超声成像的应用前景

超声成像的应用前景
超声成像的应用前景

超声成像在医学中的应用

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,它的方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。

一、超声成像的应用

超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位,以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。

超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介(如B超等用作诊断);超声波同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态,性质及结构。

超声成像是利用超声声束扫描人体,通过对反射信号的接收、处理,以获得体内器官的图象。超声成像方法常用来判断脏器的位置、大小、形态,确定病灶的范围和物理性质,提供一些腺体组织的解剖图,鉴别胎儿的正常与异常,在眼科、妇产科及心血管系统、消化系统、泌尿系统的应用十分广泛。超声成像在临床应用非常广泛,肝、胆、脾、胰、子宫、附件、膀胱、前列腺、产科胎儿、心脏、头颅、血管、胸腔、腹腔、甲状腺、乳腺、软组织、神经、肌腱等都可以通过其来诊断病情,范围几达全身。

二、几种超声成像仪

(一)A型超声诊断仪。A超是一种幅度调制型,是国内早期最

普及最基本的一类超声诊断仪,目前已基本淘汰。

(二)M型超声诊断仪。M超是采用辉度调制,以亮度反映回声强弱,M型显示体内各层组织对于体表(探头)的距离随时间变化的曲线,是反映一维的空间结构,因M型超声多用来探测心脏,故常称为M型超声心动图,目前一般作为二维彩色多普勒超声心动图仪的一种显示模式设置于仪器上。

(三)B型超声诊断仪。B型显示是利用A型和M型显示技术发展起来的,它将A型的幅度调制显示改为辉度调制显示,亮度随着回声信号大小而变化,反映人体组织二维切面断层图像。

B型显示的实时切面图像,真实性强,直观性好,容易掌握。它只有20多年历史,但发展十分迅速,仪器不断更新换代,近年每年都有改进的新型B型仪出现,B型仪已成为超声诊断最基本最重要的设备。目前较常用的B型超声显像方式有:扫查方式:线型(直线)扫查、扇形扫查、梯形扫查、弧形扫查、径向扫查、圆周扫查、复合扫查;扫查的驱动方式:手动扫查、机械扫查、电子扫查、复合扫查。

(四)D型超声诊断仪。超声多普勒诊断仪简称D型超声诊断仪,这类仪器是利用多普勒效应原理,对运动的脏器和血流进行探测。在心血管疾病诊断中必不可少,目前用于心血管诊断的超声仪均配有多普勒,分脉冲式多普勒和连续式多普勒。近年来许多新课题离不开多普勒原理,如外周血管、人体内部器官的血管以及新生肿瘤内部的血供探查等等,所以现在彩超基本上均配备多普勒显示模式。

(五)彩色多普勒血流显像仪。彩色多普勒血流显像简称彩超,包

括二维切面显像和彩色显像两部分。高质量的彩色显示要求有满意的黑白结构显像和清晰的彩色血流显像。在显示二维切面的基础上,打开“彩色血流显像”开关,彩色血流的信号将自动叠加于黑白的二维结构显示上,可根据需要选用速度显示、方差显示或功率显示。目前国际市场上彩超的种类及型号繁多,档次开发日新月异,更具高信息量、高分辨率、高自动化、范围广、简便实用等特点。

三、超声成像的未来发展趋势

近50年来,超声检查作为一种影像学诊断方法以其用途广、价格低、携带方便和高效可靠的性能成为医学中不可缺少的检查手段。随着成像技术和多普勒的发展和改进以及超声对比剂的出现,超声的应用价值进一步提高。随着计算机技术的发展,灰阶成像的基本功能和多普勒将会发挥更大的作用。通过对组织间复杂声波的探测,使超声检查具有其他技术无法代替的发展潜力。未来超声有望在以下方面获得发展:①腔内手术和内镜检查;②三维超声;③双折射成像、灌注成像;④复合记录和弹性摄影。

(一)手术中或内镜中的应用术中超声为制定手术决策提供一种精确的工具。腹腔镜超声探针是提供重要信息的另一种有效工具。最初为血管超声设计的小型传感器,现已用于输尿管、试管和肛门等结构的成像。未来设计将借助这些微型探针获取更好的成像效果。

(二)三维超声是一项新技术。三维超声可观察解剖和病理情况,增加医生对病人解剖学的理解。计算机技术的发展使容积数据的获取、分析和显示在数秒钟内完成,为快速诊断和治疗提供机会。

(三)双折射成像反向散射波幅的双折射是超声的一种特性。用这种特性能识别的组织有肾脏皮质、心肌、脑室周围区域以及大部分肌肉和肌腱。由于软骨表面难于显影,在心肌、肾脏皮质和肌腱方面的应用有待于开发。

(四)序列复合记录成像从不同时间检查获取的复合记录超声数据,能更连续和敏感地发现组织改变,提高检查和成像质量。这能为治疗开辟新的扫描和评价可疑区域或肿块生长的能力。

总之,随着技术难关的一步步攻克,超声成像在各类应用中将更加方便、更加便宜、更加广泛。

超声成像设备发展趋势

超声成像设备的发展趋势 一.引言 超声(Ultrasound,简称US)医学是声学、医学、光学及电子学相结合的学科。凡研究高于可听声频率的声学技术在医学领域中的应用即超声医学。包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程,所以超声医学具有医、理、工三结合的特点,涉及的内容广泛,在预防、诊断、治疗疾病中有很高的价值。 超声成像是利用超声声束扫描人体,通过对反射信号的接收、处理,以获得体内器官的图象。常用的超声仪器有多种:A型(幅度调制型)是以波幅的高低表示反射信号的强弱,显示的是一种“回声图”。M型(光点扫描型)是以垂直方向代表从浅至深的空间位置,水平方向代表时间,显示为光点在不同时间的运动曲线图。以上两型均为一维显示,应用范围有限。B型(辉度调制型)即超声切面成象仪,简称“B超”。是以亮度不同的光点表示接收信号的强弱,在探头沿水平位置移动时,显示屏上的光点也沿水平方向同步移动,将光点轨迹连成超声声束所扫描的切面图,为二维成象。至于D型是根据超声多普勒原理制成.C型则用近似电视的扫描方式,显示出垂直于声束的横切面声象图。近年来,超声成象技术不断发展,如灰阶显示和彩色显示、实时成象、超声全息摄影、穿透式超声成像、超声计并机断层圾影、三维成象、体腔内超声成像等。

