械作用 3超声波的主要特点是 A热作用 B方向性强 C穿透能力强 D传播性好 4超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以A无回声 B始终是强回声 C低回声 D不同程度的强回声三、简答题三、简答题1在B超实验中为何要向探测部位涂抹一些耦合剂?2超声波与物质相互作用的几种典型机制是什么?3什么是压电效应?4圆片型超声发生器产生的超声场在近场及远场声压分布各有何特点?5提高超声频率对超声探测的利弊各是什么?6试比较M型超声与A型、B型超声的相同之处。7超声成像与X-CT比，主要特点有哪些?答案：1、由于超声波照射人体后会发生反射和透射，在没有涂抹耦合剂时，入射超声波由空气介质进入人体，由于人体声阻抗和空气声阻抗相差很悬殊，故此声波几乎发生全反射，不能进入人体。当选用与人体声阻抗非常接近的耦合剂涂抹人体后，排除了空气夹层，此时声波几乎发生全透射，可以在B超机上清晰成像。2、超声与物质的相互作用主要有：热作用、机械作用和空化作用。（1）机械作用：高频超声波通过介质时，使介质中粒子作受迫高频振动，其加速度可达重力加速度的几十万至几百万倍，这种强烈的机械振动能破坏物质的力学结构。（2）空化作用：高频大功率超声通过液体时，液体中产生疏密变化，稠区受压，稀区受拉。在受拉时，因为液体承受拉力的能力很差，特别是在含有杂质和气泡处，液体将被拉断，形成空腔。在受压时，使空腔迅速闭和，从而产生局部高压、高温和放电现象，成为空化作用。空化作用可被用来清洗机密仪器的内部、雾化、乳化以及促进化学反应发生等多方面。（3）热作用：当超声波在介质中传播时，将会有一部分能量被介质吸收而转化为热量，引起介质温度升高，称为热效应或热作用。超声波的热效应可以用于临床理疗。3、某些各向异性的晶体材料，在外部拉力或压力的作用下引起材料内部原来重合的正负电荷重心发生相对位移，在相应表面_上产生符号相反的表面电荷。即在机械力作用下产生了电场；或是由于电场的作用，引起材料内部正负电荷重心发生相对移位，使材料内部产生应力导致宏观上的几何形变，这种机械能转变成电能，电能转变成机械能的现象称为电压效应（piezoelectric effect）。4、近场沿发射方向有声压极大值和极小值交错分布，且非等周期。基本为平行束。远场声压单值、非线性衰减，距离较大时，呈线性衰减。声束明显发散。5、有利于增加近场长度、减少扩散角、改善空间分辨力、提高图像质量，但也会使声束在介质中的衰减增大、限制探测深度。6、A型与M型都是通过扫描实现距离展开，A型超声诊断为幅度调制型，M型超声改幅度显示为辉度显示，B型与M型都是辉度显示，但B型得到的是脏器或病变的二维断层图像，B型和M型的主要差别在于声线扫描的产生与显示器上对应的断层图像的形成。M型帧扫描加的是一个与时间成线性关系的慢变化，它的变化速率只摹能使心脏等器官的动态状况显示清楚即可；而B超的帧扫描则一定要和声线的实际位置严格对应，否则显示的断层图像就会失真，无法根据断层图像来确定组织的相应位置。7、超声波是非电离辐射，在诊断用功率范围内对人体无损害。超声波对软组织的鉴别力较高。超声波成像仪器使用方便，价格便宜。2.7超声探测的分辨能力超声探测的分辨能力超声的分辨力是指超声对被探测媒体的超声的分辨力是指超声对被探测媒体的解析能力，在诊断上是指对病灶的分辨力。解析能力，在诊断上是指对病灶的分辨力。分辨力的大小，由超声能分辨清楚的两分辨力的大小，由超声能分辨清楚的两点间的最小距离来估计，值越小，分辨力越点间的最小距离来估计，值越小，分辨力越强，常用的有直径分辨力、纵向和横向分辨强，常用的有直径分辨力、纵向和横向分辨力。力。一、直径分辨力及其与超声波波长的关系一、直径分辨力及其与超声波波长的关系二、纵向分辨力及其与脉宽的关系二、纵向分辨力及其与脉宽的关系指在超声传播方向上对病灶的分辨力指在超声传播方向上对病灶的分辨力1。最小探测深度与脉宽的关系。最小探测深度与脉宽的关系2。纵深分辨力与脉宽的关系。纵深分辨力与脉宽的关系指超声在传播过程中，能分辨开媒质中，指超声在传播过程中，能分辨开媒质中，前后方向（纵深）两点的能力。常用两点间前后方向（纵深）两点的能力。常用两点间最小距离来估计。最小距离来估计。三、横向分辨力及其与超声波束直径的关系三、横向分辨力及其与超声波束直径的关系指超声波束垂直的平面，如果有相邻的指超声波束垂直的平面，如果有相邻的两点，超声能形成两个反射回波的上述两点两点，超声能形成两个反射回波的上述两点间的最小距离，即能分辨开这两点的能力。