超声成像原理
超声成像原理
成像基本原理
PAGE 5
（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
PAGE 18
（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
PAGE 9
超声设备与超声成像性能
PAGE 10
（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。
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。
超声成像原理
c、强回声：反射比较强，回声明亮，也可 伴有声影或多重反射。纤维组织（包 膜）、结石、钙化灶、气体。
d、高回声：回声强度介于等回声与强回声 之间。
e、无回声：均匀液体内无声阻抗差异的界 面既呈无回声暗区。胆汁、尿液、血液。
正常人体各种组织的回声表现：
1、强回声：气体、骨皮质、软骨组织、纤维结 缔组织
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者头侧，图右为患者足 侧，图上为背，图下为腹。
侧卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者足侧，图右为患者头 侧，图上为背，图下为腹。
（三）图像分析的内容
观察分析超声图像时，首先应了解切面 方位，以便于认清所包括的解剖结构， 并注意分析以下内容 。
骨>肌肉>肝脾>肾、血液>乳腺>水>脂 肪>肺>空气
（四）超声波的特性
1、方向性：直线传播 2、声衰减现象：扩散、散射、组织对声
能的吸收 3、多普勒效应（Doppler效应）：声源
与接受体之间存在相对运动，产生频率 变化。
超声遇到活动的界面，散射或反射回声 的频率发生改变，又名多普勒频移。界 面活动朝向探头时，回声频率升高，呈 正频移；界面活动背离探头时，回声频 衰减低，呈负频移。频移的大小与活动 速度呈正比。
（4）光环——回声呈环状。
（5）光带——回声光点连续排列呈明亮的 带状或线状。
（6）声晕——结节外周呈1~2mm无回声 环形围绕者。肝癌。
（7）声影——声速经过声阻抗差别大及声 衰减系数较大的障碍物时，声能明显衰 减，后方出现条状暗区称为声影，多见 于结石、钙化及致密结缔组织回声之后。
超声多普勒成像的基本原理
超声多普勒成像的基本原理
超声多普勒成像是一种利用声波的多普勒效应来观测物体运动和血流速度的成像技术。
它的基本原理如下：
1. 声波的传播：超声波是一种机械波，通过超声探头发射频率高达几百万赫兹的声波，并经由介质传播。
声波在介质中传播时，会与组织中的不同结构发生相互作用。
2. 多普勒效应：当声波与运动物体相互作用时，会出现多普勒效应。
多普勒效应是指当发射声波的源和运动物体之间有相对运动时，声波的频率会发生变化。
当物体远离声源时，声波频率降低；当物体靠近声源时，声波频率增加。
3. 血流速度测量：在超声多普勒成像中，探头会发射连续的超声波，它们经由组织传播并与血液相互作用。
通过测量声波的频率变化，可以计算出血流速度。
这是因为血液中红细胞的运动与组织之间存在相对运动，从而引起声波频率的变化。
4. 彩色多普勒成像：彩色多普勒技术可以将测得的血流速度信息以彩色显示在图像上。
不同颜色对应不同的血流速度，利用这一特性，医生可以在显示屏上直观地观察血流速度的分布和流动方向。
总的来说，超声多普勒成像利用声波的多普勒效应来观测物体运动和血流速度。
通过测量声波频率的变化，可以绘制出物体或者血流的速度分布图像，为医生提供重要的诊断信息。
超声波成像的成像原理
超声波成像的成像原理
超声波成像的成像原理主要涉及三种基本超声原理：反射原理，衍射原理和散射原理。
1.反射原理：当超声波遇到物体表面时，部分声波将会反射回饱满张力网络，而其他声波会从物体表面转入物体内部；
2.衍射原理：当声波遇到狭窄的物体入口时，衍射现象会发生。
这种衍射现象会使得声波在不可视的隐形内部物体表面折射，散射多次;