超声成像方法常用来判断脏器的位置、大小、形态,确定病灶的范围和物理性质,提供一些腺体组织的解剖图,鉴别胎儿的正常与异常,在眼科、妇产科及心血管系统、消化系统、泌尿系统的应用十分广泛。 二.超声设备的基本原理 2.1脉冲回波原理 人体组织和脏器具有不同的声速和声阻抗,声波在传播途中,遇到不同介质的界面时会反射声波,称为回波。 超声脉冲回波成像法: 发射超声脉冲,遇界面反射,接收回波,检测出其中所携带的信息;由于界面两边声学差异并不是很大,大部分声波穿过界面继续向前传播,到达第二个界面时又产生回波,并仍有大部分声波透过该界面继续前进;将每次回波信号接收放大,并在显示器上显示。

超声医学影像设备行业研究-行业概述及发展趋势

超声医学影像设备行业研究-行业概述、发展趋势 超声医学影像设备概述 (1)超声医学影像设备的基本原理 超声医学影像设备可分为黑白超与全数字彩超(又可称超声脉冲回波成像设备和超声回波多普勒成像设备)。黑白超的基本原理是利用超声波在人体中传播时,不同器官的声阻抗不同而产生不同强度的反射或散射回波,并将这些不同强度的回波转化成不同亮度的灰阶值形成黑白图;全数字彩超则在黑白超声的基础上引入了对血液流动或者组织运动的多普勒效应检测,可以获得血液流动的方向、速度、流量等信息。中高端的全数字彩超根据超声的不同特性还可以具备弹性成像、造影成像、融合成像等功能模块,拓展了超声医学的临床应用边界。

近年来,随着云技术、人工智能技术的发展和应用,超声医学影像设备与新技术逐步融合,远程医学诊断、移动医学诊断、基于人工智能的医学影像辅助诊断功能日益进步和完善,医疗工作者单纯依靠自身临床经验对病患疾病进行诊断的现状有望逐步改善。 (2)超声医学影像设备的临床应用 超声医学影像设备是医院、影像中心等医疗机构内常用的临床诊断仪器,由于具备安全、无创、应用广泛、实时、经济、便携等优点,其应用领域由早期的腹部及妇产科诊断,拓展至心血管、神经、肌肉骨骼等多领域临床诊断,并逐步渗透至超声引导介入等非诊断领域,临床应用范围不断扩大。

(3)与其他医学影像设备的比较 目前临床应用较广的医学影像设备包括X线、CT、磁共振(MRI)、超声等四类,四类设备各有特点,在临床应用上往往针对于不同领域,有时需要综合应用才能更好的诊断病情。这四类医学影像设备由于所采用的技术不同,优缺点和临床应用也有很大差异,具体比较如下:

超声波检测技术及应用

超声波检测技术及应用 刘赣 (青岛滨海学院,山东省青岛市经济开发区266000) 摘要:无损检测(nondestructive test)简称NDT。无损检测就是不破坏和不损伤受检物体,对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。本文主要讲的是超声波检测(UT)的工作原理以及在现在工业中的应用和发展。 关键词:超声波检测;纵波;工业应用;无损检测 1.超声波检测介绍 1.1超声波的发展史 声学作为物理学的一个分支, 是研究声波的发生、传播、接收和效应的一门科学。在1940 年以前只有单晶压电材料, 使得超声波未能得到广泛应用。20 世纪70 年代, 人们又研制出了PLZT 透明压电陶瓷, 压电材料的发展大大地促进了超声波领域的发展。声波的全部频率为10- 4Hz~1014Hz, 通常把频率为2×104Hz~2×109Hz 的声波称为超声波。超声波作为声波的一部分, 遵循声波传播的基本定律, 1.2超声波的性质 1)超声波在液体介质中传播时,达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击(基于“空化现象”)。从而引出了“功率超声应用技术“例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”(统称“超声波加工”)等。2)超声波具有良好的指向性 3)超声波只能在弹性介质中传播,不能再真空中传播。一般检测中通常把空气介质作为真空处理,所以认为超声波也不能通过空气进行传播。 4)超声波可以在异质界面透射、反射、折射和波型转化。 5)超声波具有可穿透物质和在物质中衰减的特性。 6)利用强功率超声波的振动作用,还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。 1.2超声波的产生与接收 超声波的产生和接收是利用超声波探头中压电晶体片的压电效应来说实现的。由超声波探伤仪产生的电振荡,以高频电压形式加载于探头中压电晶体片的两面电极上时,由于逆压电效应的结果,压电晶体片会在厚度方向上产生持续的伸缩变形,形成了机械振动。弱压电晶体片与焊件表面有良好的耦合时,机械振动就以超声波形式传播进入被检工件,这就是超声波的产生。反之,当压电晶体片收到超声波作用而发生伸缩变形时,正压电效应的结果会使压电晶体片两面产生不同极性的电荷,形成超声频率的高频电压,以回波电信号的形势经探伤仪显示,这就是超声波的接收。 1.3超声波无损检测的原理 超声波探伤仪的种类繁多,但在实际的探伤过程,脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中,缺陷的存在将造成材料的不连续,这种