间的最小距离，即能分辨开这两点的能力。显然这与声束的宽窄有关。显然这与声束的宽窄有关。在近场处声束与探头直径大致相同，远在近场处声束与探头直径大致相同，远场中超声束要扩散，其直径随距离增加而增场中超声束要扩散，其直径随距离增加而增大。因此横向分辨力将随距离增大而不断下大。因此横向分辨力将随距离增大而不断下降。降。2.8B型超声成像系统中的若干关键技术型超声成像系统中的若干关键技术n质量是企业的生命。这句话同样适用于我们质量是企业的生命。这句话同样适用于我们的医疗成像系统。他们的生命在于成像质量的医疗成像系统。他们的生命在于成像质量的高低。在评价成像质量的术语中，空间分的高低。在评价成像质量的术语中，空间分辨率是最基本的。基于这一基本条件，我们辨率是最基本的。基于这一基本条件，我们学习以下学习以下B超中的一些关键技术。超中的一些关键技术。一、换能器与波束形成的技术一、换能器与波束形成的技术（一）概况（一）概况(二二)组合发射的意义与波束扫描方式组合发射的意义与波束扫描方式对线阵探头实施多振元组合发射，并通对线阵探头实施多振元组合发射，并通过对振元不同的组合编排和激励延时，实现过对振元不同的组合编排和激励延时，实现波束的扫描和聚集，对改善图象质量有重要波束的扫描和聚集，对改善图象质量有重要意义。意义。1多振元组合发射的意义多振元组合发射的意义在线阵探头换能器中的单个振元尺寸通在线阵探头换能器中的单个振元尺寸通常都很小，比如为常都很小，比如为100.30.5mm，则其，则其辐射面积仅为辐射面积仅为3平方毫米平方毫米，与，与A型超声诊断型超声诊断仪探头仪探头(多为直径等于多为直径等于l0mm的圆形晶片的圆形晶片)相相比，其辐射面积不足比，其辐射面积不足1/26。振元有效辐射面。振元有效辐射面积的减小，对声场特性造成的影响是明显的。积的减小，对声场特性造成的影响是明显的。首先是对声波扩散角的影响，以圆形辐首先是对声波扩散角的影响，以圆形辐射器为例，直径射器为例，直径d越大，振元辐射面积越大，越大，振元辐射面积越大，波束的扩散角越小。对于矩形振元，当矩形波束的扩散角越小。对于矩形振元，当矩形振元的边长越小，则其波束的扩散角越大，振元的边长越小，则其波束的扩散角越大，波束能量发散越严重，波束指向性越差。这波束能量发散越严重，波束指向性越差。这一结果不仅影响仪器的横向分辨力，而且导一结果不仅影响仪器的横向分辨力，而且导致反射能量的减弱，从而使灵敏度降低。致反射能量的减弱，从而使灵敏度降低。辐射面积的减小还影响超声场近场区域辐射面积的减小还影响超声场近场区域的长度，对于矩形振元，其近场区域有两个的长度，对于矩形振元，其近场区域有两个:一个由长边一个由长边a决定，称为第一近场区决定，称为第一近场区I1；另；另一个由短边一个由短边b决定，称为第二近场区决定，称为第二近场区I2。当矩形振元的边长很小时，其近场区必当矩形振元的边长很小时，其近场区必然变短。而然变短。而 B B超仪器在设计中往往根据探测超仪器在设计中往往根据探测距离来设定近场区的长短，通常使近场区等距离来设定近场区的长短，通常使近场区等于探测距离，因为在近场区以外，声束发散于探测距离，因为在近场区以外，声束发散严重，因此，振元辐射面积小，不仅会使近严重，因此，振元辐射面积小，不仅会使近场区变短，还将使处于近场区以外的探测距场区变短，还将使处于近场区以外的探测距离段的分辨力和灵敏度下降更为严重。离段的分辨力和灵敏度下降更为严重。使用线阵探头发射超声波，若在同一时使用线阵探头发射超声波，若在同一时刻只有一个振元受到激励而产生波束扫描，刻只有一个振元受到激励而产生波束扫描，虽然也能获得二维回声图象，但其分辨力和虽然也能获得二维回声图象，但其分辨力和灵敏度很难做得好。通常采用的方法是由若灵敏度很难做得好。通常采用的方法是由若干个矩形振元组合成一个阵元，每次发射时干个矩形振元组合成一个阵元，每次发射时对阵元内各振元同时激励。由于多振元组合对阵元内各振元同时激励。由于多振元组合发射，等效于单个振元的宽度加大。等效发射，等效于单个振元的宽度加大。等效b b值的加大，将使第二近场区值的加大，将使第二近场区I I2 2 增大至增大至I I2 2 ，合成波束的效果如图所示。合成波束的效果如图所示。采用多振元组合发射的另一个优点是采用多振元组合发射的另一个优点是便于实施对波束的电子聚焦和多点动态聚焦。便于实施对波束的电子聚焦和多点动态聚焦。为了控制主瓣的宽度。压缩副瓣，对于线阵为了控制主瓣的宽度。