医学影像系统原理7 超声
医学影像技术中的超声成像原理与应用
医学影像技术中的超声成像原理与应用超声成像是医学影像技术中常用的一种手段，它通过对人体或动物体内部组织和器官进行超声波的扫描和接收反射信号来生成图像。
目前，超声成像已经广泛应用于临床医学中，包括妇产科、心脏病学、肝脏病学、肾脏病学等多个领域。
超声成像技术的原理是利用超声波在组织间的传播和反射规律。
当超声波传入人体组织后，会产生多次反射和散射，这些反射和散射以不同的强度传回超声波发射器，然后由接收器接收。
基于此原理，超声成像系统通过对不同时间内超声波的接收和记录，将其转化为一个二维或三维图像，从而呈现出被扫描组织或器官的形态和结构。
超声成像技术与传统放射性医学成像技术相比具有许多优点。
首先，超声成像无辐射，安全性高，适用于各个年龄层。
其次，超声成像可以实时观察组织和器官的运动和变化，对血流动力学和心肌收缩也可以进行观察和评估。
此外，超声成像设备相对便携，易于携带和应用于临床。
在妇产科领域，超声成像被广泛应用于孕妇的孕期检查和胎儿观察。
妇产科超声检查可以观察胎儿的发育情况、胎盘位置以及子宫内腔的异常情况。
通过超声成像，医生可以及时发现和判断出胎儿的形态畸形和结构异常，提供临床治疗和干预的依据。
在心脏病学领域，超声成像可以用于评估心脏的结构和功能。
心脏超声成像可以观察心脏的收缩和舒张过程，可以测量心脏的尺寸、腔室容积和壁运动情况。
此外，心脏超声成像还可以通过多普勒技术来评估血液流动情况，包括心脏瓣膜狭窄、反流和房室间隔缺损等问题。
在肝脏病学领域，超声成像可以帮助医生评估肝脏的形态和结构，包括肝脏大小、肿瘤的位置和大小等。
此外，超声成像可以通过彩色多普勒技术来评估肝脏的血流情况和血管的异常，如肝动脉血流量、门脉血流速度等。
在肾脏病学领域，超声成像可以用于评估肾脏的形态和结构，包括肾脏大小、异位和肿瘤等病变的检测。
此外，超声成像还可以通过多普勒技术来评估肾脏的血流情况和血管的异常，如肾动脉血流量、肾血流速度等。
医学影像学.超声总论
谢谢大家！
医学影像学 （超声部分）
第一章 总论
------现代三大医学影像诊断技术之一
CT
US----首选
特点： 精确、无创、无辐射、方便便携、费用低
MRI
总论
超声波(Ultrasound)
是指振动频率大于20000赫兹（Herze，Hz） 所产生的超越人耳听觉阈值上限的声波。
一、超声成像原理
1.指向性：频率高，波长短，直线传播，定位检查 2.反射、折射、 衍射与散射。 3 .声衰减 4 .多普勒效应
四、超声的临床应用
• 1、优点： 分辨率高、成像清晰，诊断准确，实时动态。 无创伤、无痛苦、无电离辐射、方便（便携）、费 用低，广泛应用于内外、妇产、儿科及眼科的诊断。 软组织器官病变的首选影像学检查方法。
先心病、冠心病、风心、血管硬化，腹部脏器的肿瘤、妇科 肿瘤、产科妊娠的诊断包括胎儿畸形、胎早期发现。 术中超声。
3、从诊断走向治疗 （超声：引导穿刺、硬化、微波消融）。
4、局限性：骨骼、肺、胃肠道等， 部分器官组织缺乏特异性。
五、超声检查的安全性
• 安全性高 • 损伤 机械效应及热效应 胎儿、眼球、睾丸 • 机械指数（MI） 热指数（TI）
胎儿检查 0.3 0.4 以下 眼球检查 0.1 0.2以下
四.仪器类型和显像方式
A型(Amplitude mode) 幅度调制型 B型(Brightness mode) 辉度调制型 M型(Motion time mode) 运动时间调制型 D型(Doppler mode) 多普勒诊断法
1、B型（Brightness Mode)，辉度调制型。
不同辉度组成的声束连续扫描， 由点、线描出脏器的解剖断面， 即二维图像。
医学影像学的超声波成像
医学影像学的超声波成像超声波成像是医学影像学中常用的一种无创检查方法，通过超声波的探测与分析，可以获取人体内部的图像信息，用于进行疾病的诊断与治疗。
本文将介绍超声波成像的原理、应用领域以及未来发展方向。
一、原理概述超声波成像是利用超声波在不同组织结构中的传播速度和反射特性的差异，通过超声探头发射和接收超声波信号，再经过计算机的处理，形成图像。
其基本原理包括超声波的产生、传播、探测与处理。
1. 超声波的产生超声波由压电晶体引起的机械振动产生，压电晶体施加交变电压时会产生振动，形成高频超声波信号。
2. 超声波的传播超声波在组织中的传播速度与组织的密度和弹性有关，传播过程中会发生折射、散射和吸收等现象。