医学超声成像的进展

医学超声成像的进展 张海澜 (中国科学院声学研究所,北京100080) 1 引言 用于医学诊断的超声成像具有安全、设备比其他影像诊断方法简单、价格便宜、能够区分不同的软组织等优点,是超声技术最主要的应用之一[1]。由于事关人类健康,长期以来国内外在这一方向投入了大量的人力和物力,发展非常迅速。新的原理和方法不断出现,并迅速向实际应用转化,使超声成像的性能有了很大的提高,已与X射线层析成像、核磁共振并列为三大影像诊断手段,在各级医院中广泛地运用。 超声诊断成像采用多阵元的阵列换能器向人体内发射超声波,改变各个阵元激发的相对延迟和幅度,可以形成向一定方向发射的聚焦声束。当声束遇到体内不同器官和组织的界面时产生反射回波,再被阵列换能器接收。各个阵元接收的信号经过不同的延迟后叠加,可以加强特定方向的回波,形成接收声束。改变发射和接收波束的方向,使它们在体内扫描,得到的回波幅度反映体内不同位置的组织对声波的反射率。经过处理,在屏幕上的相应位置用灰阶表示体内各点的反射率,形成反映体内解剖结构的图像。这样的图像称为B超图像。如果对同一方向连续多次发射声束,接收到的多次回波包含了体内组织运动的信息,如心脏的搏动,血液的流动等,这样可以形成M超图像。根据多普勒频移原理,进一步利用自相关方法处理多次发射得到的血流的回波,可以得到不同位置的血流速度信息,再用彩色编码表示,得到表示体内血流分布的彩色血流图,俗称彩超。也可以对同一位置的血流作多普勒频谱分析,得到流速随时间的变化,称为频谱多普勒。在上世纪80年代,这几种成像方式成为医学超声成像的主流技术,当时的发射、接收和处理主要由模拟电路完成,而数字电路开始用于控制、成像和与多普勒频移有关的处理。此后二十年,超声成像有了令人瞩目的新发展,本文选择几个重要的发展作简单的介绍。 2 相干成像 为了实时连续地反映器官的动态图像,每秒钟至少需要产生25帧图像,因此每幅图像的成像时间不能超过40毫秒,这个要求对心脏等运动器官尤为重要。人体软组织的声速大约是1500m/s,如果体表以下探测区域的深度是0.2m,声束入射和反射的传播距离是0.4m,大约需要270纳秒的时间,因此40ms内可以完成150次发射,也就是说每幅图像最多由150个声束组成。实际上声束之间还需要有时间间隔,因此每幅图像的声束数还要少一些,上世纪80年代的超声成像设备通常采用128个声束。 由128个声束产生的超声图像在横向只有128个独立的数据点,像素点比较少,图像质量不高。为了加密像素点,又不增加声束,只能根据实际声束的数据插值得到所谓的虚拟声束。超声成像采用窄带脉冲信号,回波信号包括幅度和相位两部分的信息。上世纪80年代以前的成像方法把接收信号送入检波电路,得到包络信号,形成图像。这种方法只利用了回波信号中的幅度信息,丢失了相位信息,成像效果比较差。用包络信号插值,得不到插值点上真实的数据,由此得到的图像只是原有图像的平滑,图像质量不好。随着电子技术的发展,特别是数字化技术的运用,上世纪九十年代开始在超声诊断成像中采用相干处理的方法,用正交解调求得信号的复包络。复包

浅谈超声弹性成像发展最终改动版

浅谈超声弹性成像发展 何为弹性成像? 这是一个超声成像术语,顾名思义这种成像模式旨在评估组织的弹性大小,提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种固有属性,同密度、硬度、温度等一样,反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外压后物质的形变大小,例如海绵与金属:施加大体相同的压力后海绵发生巨大的形变,人们认为它是软的;而金属受压后无明显的变化,人们认为它是硬的。物质的硬度越大,其弹性越小;硬度越小,弹性越大。 为何要测量物质的弹性? 正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹性系数差异大约为 6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个数量级之上(如表1)。

表1 人体不同组织的弹性值 传统的超声成像中,不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗,而其弹性系数差异却远较声阻抗差大(如表2)。

表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度 这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之,同一组织中弹性的变化通常与其病理现象有关,正常组织与病变组织之间存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、

前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬的物质受到外压时应 变越小,硬度可反映物质的弹性大小。一些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组 织的硬度显着增大。此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。 什么是物质弹性的基本参数? 杨氏模量(E),亦称弹性模量/弹性系数。工程物理学上评估机械材料弹性大小 的基本包括杨氏模量、刚性指数等,其实反映的都是物质的弹性。杨氏模量,1807 年由英国科学家young thomas提出,反映物质弹性与硬度的基本参数,单位为Kpa。此弹性模量(杨氏模量)与人们日常生活中提到的弹性(好/不好)不同,超声弹 性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正比。即物质越硬,物质受压时产生的形变越小,弹性模量(杨氏模量)值越大。如海绵与金属,施加同一大小的外力,海绵形 变大而杨氏模量小,金属形变小而杨氏模量大。 怎么计算杨氏模量? 目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种: 1.E=S/e (E为应 变大小,间接反映弹性系数;S为外加压力;e为物质受压后形变的大小。主 要应用于静态型弹性成像以及定性型ARFI) 2. E = 3ρC s 2(E为弹性模量绝对值大小;ρ为组织密度;C s 为人体组织内剪切 波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪切波成像、点式剪切波速度测量法以