压缩副瓣，对于线阵探头的短铀方向采用了声透镜聚焦，但如果探头的短铀方向采用了声透镜聚焦，但如果在长轴方向也采用声透镜聚焦则有诸多不便，在长轴方向也采用声透镜聚焦则有诸多不便，因此长轴方向一般采用电子聚焦。长轴方向因此长轴方向一般采用电子聚焦。长轴方向采用电子聚焦不仅聚焦效果更好，还能较容采用电子聚焦不仅聚焦效果更好，还能较容易地实现多点动态聚焦，从而进一步改善整易地实现多点动态聚焦，从而进一步改善整个探测深度范围内的分辨率和图象清晰度。个探测深度范围内的分辨率和图象清晰度。当然，多振元组合使孔径加大，将对近场分当然，多振元组合使孔径加大，将对近场分辨力造成影响，这可通过采用可变孔径接收辨力造成影响，这可通过采用可变孔径接收技术来加以克服。技术来加以克服。2发射波束扫描方式发射波束扫描方式电子线扫电子线扫B超所采用的线阵或凸形探头超所采用的线阵或凸形探头中的换能器，是由多个压电振元成线阵或弧中的换能器，是由多个压电振元成线阵或弧形排列构成的，发射时在控制信号的作用下，形排列构成的，发射时在控制信号的作用下，各振元按一定的方式被分组组合激励，产生各振元按一定的方式被分组组合激励，产生合成波束发射。对振元不同顺序分组激励，合成波束发射。对振元不同顺序分组激励，可以形成不同的发射波束扫描。可以形成不同的发射波束扫描。1)1)组合顺序扫描组合顺序扫描 组合顺序扫描方式是线阵探组合顺序扫描方式是线阵探头和凸形探头均可采用的一种最基本的扫描头和凸形探头均可采用的一种最基本的扫描方式。这种扫描方式的优点是，方式。这种扫描方式的优点是，实现了实现了电子扫描；电子扫描；多元组合发射可以保证功率；多元组合发射可以保证功率；等效孔径加大使波束变窄，分辨力高。等效孔径加大使波束变窄，分辨力高。但是，组合顺序扫描方式发射所获得的图象但是，组合顺序扫描方式发射所获得的图象质量不高，这是因为其两次发射波束空间位质量不高，这是因为其两次发射波束空间位移为移为 d d，当换能器总长为，当换能器总长为100100毫米，若振元毫米，若振元数数n=64n=64，并设每次由，并设每次由m=5m=5个振元发射，则一个振元发射，则一帧图象总共才有帧图象总共才有6060条扫描线，图上每厘米宽条扫描线，图上每厘米宽度仅度仅6 6线，线间位移量线，线间位移量d d约为约为1.51.5毫米，这样毫米，这样的声象图分辨力和清晰度都不高，图象质量的声象图分辨力和清晰度都不高，图象质量是很差的。是很差的。2)组合间隔扫描组合间隔扫描这是对组合顺序扫描方式的一种改进这是对组合顺序扫描方式的一种改进方式，它又分方式，它又分d/2间扫和间扫和d/4间扫两种。间扫两种。(1)d/2间隔扫描间隔扫描d/2间隔扫描方式工作原理如图所示，其发射和接收间隔扫描方式工作原理如图所示，其发射和接收波束扫描顺序如下波束扫描顺序如下:第一次第一次振元振元1一一5发射、接收发射、接收波束位于振元波束位于振元3中心中心第二次第二次振元振元1一一6发射、接收发射、接收波束位于振元波束位于振元3、4中间中间第三次第三次振元振元2一一6发射、接收发射、接收波束位于振元波束位于振元4中心中心第四次第四次振元振元2一一7发射、接收发射、接收波束位于振元波束位于振元4、5中间中间。第第n次次振元振元(n一一s)一一n发射、接收发射、接收波束位于振元波束位于振元n一一z振元中间振元中间d/2间隔扫描与组合顺序扫描相比，在间隔扫描与组合顺序扫描相比，在探头振元数不变的情况下，由于两次扫描波探头振元数不变的情况下，由于两次扫描波束位移减小了一半，因此，在其它条件相同束位移减小了一半，因此，在其它条件相同的情况下，线密度提高了一倍，图象质量得的情况下，线密度提高了一倍，图象质量得到了改善。到了改善。(2)d/4间隔扫描间隔扫描当采用当采用d/4间隔扫描方式工作时，两次扫插波间隔扫描方式工作时，两次扫插波束位移仅为束位移仅为d/4，因此，线密度相比组合顺序扫描，因此，线密度相比组合顺序扫描提高了四倍，图象质量可望进一步改善，其扫描工提高了四倍，图象质量可望进一步改善，其扫描工作原理如图所示。作原理如图所示。第一次第一次振元振元1-3发射、接收发射、接收接收波束位于振元接收波束位于振元2中心中心第二次第二次振元振元1-3发射，发射，1-4接收接收接收波束位于振元接收波束位于振元2-3间间d/4处处第三次第三次振元振元1-3发射、发射、2-4接收接收接收波束位于振元接收波束位于振元2-3间间d/2处处第四次第四次振元振元1-4发射、发射、2-4接收接收接收波束位于振元接收波束位于振元2-3间间3d/4处处第五次第五