3. 超声波的探测探头是超声波成像的核心部件，它既能发送超声波信号，又可以接收反射回来的信号。
探头通过不同的构型和频率，可以适应不同部位和深度的超声成像需求。
4. 超声波的处理接收到的超声信号经过放大、滤波、调制等处理后，使用数学算法进行处理，最终形成高质量的影像。
二、应用领域超声波成像在医学领域有广泛的应用，以下分别介绍了其在临床诊断、妇产科、心脏病学和肿瘤学等方面的应用。
1. 临床诊断超声波成像可以用于检查人体的各个系统，如消化系统、泌尿系统、呼吸系统等，帮助医生进行疾病的诊断。
它具有无创、快速、便捷等特点，常用于观察器官的形态结构、血流情况等。
2. 妇产科超声波成像在妇产科领域被广泛应用，可以进行孕期的胚胎检测、孕妇的子宫和卵巢检查等。
此外，它还可以用于检测妇科肿瘤、宫腔积液等疾病。
3. 心脏病学超声波心动图是心脏病学中的常用检查手段，可以准确显示心脏的大小、形态和功能，帮助医生判断心脏病的类型和程度。
此外，超声波心动图还可以评估心脏瓣膜的功能和心血管疾病的风险。
4. 肿瘤学超声波成像可以在早期发现肿瘤，并对其进行评估、定位和跟踪。
它可以通过观察肿瘤的大小、形态、内部结构等特征，帮助医生确定治疗方案并进行疗效评估。
医学超声成像原理
医学超声成像原理
声波穿透组织的速度和方向取决于组织的声阻抗，即声速与密度的乘积。
声速与密度较大的组织，如骨骼和肿块，将会产生较多的反射，而出现超声图像上的亮点。
而声速与密度较小的组织，如肌肉和血液，将会产生较少的反射，出现较暗的区域。
声波在组织中传播的速度也受到介质的弹性属性的影响。
不同类型的组织对声波的传播速度不同，如硬组织会导致超声波传播速度较快，而软组织会导致超声波传播速度较慢。
通过测量声波在组织中的传播时间，就可以计算出声速的不同，从而得到不同组织的图像。
超声成像系统通过接收器，将组织反射和散射的声波转换为电信号。
接收器上的麦克风可以将声波转化为电压脉冲，然后通过电路放大和信号处理，最终得到数字化的图像。
在超声成像过程中，系统会以极高的频率发送一系列短脉冲波，并记录每个脉冲的传播时间。
这样，在整个诊断过程中，超声波将会在人体内不同的组织中传播，而返回的反射信号也会被接收器记录下来。
接收到的信号会根据传播时间的不同，以不同的亮度表示在超声图像上。
超声成像系统会将接收到的信号经过滤波、放大和编码处理，然后使用专门的算法对信号进行处理和重建。
这样，就可以将相邻的信号组合起来，生成一个完整的超声图像。
总结起来，医学超声成像的原理是利用声波在组织中的传播和反射特性，通过发射和接收声波，以及一系列信号处理和重建算法，来获取人体内部的详细结构信息。
这种非侵入性的成像技术在医学诊断中具有广泛的
应用，可以帮助医生准确判断病变的位置、形状、大小和性质，为患者提供更精准的诊断和治疗方案。
医学影像中的超声波成像技术
医学影像中的超声波成像技术医学影像的出现给疾病的诊断和治疗带来了革命性的变化。
其中，超声波成像技术是最常用的一种。
它通过超声波来生成人体内部器官的影像，用于判断器官结构、病变和病情的轻重程度。
本文将介绍医学影像中的超声波成像技术。
一、超声波成像的原理超声波成像是通过声波在组织内的传播来获取影像的一种成像技术。
它主要依赖于声波传播的三个特性：反射、散射和衍射。
反射：在组织内部，声波会被组织的表面反射回来。
这种反射会形成一个回波，可以被超声波成像仪捕捉到。
散射：当声波穿过组织时，会被组织中的不同物质散射。
不同物质对声波的能量吸收和反射程度也不同，因此形成了不同的声阻抗。
这种声阻抗的变化可以呈现出组织内部的结构。
衍射：声波通过组织时，会被组织的不同形状、大小和密度的物体所散射。
这种散射还会引起声波的衍射，使声波的能量在组织内传播。
二、超声波成像的类型超声波成像可分为二维成像和三维成像两类。
1. 二维成像二维成像是最常用的一种超声波成像技术。
它可以显示出横截面的器官和组织，用于疾病的诊断和治疗。
二维成像是通过在不同角度下生成多幅图像，再将这些图像合并成一幅二维图像来达到成像的效果。
2. 三维成像三维成像是近年来发展的一种超声波成像技术。
它可以在一个扫描周期中生成多幅图像并将它们组合成一个三维立体图像。
三维成像不再受到角度的限制，可以提供更多的信息，也更加精确。
但是，三维成像需要的时间更长，操作更加复杂。