超声技术在医疗方面的应用

超声技术在医疗方面的应用 超声技术在医疗方面的独特疗效已得到医学界的普遍认可,并越来越被临床重视和采用。国内外医学专家利用超声技术在治疗肢体软组织损伤、肢体慢性疼痛康复、肢体运动康复方面积取得了非常好的疗效,并把超声治疗拓展到中医科、骨科、外科、内科、儿科、肿瘤科、男科、妇产科等,在临床得以广泛应用,取得了满意的治疗效果。 机械 超声振动可引起组织细胞内物质运动,由于超声的细微按摩,使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用,也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性,可以改变细胞膜的通透性,刺激细胞半透膜的弥散过程,促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态,改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。 温热 人体组织对超声能量有比较大的吸收能力,因此当超声波在人体组织中传播过程中,其能量不断地被组织吸收而变成热量,其结果是组织的自身温度升高。即内生热。超声温热效应可增加血液循环,加速代谢,改善局部组织营养,增强酶活力。一般情况下,超声波的热作用以骨和结缔组织为显著,脂肪与血液为最少。 理化 超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化。 a.弥散作用:超声波可以提高生物膜的通透性,对钾,钙离子的通透性发生较强的改变。从而增强生物膜弥散过程,促进物质交换,改善组织营养。 b.触变作用:超声作用下,可使凝胶转化为溶胶状态。对肌肉,肌腱的软化作用,以及对一些与组织缺水有关的病理改变。如类风湿性关节炎病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的治疗。 c.空化作用:空化形成,或保持稳定的单向振动,或继发膨胀以致崩溃,细胞功能改变,细胞内钙水平增高。成纤维细胞受激活,蛋白合成增加,血管通透性增加,血管形成加速,胶原张力增加。 d.聚合作用与解聚作用:水分子聚合是将多个相同或相似的分子合成一个较大的分子过程。大分子解聚,是将大分子的化学物变成小分子的过程。可使关节内增加水解酶和原酶活性增加。 e.消炎,修复细胞和分子:超声作用下,可使组织PH值向碱性方面发展。缓解炎症所伴有的局部酸中毒。超声可影响血流量,产生致炎症作用,抑制并起到抗炎作用。使白细胞移动,促进血管生成。从而达到对受损细胞组织进行清理、激活、修复的过程。 临床应用编辑 软组织损伤及慢性疼痛 广泛用于软组织损伤及慢性疼痛的治疗。超声波的穿透力强,可轻易深入到体内10-15cm。提高治疗部位细胞膜的通透性、改善血液循环、促使细胞修复过程的发生和发展;同时,人体神经和体液系统对超声能的作用具有较强的敏感性,其形成的神经反射和体液反应,具有综合调节人体的机制,特别是对陈旧性损伤有特效,超声在传播时,超声能量的方向集中,具有独特的高能量特性。主要适应症:急、慢性软组织损伤、软组织慢性疼痛、颈椎病、腰椎间盘突出症、慢性腰肌劳损、风湿类关节炎、类风湿性关节炎、慢性血肿、慢性膝盖筋腱疼痛等 肢体康复

超声成像的应用前景

超声成像在医学中的应用 超声波是一种频率高于20000赫兹的声波,它的方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。 一、超声成像的应用 超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位,以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。 超声波是一种波动形式,它可以作为探测与负载信息的载体或媒介(如B超等用作诊断);超声波同时又是一种能量形式,当其强度超过一定值时,它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用,去影响,改变以致破坏后者的状态,性质及结构。 超声成像是利用超声声束扫描人体,通过对反射信号的接收、处理,以获得体内器官的图象。超声成像方法常用来判断脏器的位置、大小、形态,确定病灶的范围和物理性质,提供一些腺体组织的解剖图,鉴别胎儿的正常与异常,在眼科、妇产科及心血管系统、消化系统、泌尿系统的应用十分广泛。超声成像在临床应用非常广泛,肝、胆、脾、胰、子宫、附件、膀胱、前列腺、产科胎儿、心脏、头颅、血管、胸腔、腹腔、甲状腺、乳腺、软组织、神经、肌腱等都可以通过其来诊断病情,范围几达全身。 二、几种超声成像仪 (一)A型超声诊断仪。A超是一种幅度调制型,是国内早期最

普及最基本的一类超声诊断仪,目前已基本淘汰。 (二)M型超声诊断仪。M超是采用辉度调制,以亮度反映回声强弱,M型显示体内各层组织对于体表(探头)的距离随时间变化的曲线,是反映一维的空间结构,因M型超声多用来探测心脏,故常称为M型超声心动图,目前一般作为二维彩色多普勒超声心动图仪的一种显示模式设置于仪器上。 (三)B型超声诊断仪。B型显示是利用A型和M型显示技术发展起来的,它将A型的幅度调制显示改为辉度调制显示,亮度随着回声信号大小而变化,反映人体组织二维切面断层图像。 B型显示的实时切面图像,真实性强,直观性好,容易掌握。它只有20多年历史,但发展十分迅速,仪器不断更新换代,近年每年都有改进的新型B型仪出现,B型仪已成为超声诊断最基本最重要的设备。目前较常用的B型超声显像方式有:扫查方式:线型(直线)扫查、扇形扫查、梯形扫查、弧形扫查、径向扫查、圆周扫查、复合扫查;扫查的驱动方式:手动扫查、机械扫查、电子扫查、复合扫查。 (四)D型超声诊断仪。超声多普勒诊断仪简称D型超声诊断仪,这类仪器是利用多普勒效应原理,对运动的脏器和血流进行探测。在心血管疾病诊断中必不可少,目前用于心血管诊断的超声仪均配有多普勒,分脉冲式多普勒和连续式多普勒。近年来许多新课题离不开多普勒原理,如外周血管、人体内部器官的血管以及新生肿瘤内部的血供探查等等,所以现在彩超基本上均配备多普勒显示模式。 (五)彩色多普勒血流显像仪。彩色多普勒血流显像简称彩超,包

