医用超声成像设备原理和特点
超声成像原理
成像基本原理
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（二）超声成像的类型和显示方式 超声成像的主要类型有二维、M型和D型。其间成像技术和显示方式有所不同，分
述如下。 1.二维超声：常简称为B型超声。其采用多声束对选定切面进行检查，并以每条声
束的所有回声依各自的回声时间（代表深度)和强弱，重新组成检查切面的二维图像。 图像上的纵坐标代表回声时间即回声深度，而回声的强弱则用不同辉度的光点来表示， 故属于辉度调制型显示。在二维声像图上，根据组织内部声阻抗及声阻抗差的大小， 将人体组织器官分为四种声学类型
M型超声主要用于检查心脏和大血管。通过评估距离一时间曲线，可以检测房室和主 动脉径线，左右室壁和室间隔厚度，瓣膜运动幅度和速度以及左右室收缩功能等。
超声检查方法
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（四）超声成像的新技术
①组织多普勒成像：是应用多普勒效应，以频谱方式定量分析心肌局部运动的检查技术； ②彩色多普勒能量图：成像参数为血流中与散射相对应的能量信号，主要与红细胞相对数 量有关，从而为评估病变内血管和血流灌注提供重要信息； ③声学造影：原理是人为向血流内注人与血液声阻抗不同的微气泡，致血液的散射增强， 呈云雾状回声，从而为疾病的超声诊断提供新的信息； ④声学定量(AQ）：可实时自动检测血液与组织界面，主要用于心功能评估；应用AQ原理， 还可获得不同时相心内膜运动不同色彩的编码图，即彩色室壁动态分析图，用于检测室壁运动 异常；
成像基本原理
（二）超声成像的类型和显示方式
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超声设备与超声成像性能
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（一）超声设备
超声设备主要由换能器(常称为探头）、主机和信息处理系统、显示和记录系统组成。 换能器(探头)兼有超声波发生和回声接收功能。 按应用分类方式分类：有体外探头、体内探头、穿刺活检探头之分 按探头中换能器所用振元数目分类：有单元探头和多元探头之分； 按波束控制方式分类：则有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等； 按探头的几何形状分类：用在不同诊则有矩形探头、柱断部位的各型探头、弧形探头 类超生探头（又称凸型）、圆形探头等； 主机和信息处理系统负责设备运转，包括超声波的发射、接收，信息采集和处理。 显示和记录系统用于实时显示图像和资料保存。由显示屏(荧屏）、打印机、照相机、录 像装置组成。
医用超声设备原理
医用超声设备原理超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其频率通常在1-30 MHz之间。
医用超声设备是一种利用超声波进行医学诊断和治疗的仪器。
它通过发射超声波并接收其回波，利用回波的强度、时间和频率信息来生成人体内部组织的图像。
医用超声设备的原理基于超声波在不同介质中传播的特性。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生反射、折射和透射。
这些现象使得医用超声设备能够通过分析回波的特性来获得有关人体内部组织的信息。
医用超声设备主要由超声发射器、超声接收器、图像处理系统和显示器组成。
超声发射器是一个能够产生超声波的装置，通常使用压电晶体或磁致伸缩材料作为超声波的发射源。
超声接收器则用于接收回波信号，并将其转化为电信号。
图像处理系统负责对接收到的信号进行处理和分析，以生成人体组织的图像。
显示器用于显示生成的图像，供医生进行诊断和治疗。
医用超声设备的工作过程可以分为发射、接收和处理三个步骤。
在发射阶段，超声发射器会发出一束超声波，这些超声波会经过人体组织并发生反射、折射和透射。
部分超声波会被组织中的不同结构反射回来，形成回波信号。
在接收阶段，超声接收器会接收到这些回波信号，并将其转化为电信号。
接收到的信号会经过放大和滤波等处理，以提高信号的质量。
在处理阶段，图像处理系统会对接收到的信号进行处理和分析，以生成人体组织的图像。
医生可以通过观察图像来判断人体内部组织的情况，进行诊断和治疗。
医用超声设备具有许多优点。
首先，它是无创的，不会对人体造成伤害，因此可以广泛应用于各种临床场景。
其次，超声波在不同组织中的传播速度不同，可以提供不同组织的声阻抗差异信息，从而能够清楚地显示不同组织的边界和结构。
此外，医用超声设备还可以实时显示图像，方便医生进行实时观察和操作。
然而，医用超声设备也存在一些局限性。
首先，超声波的穿透能力有限，对于骨骼和气体等高密度结构的成像效果较差。
其次，超声图像的分辨率相对较低，无法显示微小的结构和病变。
超声波成像的原理
超声波成像的原理
超声波成像是利用超声波在不同介质中传播时会发生反射、散射和折射等现象，通过对反射信号的处理和成像技术，获得生物组织的内部形态和组织结构的一种医学成像技术。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1.超声波的产生和发射：超声波通过连接到特定设备上的超声探头产生。