3.散射原理：当声波经过障碍物或具有各种大小形态的结构时，部分声波会被障碍物以及结构所吸收，而另一部分会发生散射。
这种散射现象比反射和衍射效应更为显著，用以表征不同结构的超声利用散射信号来建立图像，这种图像被称为回应图像（RF）。
超声的成像原理与应用
超声的成像原理与应用1. 引言超声成像技术是一种利用超声波在人体内部产生反射、散射、传播的特性，通过接收反射回来的超声信号，将其转化为图像展示的一种医学成像技术。
超声成像具有无创、无辐射、实时性强等优点，在医学领域得到了广泛的应用。
本文将介绍超声成像的原理和应用。
2. 超声成像原理超声成像利用超声波的机械振动与压缩传播原理实现对人体内部结构的成像。
具体包括以下几个步骤：2.1 超声波的发射与接收超声成像系统通过超声探头发射超声波，并接收由体内组织反射回来的信号。
超声波是由高频振动的声源产生的，发射到人体内部后，会遇到组织的不同介质边界从而发生反射和散射。
2.2 超声波的传播超声波在传播过程中，会受到组织的声音的吸收和散射。
不同的组织对超声波有不同的声阻抗，这会导致超声波在组织内部的传播速度发生变化。
根据这种速度差异，可以得到不同组织的声速和密度信息。
2.3 超声成像图像的生成超声成像系统将接收到的超声信号转化成电信号，通过一系列信号处理，最终生成可视化的超声成像图像。
在图像生成的过程中，需要对声波传播的时间和强度进行计算和处理，从而得到不同组织的结构信息。
3. 超声成像应用超声成像技术在医学领域有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：3.1 超声诊断超声成像用于医学诊断，常见的应用包括妇科超声、心脏超声、泌尿系统超声等。
通过超声成像，可以观察到人体内部器官的结构和功能，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
3.2 超声检测超声成像在工业领域也有广泛的应用，例如检测金属材料的缺陷、测量液位、检查管道堵塞等。
通过超声波的传播和反射，可以获取到物体的内部结构和状态信息。
3.3 超声治疗超声技术还可以用于医学治疗，例如利用高能超声波进行肿瘤消融和溶石治疗等。
超声波的高能量可以对病灶进行精确的摧毁，达到治疗的效果。
3.4 超声导航在手术操作中，超声成像可以作为导航工具，帮助医生准确定位和定位手术目标。
通过超声成像技术，医生可以实时观察手术过程，减少手术风险。
超声波成像技术的原理和应用
超声波成像技术的原理和应用超声波成像技术是一种医学图像学方法，利用声波传播在物体内部时的反射和散射特性来形成图像。
它已成为现代医学中最常用的成像技术之一，因为它非侵入性、安全、无副作用，可以在实时、高分辨率的情况下得到详细的解剖信息。
超声波成像的原理是基于超声波在介质中传播时产生的反射和散射。
超声波是高频机械波，其频率通常在1-20MHz之间，比可见光的频率还高。
当超声波遇到两个不同介质的边界时，部分超声波被反射回来，部分超声波被穿透到新的介质中。
这些反射和散射的声波信号被超声探头捕获并转换为电信号，然后通过计算机处理形成图像。
超声波成像技术有多种应用。
最常见的应用是肝、胰腺、乳腺、甲状腺、心脏等内脏器官的成像，因为这些器官无法通过其他成像方法得到详细的解剖信息。
此外，超声波成像也用于检测畸形儿的出生缺陷，以及女性妊娠期间的孕妇健康状况。
超声波成像技术有两种主要类型。
第一种是二维超声技术，它在病灶部位以不同角度产生扫描，用计算机将这些图像整合在一起，形成一个整体图像。
第二种技术是多普勒超声技术，它使用声波的多普勒效应来检测血流速度和方向，用于评估器官的血流情况。
超声波成像技术的一大优势是它是非侵入性的，不需要使用放射性物质或注射剂，因此不会对受检者造成任何副作用。
此外，它可以提供实时的图像，使医生可以及时看到病变的位置和形态。
它也是一种相对便宜的成像技术，对于那些无法承受昂贵成像技术，如核磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）的患者尤其重要。