超声成像设备习题

第十三章超声成像设备 一、名词解释 1.横波:波在介质中传播时,介质质点振动方向和波的传播方向互相垂直的称为横波。 2.纵波:波在介质中传播时,介质质点振动方向与波的传播方向一致的称为纵波。 3.波长:声波在介质中传播时,两个相邻同相位点之间的距离。 4.波的周期:波先前移动一个波长所用的时间。 5.频率:介质中任何一给定点在单位时间内所通过的波数称为声波的频率,用f表示。 6.声速:声波在介质中单位时间内传播的距离,称为速度。 7.超声声压:超声波在介质中传播时,产生了一个周期性变化的压力。我们把单位面积上介质受到压力称为声压。 8.超声声强:在单位时间内,通过垂直与传播方向上单位面积的超声能量称为超声强度。 9.超声仪横向分辨力:它表示区分处于声束轴垂直的平面上的两个物体的能力。 10.超声仪纵向分辨力:表示在声束轴线方向上对相邻两回声点的分辨力。 11.作用距离:指仪器发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像的被测介质深度。 12.帧频:指成像系统每秒钟内可成像的帧数,或称帧率。 13.正压电效应:正压电效应、由机械能转换成电能的物理过程。 14.行相关处理:是对相邻扫描行的对应像素进行相关处理,可以起到平滑噪声的作用。 15.帧相关处理:是指图像帧与帧之间对应像素灰度的平滑处理。 16.多普勒效应:当声源与反射界面或散射体之间存在相对运动时,接收到的声波信号频率和超声源频率存在差别,频差的幅值与相对运动速度成正比,这种现象称 为多普勒效应。 二、选择题 1.超声波是一种() A.电磁波 B.机械波 C.合成波 D.电波 E.低频波 2.超声波在()中传播速度最快 A.空气 B.水 C.血液 D.头颅骨 E.软组织 3.通常B超仪器的工作频率在()之间

超声波技术在医疗上的应用

超声波技术及其应用报告超声波技术在医疗上的应用 硕士研究生: 学号: 学科: 报告日期:

超声波技术及其应用报告 摘要 频率高于可听声频范围(20KHZ以上)的机械波,称为超声波(ultrasonic),简称超声。它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。本文主要介绍超声波技术在医疗上的应用。主要由超声波在医疗检测上的应用和超声波在治疗上的应用两部分组成。主要内容包括B超,彩超,超声全息影像技术,超声波手术刀,超声波碎石技术。文章论述了这些超声波技术的基本原理,相比于传统技术的优缺点,存在的局限和发展前景,以及超声波技术要突破的一些技术瓶颈和将来的发展方向。由于篇幅及理论基础有限,本文避免了难以理解的公式推导和证明,只是定性地,原理性地介绍了超声波在医疗上应用的这些技术。 关键词:超声检测;手术刀;超声全息影像技术;超声碎石;超声理疗 - -I

超声波技术及其应用报告 - - II 目录 摘 要 ....................................................................................................................... I 1.1 技术应用的领域 (3) 1.2 技术应用特点及原理 (3) 1.3 国内外情况分析 (6) 1.3.1 国外情况 (7) 1.3.2 国内情况 (7) 1.4 系统组成 (7) 结论 (10) 参考文献 (11)

医用超声技术的现状、发展趋势与新技术展望

医疗设备佶垂 医用超声技术的现状、发展趋势与新技术展望 刘俊松 (广东威尔医学科技股份有限公司,广东珠海519060) [摘要】超声医学是声学、医学和电子技术相结合的理、工、医综合学科。超声在医学上的应用主要有诊断和治疗两大类。超声诊断的最重要的特点是适时性、连续性和重复性。目前超声主要利用回波技术,但超声的物理参数甚多,发展潜力巨大。超声诊断与x—cT、核磁共振、核素扫描已成为现代医学的四大影像技术。 【关键词】超声物理特性;超声生物特性;无线超声探头 [中图分类号】R312[文献标识码】A[文章编号]1007—7510(2005)12一0038—02 Thesituation,deVelopingtrendandnewtechnolOgyprospectofultrasonicmedicine LIUJun—song、 (GuangdongWellMedicalScienceandTechnologyCo.Ltd,ZhuhaiGuangdong519060,China) Abstr8ct:Ultrasonicmedicineisainterdisciplinaryfieldcombinedacoustics,medicineandelectronics.Themajorap—plicationsof ultrasonicinmedicinearediagnosisandtherapy,anditsmaincharacteristimeliness,continuousnessandrepeating.Atpresent,ultrasonicmedicineprimarilytakesuseofechotechnology,butithasmanyphysicalparameters andgreat deVelopingpotentials.Nowultrasonicdiagnosis,togetherwithX—CT,NMRandnuclidescan,havealreadybecomethefourmajorimagingtechniquesinmodernimagemedicine. 1【eywords:ultrasonicphysicalcharacter;ultrasonicbiologicalcharacter;wirelessultrasonicprobe 超声医学就是利用超声的物理特性和人体组织的声学特性进行的临床医学的研究。 1超声的物理特性 1.1超声波属机械波,具有波长、频率和速度等物理量,超声波的产生需要有波源和介质。 1.2束射性超声波能量可以集中成束状,且频率越高,波长越短,束射性越强,指向性越明显。 1.3波动特性超声在人体组织中传播时,遇到不同的声学介面时就会产生反射,声阻抗差越大,反射越强,介质密度越不均匀,界面就越多,反射也愈多。这些特点构成了超声对人体器官可以探测的基础。 1.4衰减特性超声在介质中传播时,声强逐渐减弱,振幅减小,这是因为介质对声能的吸收和分散,横向传播衰减可用聚焦克服。 1.5多普勒效应这种波源、观察者和介质三者相互运动时频率变化的现象称为多普勒效应(Doppler)。 2超声影像技术原理 2.1超声影像设备由结构、硬件和软件三大部分组成 2.2超声成像的基本过程发射电路一高频脉冲一激励探头一发射超声波一在人体中传播一产生回波一探头接受一产生电信号一经高频放大一对数压缩一声束聚焦一增幅检波一形[收稿日期】2005—05—23[修回日期】2005一06—30成标准电视信号一显示。 2.3电声能转换探头内部的压电晶体加高频电脉冲时发生形变,转换成声脉冲,称逆压电效应;反过来接受回声脉冲时也发生形变,又产生电脉冲,称正压电效应,从而实现了电能和声能的互换。 2.4声束的聚焦聚焦能使声束变窄,发射和接收都要聚焦,其形式分透镜聚焦和电子聚焦。前者为声反射凹面镜,是压电材料做成的;后者为声波的相位调正,有线阵列和环阵列。聚焦宽度的大小是横向分辩力的量度,其深度是焦柱的长度。单焦点只在焦点附近的图像清晰;多焦点具有不同的焦距,可获得整个图像的清晰。 2.5动态滤波探头发射的脉冲信号很窄,而频谱很宽,超声波在人体传播中,高频衰减大于低频衰减,从而造成回波中心频率下移。采用动态滤波器,随着波束扫描,自动地改变滤波器的中心频率和带宽,以获得最佳的接收效果。 2.6对数压缩由于人体组织反射的差异,图像反差大,从而造成强、弱信号两端的信息损失。为此经放大和动态滤波后的接收信号要送至对数放大器,并压缩信号动态的范围。 2.7信号转换回波信号是模拟信号(Analog),需经A/D电路离散化,即量化成数字视频信号(Digit81)。而数字图像信号进行调亮显示,又经过D/A变换器,转换成模拟的全电视信 ?38?20卷12期鼯2005.12 万方数据

