超聲成像設(shè)備概述

1、超聲成像設(shè)備,,醫(yī)學(xué)超聲學(xué)是一門將聲學(xué)中的超聲（ultrasound）學(xué)與醫(yī)學(xué)應(yīng)用結(jié)合起來形成的邊緣科學(xué)，也是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)中重要的組成部分。醫(yī)學(xué)超聲影像儀器涉及到微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)及材料科學(xué)，是多學(xué)科邊緣交叉的結(jié)晶，是理工醫(yī)相互合作與相互滲透的結(jié)果。迄今超聲成像與X-CT、ECT及MRI已被公認(rèn)為當(dāng)代四大醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。,醫(yī)學(xué)超聲檢測特點(diǎn),超聲檢測突出特點(diǎn)：①對人體無損傷，這也是與Ｘ線診斷最主要的區(qū)別，適合于

2、產(chǎn)科與嬰幼兒的檢查；②能進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)實(shí)時(shí)觀察。在中檔以上的超聲診斷儀，多留有影像輸出接口，使影像易于采用多種形式（錄像、打印、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)等）留存及傳輸與交流；③由于它可以采用超聲脈沖回聲方法進(jìn)行探查，所以特別適用于腹部臟器、心臟、眼科和婦產(chǎn)科的診斷，而對骨骼或含氣體的臟器組織如肺部，則不能較好地成像，這與常規(guī)Ｘ線的診斷特點(diǎn)恰恰可以互相彌補(bǔ)；④從信息量的對比上看，超聲診斷儀采用的是計(jì)算機(jī)數(shù)字影像處理，目前較Ｘ線膠片記錄的影像信息量和清晰度

3、稍低。,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,,,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備,超聲檢查的主要用途,醫(yī)學(xué)超聲發(fā)展簡史,1917年，法國科學(xué)家保羅·朗之萬首次使用由石英晶體制成的超聲換能器，并發(fā)明了聲納，即聲探測與定位技術(shù)，被成功地用于探測水下潛艇。20世紀(jì)30年代，超聲用于醫(yī)學(xué)治療和工業(yè)金屬探傷，從而使超聲治療在醫(yī)學(xué)超聲中最先獲得發(fā)展。 1942年，杜希克和費(fèi)爾斯通首先把工業(yè)超聲探

4、傷原理用于醫(yī)學(xué)診斷。用連續(xù)超聲波診斷顱腦疾病。1946年研究應(yīng)用反射波方法進(jìn)行醫(yī)學(xué)超聲診斷，提出了Ａ型超聲診斷技術(shù)原理。,醫(yī)學(xué)超聲發(fā)展簡史,1958年，開始出現(xiàn) “ Ｍ型超聲心動(dòng)圖 ”。 50年代末期，連續(xù)波和脈沖波多普勒技術(shù)以及超聲顯微鏡問世。在50年代，用脈沖反射法檢查疾病獲得了很大成功。 1967年，實(shí)時(shí)Ｂ型超聲成像儀問世，這是Ｂ型成像技術(shù)的重大進(jìn)步。60年代末，美、日均研制成功壓電高分子聚合物換能器。70年代，以B超顯示為代

5、表的超聲診斷技術(shù)發(fā)展極為迅速，特別是數(shù)字掃描變換器與處理器（DSC與DSP）的出現(xiàn)，把B超顯示技術(shù)推向了以計(jì)算機(jī)數(shù)字影像處理為主導(dǎo)的功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、影像質(zhì)量好的新水平。,超聲診斷設(shè)備的發(fā)展歷史,,1959年研制出脈沖多普勒超聲（D超）。,1954年發(fā)明B超診斷儀，同年產(chǎn)生M超。 實(shí)時(shí)二維切面 灰階超聲顯像儀（B型）的問世是超聲技術(shù)發(fā)展史上第一個(gè)里程碑。,1880年發(fā)現(xiàn)晶體壓電效應(yīng)。1917年利用壓電原理進(jìn)行超聲探測（超聲探頭的

6、出現(xiàn)）。 1942年出現(xiàn)首臺(tái)A型超聲檢測儀。屬于一維超聲。,超聲診斷設(shè)備的發(fā)展歷史,彩色血流圖（CFM）的問世是超聲技術(shù)發(fā)展史上又一個(gè)新的里程碑。它標(biāo)志著超聲診斷技術(shù)從此跨入了彩超時(shí)代。,1989年以后是彩超技術(shù)發(fā)展的第二階段——改進(jìn)和提高階段，在這段時(shí)間，彩超的臨床應(yīng)用得到很大的發(fā)展，成為超聲醫(yī)學(xué)的重要階段——彩色多普勒時(shí)代。,1990年以來，進(jìn)入彩超發(fā)展的第三階段———由模擬數(shù)字混合處理到全數(shù)字化處理的發(fā)展階段——即步入數(shù)字化時(shí)代。

7、,超聲診斷設(shè)備的發(fā)展歷史,1996年后，發(fā)展進(jìn)入第四階段——全數(shù)字化多功能信息化時(shí)代，形成具有綜合圖像形成及處理功能的全數(shù)字一體化工作站。這就是 “彩超”的新面貌。,1990年3D超聲進(jìn)入研究階段1999年3D超聲診斷儀進(jìn)入商品化和臨床實(shí)用化階段,醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的發(fā)展趨勢,90年代，醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備一方面是價(jià)格低廉的便攜式超聲診斷儀大量進(jìn)入市場，另一方面是向綜合化、自動(dòng)化、定量化和多功能等方向發(fā)展。介入超聲、全數(shù)字化電腦超聲成像、三維