探头由许多压电晶体组成，当施加高频电流时，晶体会震荡产生超声波。
2.超声波的传输：超声波在人体组织中传输时，会遇到不同介质界面反射、散射、折射等反应。
这些反应会改变超声波的传播方向、速度和幅度等特性，从而产生不同的回波信号。
3.回波信号的检测和处理：探头可以测量回波信号的时间、强度和频率等信息，并将这些信息传输到计算机处理。
计算机根据反射时间和反射强度等参数，对对应的组织进行成像处理，以便医生能够观察。
4.成像技术：超声波成像可以通过多种成像技术来展示不同组织的内部形态和结构。
其中最常用的技术是B模式成像，它将回波信号显示为灰度图像以显示组织的内部结构。
其他技术包括彩色多普勒成像、3D超声成像和血管注射超声成像。
超声波医学成像工作原理
超声波医学成像工作原理超声波医学成像是一种非侵入式的诊断技术，可以通过声波的传播和反射来获取人体内部的结构和组织信息。
它在临床上广泛应用于检测和诊断肿瘤、器官损伤、妊娠等多种医学领域。
本文将详细介绍超声波医学成像的工作原理。
一、超声波的产生超声波是指频率超过20kHz（人耳听觉范围）的声波。
在超声波医学成像中，超声波的产生主要依靠压电效应。
当施加交变电压于具有压电特性的晶体或陶瓷材料上时，晶体或陶瓷会发生机械振动，从而产生超声波。
二、超声波的传播和反射超声波在物质中的传播速度与介质的密度和弹性有关。
一般来说，在软组织中，超声波的传播速度约为1540米/秒。
当超声波遇到两种介质界面时，会发生反射和折射现象。
反射是指超声波从介质界面上反射回来，而折射是指超声波在两种介质之间发生方向改变。
三、超声波成像的原理超声波成像利用超声波在人体组织中的传播和反射特性来获得人体内部结构的信息。
具体而言，超声波成像主要分为超声波的发射和接收两个过程。
在超声波的发射过程中，医生将超声波探头放置在患者身体表面，并通过控制仪器发出超声波脉冲。
超声波脉冲通过介质传播后，遇到不同组织界面会发生反射，部分能量会返回到探头。
在超声波的接收过程中，探头上的压电晶体会将接收到的超声波信号转化为电信号。
这些电信号经过放大和处理后，可以生成图像，并通过显示屏展示出来。
四、超声波成像的模式超声波成像有多种模式，常见的包括B超、彩色多普勒超声和三维超声。
B超，即亮度超声，是最常用的超声波成像模式。
它通过反射超声波的亮度变化来显示图像。
B超图像以灰度形式展示，明亮的区域代表回波强，而暗淡的区域则代表回波弱。
彩色多普勒超声用于检测血流，可以显示血流方向和速度分布。
彩色多普勒超声通过测量血液回波的多普勒频移来计算血流速度，并以彩色形式在B超图像上显示。
三维超声是一种高级的超声模式，它可以实时获取物体的三维图像。
三维超声利用多个二维图像拼接而成，可以提供更加全面的结构信息。
医学超声成像原理
医学超声成像原理
超声成像的原理可以总结为三个主要步骤：发射声波、接收回波和图
像重建。
首先，超声成像设备通过一个称为超声探头的装置发射一系列高频声波，这些声波经过人体组织时会被其中的不同结构反射或散射。
超声探头
通常包含一个或多个声波发射器和接受器，发射器会发射超声波束，并且
根据需要调整波束的方向和形状。
其次，超声波在人体内部组织中发生反射和散射。
不同组织结构对声
波的反射程度和时间以及散射的模式各不相同。
这些反射和散射的声波通
过超声探头的接受器接收回来，并将其转化为电信号。
最后，接收到的电信号经过放大和处理，形成一系列的数据点，然后
在计算机中通过算法进行图像重建，最后生成人体内部结构的二维或三维
影像。
超声成像有许多优势，例如无辐射、实时成像、可重复性高等。
这种
成像技术可以用于多种医疗领域，如妇科、泌尿器科、呼吸系统、心血管、肌肉骨骼系统等，并且在临床中应用非常广泛。