尽管超声波成像技术在医学领域得到广泛应用，但它也具有其他领域的应用。
例如，它可用于检测材料的质量和裂缝，用于生物研究中对生物组织的分析、评估和测量。
由于它的非侵入性和实时性，也被用于生物医学工程、机器人技术和虚拟现实等领域的研究。
总之，超声波成像技术是一种非常重要的成像技术，已广泛应用于许多医学领域和其他领域。
它的发展使医生能够获得诊断和治疗疾病所需的详细解剖信息，帮助提高疾病的识别和治疗水平。
医学超声成像的基本原理
（4）弧形扫查 声线：弧形移并摆动，与凸阵扫相反。 优点：近场视野宽。 缺点：要求的入射范围大。 适用：乳腺、甲状腺的显像。
（5）径向扫查 声线：呈360°放射状。 适用：介入式探头。 优点：经食道、直肠、阴道等探入人体， 靠近检区，提高频率，提高像质。
即：F，A，dL 三者乘积是一常数。
L
线阵
Fs P
A
N, dL
编辑课件
3．帧频与像质的关系
F (Hz) 动感 亮度
＜10
静态 闪烁
10—24
准实时 闪烁
>24
实时 不闪烁
4. 数值分析 因人体软组织中声速 c =1540 m/s 如果：P=10cm , F=30Hz , 则 N=c/2FP=256.6线 或者：N=500线 , P=20cm , 则 F=c/2NP=7.7Hz 可见：难于同时取得满意的数值。
许多超声仪配备多个不同频率的探头，可供选用。
编辑课件
四、帧频(F)
1．定义：成像系统每秒钟成像的帧数。
2．相关因素（直接成像法）
① 如图，P－探测深度，c－声速，
N－扫查线数, Fs－扫查帧频
线阵
直接成像时： F＝Fs
∵一条扫线需时间（超声P内来回）：
Tl＝2P/c
c
Fs
P
∴帧周期——N条扫线所需时间：
编辑课件
Ⅲ 图解例
① 无偏向无聚 焦发射： 各阵元 发射信号无 相位差。 叠加声波最 强区域—— 同相位波面 密集区域， 不偏向，不 收缩。
编辑课件
② 有偏向无聚 焦发射：
各阵元 发射信号相 位有线性变 化，相邻相 差τ，叠加声 波最强区 域——同相 位波面密集 区域，有θ角 偏向，不聚 焦。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
医学超声诊断系统的构成
• 探头-超声换能器 • 基本电路部分：通常由主控电路、发射电
路、高频信号放大电路、视频信号放大和 扫描发生器组成 • 显示部分 • 用户控制部分
欧姆龙贸易（上海）有限公司
超声波的产生
• 原理：压电效应与逆压电效应
• 换能器种类：压电陶瓷、高分子复合材料、陶瓷 复合材料
• 聚焦的目的：获得好的横向分辨率 • 聚焦的种类：
– 声透镜 – 曲面探头 – 电子聚焦
欧姆龙贸易（上海）有限公司
常用的超声成像模式
• A(Amplitude)型 • B(Brightness)型 • M(Movement)型 • D(Doppler)型 • CD(Color Doppler)型
欧姆龙贸易（上海）有限公司
探头
欧姆龙贸易（上海）有限公司
衍射（绕射）现象
• 超声发射波束可以看成探头表面无数点 源产生的无方向性球面声波的相干叠加
• 近场声束维持发射孔径的形状，而在远 场声束发生扩散
• 近场长度与孔径平方和频率成正比
欧姆龙贸易（上海）有限公司
聚焦
• 未聚焦的换能器发射的声波空间分辨率最 好情况下与孔径的尺寸相当，而且远场分 辨率急剧下降
欧姆龙贸易（上海）有限公司
A-mode
• 根据回波包络峰值确定不同界面的距离 • 应用较少（脑中线测量、眼科）
欧姆龙贸易（上海）有限公司
B-mode
• 通过声束扫描获得不同方位回波的幅度 ，对不同方位的回波幅度利用亮度调制 获得两维的图像显示。
欧姆龙贸易（上海）有限公司
B-mode图像分辨率
• 轴向(axial)分辨率：超声束轴线上，能分辨两 点间的最小距离。与波长有关。只有当两点距 离大于波长的1/2时，超声才能分别产生两个回 声。
– 介质硬度由可压缩度表示
• 介质的密度
– 单个微粒的质量越大，受周围微粒振动的干扰引起 运动的加速度越小，从而声波在该介质中传播速度 也越小
c 1
欧姆龙贸易（上海）有限公司