三、超声波成像的应用超声波成像技术已广泛应用于医学影像的各个领域，包括妇产科、肝脏病、泌尿系疾病和胃肠病等。
1. 妇产科在妇产科中，超声波应用最广泛的是B超检查。
它可以检查子宫、卵巢和胎儿。
对于孕期的关注度尤其高，它能够提供关于胎儿成长和健康状况的信息，对孕期调整和预防胎儿问题非常有帮助。
2. 肝脏病对于肝脏病的检测和诊断，超声波也发挥着重要作用。
它可以帮助医生识别各种类型的肝脏疾病，如肝血管瘤、肝炎和肝硬化等。
医学影像学课件超声成像
通过超声成像可以明确卵巢肿瘤的 大小、形态以及与周围组织的关系 ，有助于卵巢肿瘤的诊断和分期。
心血管疾病诊断
心瓣膜病诊断
超声成像技术可以清晰地显示 心脏瓣膜的形态和功能，诊断 心瓣膜病，如二尖瓣狭窄、主
动脉瓣关闭不全等。
先天性心脏病诊断
通过超声成像技术可以确诊大 部分先天性心脏病，如室间隔
医学影像Hale Waihona Puke 课件超声成像xx年xx月xx日
contents
目录
• 超声成像的基本原理 • 超声成像技术 • 临床应用 • 医学影像学中超声成像的优缺点 • 相关技术和未来发展
01
超声成像的基本原理
超声波的基本特性
频率范围
超声波的频率范围通常在20,000赫 兹（Hz）至1,000,000赫兹（Hz） 之间。
糖尿病并发症诊断
超声成像技术可以显示糖尿病患者 的血管病变和下肢动脉狭窄等情况 ，有助于糖尿病并发症的诊断和预 防。
其他疾病诊断及辅助诊断
腹部疾病诊断
超声成像技术可以显示腹腔内 的脏器和病变情况，有助于腹 部疾病的诊断，如肝囊肿、胰
腺炎等。
浅表器官疾病诊断
超声成像技术可以清晰地显示 浅表器官的形态和结构，如眼 睛、肌肉、骨骼等，有助于浅 表器官疾病的诊断和治疗。
3D/4D超声、高分辨率超 声、超声分子成像等。
人工智能辅助诊断
深度学习、医学影像分析 等。
远程会诊和培训
通过云平台实现医学影像 的远程诊断和医生培训。
技术前沿
医学影像组学
利用大样本医学影像数据，挖掘疾病早期特征和疗效评估指标。
功能成像
研究器官或组织的生理功能及代谢过程的无创检测技术。
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.。
超声成像基本原理
超声成像基本原理
超声成像是利用超声波在物体内部传播、反射和散射的原理来形成图像的一种医学影像技术。
其基本原理是利用超声发生器产生的高频声波经由探头传入人体组织，并在组织内部发生反射和散射，然后由探头接收到反射和散射回波。
通过衡量回波的时间和强度等信息，计算机可以重建出组织的内部结构和形态。
超声波在组织内的传播速度和密度变化会导致声波在组织内的传播路径发生弯曲和折射。
当超声波遇到组织间界面时，部分能量会被反射回来，有一部分能量继续传播至下一个界面。
探头接收到的回波信号经过放大和电信号转换后，被传送至计算机进行处理。
计算机对回波信号进行时序分析，通过测量发射和接收的时间差，可以得到超声波从发射至接收的时间。
结合探头发射时的频率和声速的已知值，计算机可以计算出声波在组织内的传播路径长度。
进一步结合回波信号的强度信息，计算机可以将这些回波点按照位置和亮度加权，形成生物组织的轮廓和纹理图像。
超声成像具有无创、实时、可重复、无辐射等优点，广泛应用于医学领域，如检查妊娠、肝脏、心脏、肾脏、乳房等。
然而，超声成像的分辨率受制于超声波的频率和信号噪声，对于深部组织的成像效果较差。
因此，不同类型的超声成像仪在应用上有一定的局限性。
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History of the Development of Ultrasound (IV)
The “Pan scanner” developed in 1957 by Douglass Howry at the University of Colorado, USA. Problem: Immerse totally or partially in water
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Pulse-echo Ranging
D
T C 2
Applications: Bats Sonar system Detects submarines SONAR-Sound Navigation And Ranging.