1. Smith, S. Seeing Inside the Body: Ultrasound Imaging and its Application. University of York.
2. Gill, N. Medical Ultrasound Imaging: Principles and Techniques. Wiley, 2004.。
医学超声成像原理
医学超声成像原理
超声成像是利用超声波在人体中传播的特性，以及通过人体组织时会产生反射和透射现象的原理，以超声图像的形式将人体组织成像的技术。
医学超声成像技术是在20世纪90年代中期
发展起来的一种新兴诊断技术。
它主要利用超声波在人体内的传播特性，即在传播过程中遇到不同介质时，会发生反射、透射等现象，这些现象产生的回波信号经图像处理后就能得到组织的回声强度、组织内部结构及病变信息。
它具有无创、可重复性好、可用于大面积扫查等优点，在临床上有广泛应用。
医学超声成像是利用超声波在人体内传播时产生的回波信号，通过对回波信号进行分析处理而形成图像，是一种能显示被检查人体内病变情况的一种技术。
它的基本原理是：当超声探头发射出超声脉冲波时，其路径上会有被检组织产生反射、透射及回波信号。
这些信号在探头接收端会被放大，再经过适当处理后就能显示出组织内部回声及结构的信息，这些信息可以用来判断被检组织是否发生病变，为临床诊断提供可靠依据。
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医用超声探头原理
医用超声探头原理
医用超声探头是医学超声成像系统的关键部分，它负责发射和接收超声波信号。
探头内部包含多个发射与接收元件（晶体），一般为聚焦式阵列，通过电信号的控制，能够将超声波束聚焦在感兴趣的区域。
发射元件工作时会产生超声波脉冲，然后通过透明介质如凝胶传入被检查的部位。
当超声波遇到组织或器官时，部分能量会被吸收、反射或折射，形成回波信号。
接收元件则会接收这些回波信号，并将其转化为电信号，再通过探头内部的电路传给超声机进行信号处理。
为了实现更好的成像效果，医用超声探头通常采用多晶元件的阵列形式。
这种设计可以在不同方向上发射和接收超声波，形成多个传感点，从而实现多角度、三维成像。
此外，为了提高成像分辨率和深度，探头通常会采用多频率的工作模式。
不同频率的超声波在组织中的传播速度和散射特性不同，通过组合使用不同频率的超声波可以获取更清晰的图像信息。
总之，医用超声探头通过发送和接收超声波信号，利用回波信号生成组织的图像。
其采用多晶元件的阵列形式，多频率的工作模式和聚焦技术等设计，能够实现更精准、高分辨率的成像效果，为医学诊断提供了重要的技术支持。
超声设备工作原理
超声设备工作原理超声设备是一种利用超声波技术进行检测、成像或治疗的仪器。
它广泛应用于医学、工业和科学领域，具有高分辨率、无创伤性和实时性的特点。
本文将介绍超声设备的工作原理，包括超声波的生成、传播和接收。
一、超声波的生成超声设备产生超声波的核心部件是压电晶体。
当电压施加在压电晶体上时，晶体会引起压电效应，即晶体会发生尺寸变化。
这个现象称为压电效应。
利用压电效应，超声设备可以将电能转化为机械能，进而产生超声波。
二、超声波的传播超声波是一种机械波，其传播过程需要介质的支持。
在医学超声设备中，常用的介质是凝胶。
凝胶具有良好的传导性能和吸收性能，能够有效地传播超声波并降低信号的衰减。
当超声波经过介质传播时，会遇到不同组织的界面。
这些组织界面会发生声阻抗的变化，导致超声波的一部分被反射回来。
超声设备利用接收器接收反射回来的超声波，并通过信号处理将其转化为图像或其他形式的信息。
三、超声波的接收超声设备的接收部件主要由接收器和压电晶体组成。
当接收到反射回来的超声波时，接收器会将机械能转化为电能。
压电晶体会发生压电效应，产生电压信号。
这个信号经过放大和滤波等处理后，可以得到适合于显示或存储的超声图像。