声衰减
• 声强：垂直声束方向上，单位面积内每秒通过 的声能
• 声强衰减的影响因素：吸收、散射、声束扩散 、反射、折射
• 均匀介质内声衰减为指数衰减 • 衰减系数：单位距离内声强衰减的百分比系数
I x I0 exp x
I Ix
欧姆龙贸易（上海）有限公司
声衰减的对数表示
• 声衰减(dB)=-10log10(Ix/I0)=4.34x • u= 4.34 • 声衰减系数近似与频率成正比
– u=kf – k: dB/(m MHz)
• 与x-ray的区别:x-ray低频衰减大于高频衰减 • 对脉冲波的影响？
i c1 Z1
c2 Z2
t
It
欧姆龙C贸re易fle（ct 上海C）tra有ns限mit公司1
声阻抗与折射
• 服从Snell定理
s in i
s in t
c1 c2
• 大部分生物组织声速都非常相近(~1500m/s)， 因此折射现象不严重。
• 超声图像通常接收反射信号成像，因此通常只 有垂直入射的信号才会产生有效回波。
欧姆龙贸易（上海）有限公司
B-mode临床应用基础
• 利用超声波在生物组织中的传播特性， 不同的组织与器官具有独特的声像图特 征
– 液性结构为无回声暗区。 – 实质性结构为强弱不等的各种回声 – 均质性实质结构为均匀的低回声或等回声 – 非均质性结构为混合性回声 – 钙化或含气性结构则呈极强回声并伴后方声
欧姆龙贸易（上海）有限公司
部分声学参数值
欧姆龙贸易（上海）有限公司
超声频率选择依据
• 穿透力(声衰减) Vs 分辨率(波长)
– 高频：高分辨率、低穿透力 (浅表器官) – 低频：低分辨率、高穿透力 (腹部深部器官)
• 典型应用：
– 胎儿：1MHz (1.5mm) – 眼睛：10MHz (0.15mm) – 皮肤：20MHz (0.075mm)
欧姆龙贸易（上海）有限公司
声阻抗与反射
• 介质的声阻抗与介质的密度和声速成正比
Z
c
• 组织的声阻抗决定了超声束在两个介质界面上
的反射和入射能量比。
Ii
Ir
Creflect Ir Ii Z2 Z1 2 Z2 Z1 2 Ctransmit It Ii 4Z1Z2 Z2 Z1 2
• 横向(lateral)分辨率：垂直于轴线平面上，能分 辨相邻两点间的最小距离。与超声束直径有关 ，只有当超声束直径小于两点距离时，才能把 这两点显示出来。
• 厚度(elevational)分辨率：又称厚度分辨率与侧 向分辨率在一平面上，是相互垂方向轴线上的 分辨力。
• 时间(temporal)分辨率：帧频，显示图象的实时 程度。
医学超声成像原理
欧姆龙贸易（上海）有限公司源自目录• 什么是超声？ • 医学超声诊断系统由哪些主要构成？ • 超声波是如何产生的？ • 有哪些常用的医学超声成像模式？ • 小结
欧姆龙贸易（上海）有限公司
超声的基本特性
• 超声波是一种机械波 • 在生物系统中的超声波通常起作用的只有
纵波（纵波和横波的区别？） • 超声波的频率>20kHz
• 连续波
– 较早应用于医学超声诊断，但通常只利用连续波多普 勒技术检测任意大小的运动速度。
欧姆龙贸易（上海）有限公司
声速
声波在组织中的传播速度取决于： • 介质的硬度
– 介质微粒间具有大的吸引力(介质表现的越硬)，微粒 受周围微粒振动的干扰引起运动的加速度也越大， 从而声波在该介质中传播速度也越大
– 医学诊断超声频率通常在MHz和10MHz量级
• 应用范围：消化系统，心血管系统，妇产 科，外科学，眼科学，神经学，泌尿科， 皮肤病学……
欧姆龙贸易（上海）有限公司
成像基本原理
• 脉冲波
– 压电装置产生的脉冲波发送到人体组织后，超声波碰 到不同深度的组织结构产生反射和散射，部分回波被 压电装置接收。利用不同深度产生的回波的不同时延 ，获得不同组织界面的反射、声衰减、运动目标的相 位偏移等有用信息。
影
欧姆龙贸易（上海）有限公司
欧姆龙贸易（上海）有限公司
M-mode
• 运动组织的检查 • 典型应用：心脏检查
欧姆龙贸易（上海）有限公司
D-mode
• 典型应用：血流速度的定量检测
fd
2
f0v cos
c
欧姆龙贸易（上海）有限公司