三维超声成像的发展现状及若干关键技术分析

生物医学工程学杂志 J Biomed Eng  1998∶15(3)∶311~316 三维超声成像的发展现状及若干关键技术分析 郝晓辉 高上凯 高小榕 综述 杨福生 审校 (清华大学电机系,北京100084) 内容提要 介绍三维超声成像的意义,不同的实现方案,并详细剖析了三维超声成像中遇到的图像定位、三维准确重构、不规则采样平面处理以及三维超声图像的分割问题。讨论了现有的发展水平及未来的发展方向。 关键词 三维超声成像 分割 准确重构 Development Condition of Three Dimensional Ultrasonic Imaging and Analysis of Some Key Technologies Hao Xiaohui Gao Shangkai Gao Xiaorong Yang Fusheng (Depar tment of Electr ical Engine ering,Ts inghua Uni ver sity,Beij ing 100084) Abstract This paper introduces the value of three-dimensional ultrasonic imaging and it′s different realizing ap-proaches.It deliberately analyzes the key techniques used in three-dimensional ultrasonic imaging.These techniques include registration of two-dimensional i mages,accurate reconstruction of three-dimens ional volume,projection of ir-regularly sampled plane and segmentation of three-dimensional image.The development status and future trend are al-so given in this paper. Key words Three dimensional ultrasonic imaging Segmentation Accurate reconstruction 1 三维超声成像概述 1.1 回顾 三维超声成像的概念最初由Baun和Gree-wood[1]在1961年提出。他们在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上,用叠加的方式得到了器官的三维图像。在这之后,很多人进行了这方面的研究工作,试验了各种方法。诸如Dekker[2]在1974年采用的机械臂方法,1976年Moritz提出的回声定位方法,1979年首次被Raab应用的电磁定位方法[2],以及Duke大学Vonn Ra mm[7]等人研制的二维面阵探头体积射束方法等等。这些方法都着眼于获取进行三维重建的超声体积数据。成像方面, Dekker在1974年完成了首例心脏三维重建。1986年,Martin利用经食道超声探头(IEE)获得了静态的三维图像。1990年,Wollschlge用回拉式IEE探头重建了动态心脏三维超声图像。胎儿三维形体的重构[3]与血管的三维超声成也有许多人在研究,并取得了不少成果。 1.2 临床价值和意义 传统的B型超声成像系统所提供的是人体某一断面的二维图像,医生必须根据自己的经验对多幅二维图像在大脑中进行合成以理解其三维解剖结构。这一过程需要长时间的训练和相当的熟练程度,对医生提出了很高的要求,