四、超声设备的工作模式超声设备常见的工作模式有B模式和M模式。
B模式是超声设备最常用的工作模式之一，通过逐点扫描的方式生成2D图像。
M模式则是通过对单个扫描线的连续采集，生成运动的曲线图。
五、超声设备的应用超声设备在医学领域被广泛应用于诊断和治疗。
在诊断方面，超声设备可以用于检测人体内部器官的结构和功能，帮助医生进行疾病的判断与诊断。
在治疗方面，超声设备可以用于碎石治疗、消脂塑形等医学美容手术。
在工业和科学领域，超声设备也发挥着重要的作用。
例如在无损检测中，超声设备可以用于检测材料内部的缺陷和纹理，帮助工程师评估材料的质量和可靠性。
在实验室中，超声设备可以用于研究材料的物理特性、粒度分析等。
六、结语超声设备的工作原理基于超声波的产生、传播和接收过程。
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B型超声诊断仪
临床应用
心脏B超
B型超声诊断仪
临床应用
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
一、机械扇形扫描B超仪
➢ 超声波束以扇形方式扫查，可以不受透声 窗口窄小的限制而保持较大的探查范围。
➢产生高速机械扇形扫描，通常采用的方法有 两种：单振元摆动法简称机械摆动法；风车 式多振元（三个或四个晶体换能器）旋转法 简称机械旋转法。
反 射
射信号的强弱，
回 声
可探测脏器径线
及鉴别病变的物
理特性。
弱
浅
深
A型超声诊断仪
原理
根据回波的波幅 、波密度等特征，可 测得回波所在位置人 体脏器的厚度、病灶 的深度和大小，还可 对病灶进行定性分析
A型超声诊断仪
诊断基础
由于人体脏器、组织其正常与异常的物理性 质及结构不同，形成相应的超声界面，认识这 些界面回声规律，即A型诊断法的诊断基础
对线阵排列的各振元不同时给予电激励，而是使施 加到各振元的激励脉冲有一个等值的时间差τ，合成波 束的波前平面与振元排列平面之间，将有一相位差θ ， 合成波束的方向与振元排列平面的法线方向就有一相位 差θ。通过控制激励时间而实现波束方向变化的扫描方
式，叫做相控阵扫描。
B型超声诊断仪
三、电子相控阵扇形扫描B超仪
B型超声诊断仪
• 机械旋转式扇扫B超仪
优点：
转轮每转动一周，声束即可对人体作3—4次扇形扫 描，在显示器上得到3—4帧图像。
旋转式探头的驱动马达只需单方向旋转，转速均匀， 故扫描均匀，噪声和振动都很小，其寿命远比摆动式探头 长。
B型超声诊断仪
二、高速电子线形扫描B超仪
将多个声学上相互独立的换能器成一线排 列称作线阵，用电子开关切换接入发射/接收 电路的换能器，使之分时组合轮流工作，如果 这种组合是从探头的一侧向另一侧顺序进行的， 每次仅有接入电路的那一组被激励，产生合成 超声波束发射并接收，即可实现电子控制下的 超声波束线性扫描。
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪
原理
同M型相似，都采用亮度 调制方式来显示深度方向所有 界面的反射回波信息。它以明 暗不同的光点反映回声变化， 在影屏上显示不同等级的灰度 图象，强回声光点明亮，弱回 声光点黑暗，按扫描线逐行显 示随深度变换的回波信号，即 构成一幅二维切面图象
B型超声诊断仪
A型 (Amplitude mode)
应用相控阵列技术，对施加于线阵探头 的所有晶体振元的激励脉冲进行相位控制， 亦可以实现合成波束的扇形扫描，用此技术 实现波束扫描的B型超声波诊断仪称为电子 相控阵扇型扫描B超仪。
三、电子相控阵扇形扫描B超仪
2.仪器组成与工作原理
• 偏向角参数发生器用于在半个帧频周期内，等时 差地产生若干个不同周期的序列脉冲 ，相位控 制器用来把偏向角参数转换成相控阵的触发信号。 触发信号控制各路脉冲激励器，产生激励脉冲分 别加于探头各压电振元，各振元产生超声波发射。