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2D Ultrasound Imaging
A-mode ultrasound Horizontal axis is used to represent time while the vertical axis of the signal is to represent the amplitude of the signal.
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History of the Development of Ultrasound (V)
In 1962, the first commercially available , handheld articulated arm compound contact scanner was produced by engineers William Wright and Edward Meyerdink in USA. The work of Howry and his team is the most important pioneering work in B-mode ultrasound imaging and contact scanning that we have today.
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History of the Development of Ultrasound (I)
Karl Theodore Dussik, a neurologist/ psychiatrist from The University of Vienna, Austria was regarded as the first physician to have employed ultrasound in medical diagnosis: locate brain tumor and the cerebral ventricles by measuring the transmission of ultrasound beam through the skull in 1942. The earliest use of ultrasound is in therapy instead of diagnosis:
For abdominal imaging, a frequency between 1.03.0MHz has to be used. For eye examination, a frequency as high as 20 MHz is used. For IVUS imaging, 40 MHz is used.
Ultrasound Imaging and Its Applications
Mingyue Ding
Department of Bio-medical Engineering “Image Processing and Intelligent control” Key Laboratory of Education Ministry 2015-7-1
Aluminium 6400 Bone 3500 Liver 1570 Kidney 1560 Blood 1570 Fat 1460 Water 1493 Lung 650 Air 332
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Properties of Sound Propagation
Sound at different frequency can be transmitted in the same medium at the same speed. The different medium has different speed for sound transmission with the same frequency.
Destroy the basal ganglia in patients with Parkinsonism (William Fry, Russell Meyers) Treatment of patients with rheumatic arthritis (Jerome Gersten, 1953)
OUTLINES
1. What is ultrasound? 2. History of the development of ultrasound imaging technique 3. 2D ultrasound imaging 4. 3D ultrasound imaging 5. 3D ultrasound imaging applications
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History of the Development of Ultrasoundtigations into using ultrasound as a diagnostic tool was made by George Ludwig, a physician at the Naval Research Institute in Bethseda, Maryland in the experiments on animal tissues using pulse-echo ultrasound. “SONICS-techniques for the use of sound and ultrasound in engineering and science” (Theodore Hueter, Richard Bolt) book published in 1954.
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Ultrasound Principle
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Ultrasound Image (Embryo)
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Ultrasound: Resolution and Transmission Frequency
Tradeoff between resolution and attenuation -
↑higher frequency ↓shorter wavelength
14
History of the Development of Ultrasound (III)
After the Korean war, John Julian Wild and John Reid built a linear hand-held B-mode instrument and become the first publication on intensity-modulated cross-section ultrasound imaging.
1 C f T
a
3
Sound Propagation Speed
Sound can be transmitted through any mediumgas, liquid, or solid. Sound speed through the medium depends on the compressibility of the medium. The speeds of some materials are shown in the table below. Sound speed in different materials (m/s)
2
What is SOUND?
Sound is a mechanical wave that we can hear A mechanical wave can be described by:
Amplitude: a Wavelength: Frequency: f Sound speed: C
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2D Ultrasound Imaging
B-model ultrasound To use the brightness of the screen to display the amplitude of the signal. The greater the amplitude, the greater the brightness of the spot.
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Frequency Used in US Imaging
To have enough resolution for the observation of human organs, a frequency higher than 0.15 MHz , a wavelength less than 1.0cm, has to be used. Also the frequency will determine the depth of imaging, the lower the frequency, the big the depth will be.
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Principle of Ultrasound Imaging
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Principle of Ultrasound Imaging