2超声医学成像技术的发展历史

2超声医学成像技术的发展历史 超声显像是50年代后期发展起来的一种新型非创伤性诊断的临床医学新技术。它是研究和运用超声波的物理特性、成像原理以及人体组织器官的解剖、生理、病理特征和临床医学基础知识,以观察人体组织、器官形态和功能变化的声像表现,然后分析归纳,探讨疾病的发生发展规律,从而达到诊断与治疗疾病的目的。 早在1942年奥地利K. T Dussik使用A型超声装置来穿透性探测颅脑,并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图象11110 1951年Wild和Reid首先应用A型超声对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图象[l2】。1954年Donald应用超声波作妇产科检查,随后开始用于腹部器官的超声检查。1965年Lallagen首先应用Doppler法检测胎心及某些血管疾病。1973年荷兰Bon首先报道实时超声显像仪,它是最早真正用于检查诊断心脏病的切面实时超声显像仪[}31a 70年代脉冲多普勒与二维超声结合成双功能超声显像,能选择性获得取样部位的血流频谱。快速傅立叶变换技术的应用,使得超声成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能获得的血流动力学数据。80年代以来,超声诊断技术不断发展,应用数字扫描转换成像技术,图象的清晰度和分辨率进一步提高。脉冲与连续频谱多普勒联合应用,近一步提高了诊断的准确性。80年代彩色多普勒新技术的兴起,能实时地获取异常血流的直观图象,不仅在诊断心脏瓣膜疾病与先天性心脏疾病方面显示了独特的优越性,而且可以用于检测大血管、周围血管与脏器血管的病理改变,在临床上具有重要的意义。1992年McDicken 等人率先提出多普勒组织成像技术,随后此技术被广泛应用于临床分析心肌活动的功能,为临床心脏疾病的诊断与治疗提供了一种安全简便、无创的检测手段[(81。自60年代开始萌芽的三维超声技术在90年代开始成熟,出现了一些商业系统,并逐步用于临床,在很多应用领域表现出了优于传统二维超声的特性。近年来,超声医学成像技术处于快速发展中,很多新技术,如造影成像、谐波成像、心内超声成像等技术都在临床上得到了应用。 纵观超声医学成像技术的发展历史,可以看出超声医学成像技术沿着从低维到高维(一维、二维到三维和动态三维,即四维)和从解剖结构到功能成像的道路在发展。所以,本论文所研究的超声心脏图象的多维多参数功能重建符合超声医学成像技术的发展规律。 无论是一维、二维还是三维超声成像系统,其成像原理都是脉冲回波成像。而且,现有的绝大多数的三维超声系统,均是利用一系列二维B-Scan图象经后处理方式重建后得到三维图象,考虑到系统的通用性以及一些技术上的问题,一般不会直接从超声探头获取信号并做低层次的处理,所以,现有的三维超声系统的性能和技术特性受到传统二维超声的限制,在二维超声中存在的伪像必然要影响到后继的三维重建过程。因此,下面将简要介绍脉 冲回波成像原理以及一些常见的医学超声断层成像技术。 2.1脉冲回波成像原理 超声显像系统一般由换能器(探头)、发射电路、接受电路和显示系统等主要部分组成。也可分为主机和探头两大部分。由具有压电效应的天然或人工材料制成压电晶片所构成的探头,其内加电压后产生振动的陶瓷薄膜借助逆压电效应沿一定方向发出相应频率的超声波。探头接触皮肤后在非常短的时间内超声波入射到人体(约1/10万秒),并且,大约以1530m/sec 的速度在体内组织中传播。由于人体不同脏器或同一脏器内的组织结构存在一定的声阻抗差,超声波在体内传播过程中遇到不同阻抗的界面后便产生反射,反射回来的声波被探头谈受,探头内的晶片借助于正压电效应,将接收的声波能量转换为电能。这些被探头接收到的微弱高频电信号经主机增幅和检波等复杂处理,然后以不同方式显示出来,常用的有A型、B型和M型等。 2.2 A型超声诊断技术

医学超声影像技术及其发展现状

医学超声影像技术及其发展现状 发表时间:2012-12-28T09:54:02.013Z 来源:《中外健康文摘》2012年第40期供稿作者:张秀芳[导读] 血流参数的测量依次历经了三种方法:连续多普勒(CWD)血流测量,脉冲多普勒(PWD)血流测量,彩色多普勒 (CFM) 测量。 张秀芳(上海市南京西路社区卫生服务中心 200041) 【中图分类号】R197.39【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2012)40-0062-02 【摘要】二十世纪以来随着医学、机械工艺、计算机、电子技术的快速发展,超声诊断仪器在性能上、功能上、用途上都不断地得到加强,全新的成像技术更是不断地出现并且被及时的应用到新型医疗设备中,这也拓展了超声成像技术的临床应用范围。超声影像技术由于有着高分辨率、高实时性、操作方法简便、无损伤、代价小等特点已成为临床中不可缺少的影像诊断技术之一。针对这种,本文对现有的成像技术进行了分析,并展望了其未来发展趋势。 【关键词】超声影像技术三维成像谐波成像彩色多普勒血流成像 1 引言 超声医学是结合声学、医学和电子工程技术的一门新兴学科。具有医、理、工三种专业知识结合的特点,涉及的内容广泛,在预防、诊断、治疗、康复、监护和普查人体疾病中有较高的实用价值。医学超声影像技术是超声医学重要技术之一,它是指运用超声波的物理特性,通过高科技电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析、处理和显象,从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态作出判断的一种非创伤性检查方式。随着临床医学发展的要求,超声影像技术领域正在发生着巨大的变化,主要有性能得到提高、功能得到完善、范围得到拓展等。 2 医学超声影像技术的现状 近几年来,医学超声成像系统向更高层次发展,有以下三个目标:(1).通过采集更多的声学参数来获取体内更多的病理信息;(2).通过提高图像质量来获得更为清晰的图形;(3).通过多种技术结合显示更细微的组织结构。下面对具有代表性的超声影像技术做出初步的评价。 2.1 彩色多普勒血流成像技术 血流参数的测量依次历经了三种方法:连续多普勒(CWD)血流测量,脉冲多普勒(PWD)血流测量,彩色多普勒 (CFM) 测量。彩色多普勒血流成像技术是通过把得到了与血流信息有关的参数经过相位检测、自相关处理等多种信号处理方式,然后将得到的结果显示在B型灰阶图像上,可以很直观的显示血流,同时能够对血流的性质、流速的大小、血管内的分布等予以感官上的显示。彩色多普勒血流成像技术可以用在多种疾病的诊疗上,比如可以对肝癌结节的血管进行有效的分类、可以直观的分析心脏的功能等。 2.2 谐波成像技术 医学超声中存在着很多的非线性现象,而传统的超声成像技术都是采用线性声学的原理,因此或多或少存在着一定的偏差。谐波成像技术应运而生。采用谐波成像技术时,由于入射波的频率比较低,衰减也相对比较小,与此同时由于被探头接收到的高频谐波分量的衰减只是在回程中才会产生,这些都使得谐波成像技术能够获得人体内部深层的极为细腻的图像。组织谐波成像技术和对比谐波成像技术是谐波成像技术中比较典型的两种,也得到了广泛的应用。此外,其他类的谐波技术也得到了深入的研究和迅猛的发展,呈现一片欣欣向荣之势。 2.3 超声三维成像技术 临床超声正在蓬勃发展的另一项技术就是超声三维成像技术,它通过获得三维空间上的图像信息来弥补二维平面成像技术的不足之处。根据成像原理,可以分为静态三维成像(static three-dimensional imaging) 和动态三维成像(dynamic three-dimensional imaging)两种。静态三维成像通过对二维探头采用旋转扫描或者扇形扫面的方式,获得多个切面的图像,然后载入计算机并进行图像处理和重建,最终达到显示器官三维立体图的效果。主要用在对器官内有液体存在或探察检测对象周围有液体环抱者如肾积水和肿瘤等,对血管的三维重建可以了解内脏内部的血管走向、血栓形成、分枝状况等。这些都有助于提高和改善患者的临床治疗效果。动态与静态的三维超声成像技术原理基本相同。 2.4 数字式波束形成技术 医学超声影像技术获得的包括图片分辨率等参数在很大程度上取决于波束形成的方法和技术。而常规的模拟声束形成器的工作模式可以归结为:延迟—求和—检波—采样。这种方式一方面不能实现连续的动态聚焦,另一方面通道数量的增加也会受到多重限制,此外还会存在参数漂移阻抗匹配等问题,这些都会导致难以获得高品质的图像。数字式波束形成技术把延迟和采样结合在一起,通过控制通道的不同采样时间来实现连续的动态聚焦,可以获得超高分辨率,同时可以消除旁瓣引起的伪像,此外还能实现动态孔径和连续动态聚焦。因此在临床上得到了广泛的应用。 3 医学超声影像技术的发展 从工程技术角度看,医学超声成像在彩色血流测量技术、数字化波束形成技术、谐波成像技术、三维超声等方面的发展特别引人注目,也取得了一定的效果。相比较其它医学影像检查手段,超声影像技术是一种集发射、接收为一体的双程反射成像技术。因此,从某总程度而言,目前的超声影像技术所能得到的图像只能算是粗匹配的准真实像。从医学影像技术的发展历程来看,技术发展的最终目的还是为了通过提高图像的质量从而能够显示更为细微的组织和结构,这也是决定超声影像技术发展的关键因素。而在对图像质量产生影响的众多因素之中,成像参数的作用尤为明显,因此,寻找一种更能反映人体生理、病理等状态的成像参数将在今后很长一段时间内成为重要的研究方向。与此同时,作为一门多学科结合的技术,医学超声影像技术的发展和提高与其他学科相关技术的发展有着直接的联系,如何更好的把其他学科的知识运用到超声成像技术中以改善成像效果也是未来研究的一大趋势。 在临床医学上,超声影像技术由于可以提供全方位的优质诊断信息而得到亲睐。随着医学科学和其他相关学科技术的发展,医学超声影像技术的作用也会进一步提升达到一个前所未有的水平。 参考文献 [1]高淑更.浅谈医学超声影像技术[J]. 按摩与康复医学,2010,01(7):71-72.