B型 (Brightness mode)
线形扫描（linear scan)
B型超声诊断仪
线扫和扇扫： 线扫适用于腹 部脏器，扇形 扫描适用于对 心脏的检查。
B型超声诊断仪
诊断基础
B型超声诊断是通过对一系列切面声像图的分析而 作出的。 分析内容：外形
边界回声 内部回声 后方回声 比邻关系 活动度和活动规律 硬度 排空功能
B型超声诊断仪
机械摆动式扇型扫描B超人意
B型超声诊断仪
• 机械旋转式扇扫B超仪
采用4个（或3个）性能相同的换能器，等角度 安放在一个圆形转轮上，马达带动转轮旋转，每个 换能器靠近收/发窗口时开始发射和接收超声波,各 换能器交替工作。
M型超声诊断仪
心搏的M型超声影像
M型超声诊断仪
临床应用
M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心 脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势 ，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜 的运动速度、加速度等。
但M型显示仍不能获得解剖图像 。
B型超声诊断仪
B型超声诊断仪是第二代超声诊断仪， 也是当今世界使用最广泛的超声诊断仪。
医用超声成像设备 原理和特点
A型超声诊断仪
A型超声诊断仪
A型超声诊断仪
原理
当声束在人体组织中传播遇到不同 声阻抗的临近介质介面时，在该界面上 就产生反射（回声），当遇到一个界面， 产生一个回声，该回声在示波器的屏幕 上以波的形式显示出来。
A型超声诊断仪
原理
强
即幅度调制型
。此法以波幅的
高低代表界面反
A型超声诊断仪
临床应用
• 脑中线探测 • 眼球探测 • 胸膜腔探测 • 心包积液探测 • 肝脓肿探测 • 测量脏器大小、厚度及判定其内部结
构的物理性质
A型超声诊断仪
缺陷
回波图只能反映局部组织的回波信息，不能 获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准 确性与操作医师的识图经验关系很大。
目前，已几乎不再生产和使用。
M型超声诊断仪
原理
M型超声的基本结构与A型相同，所不同的是 其图像信息的显示方式。对于运动脏器，由于各 界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化 的，如果仍用幅度调制的A型显示方式，所显示的
波形随时间而改变，得不到稳定的波形图。
M型超声诊断仪
原理
采用辉度调制的方法，使深度方向所有 界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描 线上显示出来，随着脏器的运动，各层组织 和探头之间的距离也随之改变，垂直扫描线 上的各点将发生位置上的变动，定时地采样 这些回波并使之按时间先后在时间轴上展开 。
➢多用于对心脏的探测。
B型超声诊断仪
• 机械摆动式扇型扫描B 超仪
➢ 摆动式扇扫B超仪探头利 用直流电机或步进电机驱动， 通过凸轮、曲柄、连杆机构 将电机的旋转运动转换为往 返摆动，从而带动单个晶体 换能器在一定角度(30°～ 90°之间)范围内产生扇形 超声扫描。
➢ 需要声媒质来传递超声波， 多采用蓖麻油
B型超声诊断仪
二、高速电子线形扫描B超仪
多振元组合发射的意义
多振元组合发射： 增加近场、增大面积、提高分辨率、灵敏度;
单振元发射： 辐射面积小，波束发散角大，指向性差;
B型超声诊断仪
三、电子相控阵扇形扫描B超仪
1.相控阵扫描原理 • 对成线阵排列的多个 声学上相互独立的压 电晶体振元同时给予 电激励，可以产生合 成波束发射,且合成 波束的方向与振元排 列平面的法线方向一 致。