超声成像原理

第一章超声成像原理和妇产超声诊断临床基础 第一节超声成像原理 一、超声波的概念和基本特性 (一)超声波的概念频率在2万赫兹以上的机械振动波,称为超声波(ultrasonic wave),简称超声(ultrasound)。能够传递超声波的物质,称为传声介质,它具有质量和弹性,包括各种气体、液体和固体;传声介质有均匀的、不均匀的;有各向同性的、各向异性的等。超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播,这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。 (二)超声波的产生医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的,这种换能器又称为探头,能将电能转换为超声能,发射超声波,同时,它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。探头具有发射和接受超声两种功能。常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型,探头的类型不同,发射的超声束形状和大小各不相同,而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。见图1-1-1。 图1-1-1 探头示意 (三)超声波的基本物理量 1.频率(f):是指单位时间内质点振动的次数。单位是赫兹(Hz)、千赫(KHz)、兆赫(MHz)。超声的频率在20KHz以上,而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级,称为高频超声波,常用频率范围2~10兆赫。频率越高,波的纵向分辨力越好。周期(T)则是一个完整的波通过某点所需的时间。有f·T = 1 。 2.波长(λ):表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离,也就是一个波周期在空间里的长度。波的纵向分辨力的极限是半波长,因此了解人体软组织中传

导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。 3.声速(C):是指声波在介质中传播的速度。声速是由弹性介质的特性决定的,不同介质的声速是不同的。人体各种软组织之间声速的差异很小,约5%左右,所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时,假设各种软组织的声速是相等的,即采用了人体软组织平均声速的概念。目前,较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/s。实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的,因此声像图上显示的目标,无论是脏器或病灶,其位置及大小与实际的结构相比,都存在误差,但不致影响诊断结论,一般可忽略 声速C、波长λ、频率f或周期T之间的关系符合 4.声强(sound intensity):当声波在介质中传播时,声波的能量从介质的一个体积元通过邻近的体积元向远处传播。 声强是指超声波在介质中传播时,单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的平均能量。声强的物理意义为单位时间内在介质中传递的超声能量,或称超声功率。声强小时超声波对人体无害,声强超过一定限度,则可能对人体产生伤害,目前规定临床超声诊断仪安全剂量标准为平均声强小于10mW/cm2。(四)超声波的传播 1. 声特性阻抗(acoustic characteristic impedance):声特性阻抗(Z)定义为平面自由行波在介质中某一点处的声压(p)与质点速度(u)的比值。在无衰减的平面波的情况下,声特性阻抗等于介质的密度(ρ)与声速(C)的乘积。 2. 声特性阻抗差与声学界面:两种介质的声特性阻抗差大于1‰时,它们的接触面即可构成声学界面。入射的超声波遇声学界面时可发生反射和折射等物理现象。人体软组织及脏器结构声特性阻抗的差异构成大小疏密不等、排列各异的声学界面,是超声波分辨组织结构的声学基础。 3. 声波的界面反射与折射:超声入射到声学界面时引起返回的过程,称为声反射(acoustic reflection)。射向声学界面的入射角等于其反射角。而声波穿过介质之间的界面,进入另一种介质中继续传播的现象,称为声透射(acoustic transmission)。当超声的入射方向不

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