8、成像及超聲組織定性不斷取得進(jìn)展。 在探頭方面，新型材料、新式換能器不斷推出，如高頻探頭、腔體探頭、高密度探頭相繼問世，進(jìn)一步提高了超聲診斷設(shè)備的檔次與水平。 總之，隨著醫(yī)學(xué)進(jìn)步和超聲技術(shù)的發(fā)展，多種新型的醫(yī)用超聲設(shè)備將不斷涌現(xiàn)。21世紀(jì)必將是醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)蓬勃發(fā)展、日新月異的新世紀(jì)！,超聲成像的物理基礎(chǔ),超聲波的傳播依賴于做高頻機(jī)械振動(dòng)的“波源”和傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)和彈性介質(zhì)是超聲檢測的物理基礎(chǔ)。 在

9、超聲成像中，探頭晶片發(fā)射時(shí)即產(chǎn)生超聲，所以探頭晶片就是波源。 聲波必須在介質(zhì)中傳播，在固體、液體、氣體中均可傳播，但在真空中聲波是不能傳播的。 在超聲診斷中，人體臟器、器官都是介質(zhì)。,超聲成像的物理基礎(chǔ),超聲波是在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。與聲波和次聲波在彈性介質(zhì)中的傳播類同，區(qū)別在于超聲波的頻率高于20kHz，而聲波的頻率是在20HZ至20KHZ之間，次聲波的頻率低于20HZ。 次聲波 可聞聲波

10、 超聲波 20Hz以下 20Hz-20kHz 20kHz以上 超聲波與聲波除了頻率高低有別外，它們在本質(zhì)上是一致的，都是一種機(jī)械振動(dòng)，都以一定的速度通過介質(zhì)。,,,超聲成像的物理基礎(chǔ),超聲波應(yīng)用范圍 20～100KHz 很多動(dòng)物都用超聲波進(jìn)行交流、導(dǎo)航及追捕它們的獵物。 100 KHz（105Hz）～ 1MHz（106Hz） 超聲波最重要的應(yīng)用就是聲吶（

11、聲音導(dǎo)航及測距）。 2.5 MHz～ 5 MHz 用于心臟、腹部及軟組織成像。這些頻率能穿透組織可到達(dá)20-15cm的深度。 5 ～ 10MHZ 用于對小器官的成像，例如：腮腺、甲狀腺、頸部血管及眼睛顯像，它只需要4-5cm的穿透深度。 10 ～ 30MHz 用于皮膚及血管內(nèi)檢查，可以獲得高分辨力的圖像。 40 ～ 100MHz 用于生物顯微鏡成像，對眼活組織的顯微診斷。,超聲成像的物理

12、基礎(chǔ),醫(yī)學(xué)診斷常用的超聲頻率是2—10MHZ之間，對于淺表器官多采用>7MHZ,對于腹部和心臟分別采用3.5—5MHZ和2—3MHZ,超聲成像的物理基礎(chǔ),描述超聲波的基本物理量,聲速：單位時(shí)間內(nèi)，超聲波在介質(zhì)中傳播的距離稱為聲速，用符號“c”表示。單位為米/秒（m/s） 聲速是由傳播介質(zhì)所決定，不同人體組織器官的聲速不同，平均聲速為1540米/秒，其中空氣最?。?50米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。頻率

13、：單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，用符號“f”表示 由探頭中壓電材料決定，在2～10兆赫茲范圍。,超聲成像的物理基礎(chǔ),描述超聲波的基本物理量 波長：聲波在傳播時(shí)，同一波線上相鄰兩個(gè)同相位質(zhì)點(diǎn)之間的距離稱為波長，用符號“λ”表示。 超聲波長與聲速和頻率滿足以下關(guān)系式：,1、聲速與介質(zhì)的關(guān)系 （1）同一介質(zhì) 不同頻率的超聲波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)聲速基本相同。所以用不同頻率的探頭檢查肝臟時(shí)，聲速基本相同。 （

14、2）不同介質(zhì) 同一頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播的聲速是不同的。例如：1MHz超聲波在0℃的水中為1500m／s；在0℃的鋼材中為6000m／s；在人體軟組織中平均聲速為1540m／s。,聲速、波長與介質(zhì)的關(guān)系,超聲成像的物理基礎(chǔ),人體軟組織的聲速分布在1500m/s～1680m/s之間,利用超聲方法對軟組織測距存在一定的誤差。而骨組織的聲速則高于2800m/s、肺組織的聲速大約在1200m/s以下。,超聲成像的物理基礎(chǔ),2、波長與介質(zhì)

15、的關(guān)系 （1）同一介質(zhì) 不同頻率的超聲波，在同一介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)其波長與頻率成反比。 1MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時(shí)，其波長為1.5mm。 3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時(shí)，其波長為0.5mm。 5MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時(shí)，其波長為0.3mm， 所以頻率越高的超聲波在同一臟器組織中傳播其波長愈短。例如：用高頻率的探頭檢查肝臟其波長也愈短。,2、波長與介質(zhì)的關(guān)系 （2）不同介質(zhì)

16、同一頻率的超聲波，在不同介質(zhì)內(nèi)傳播，因傳播聲速不同，則波長也不相同。頻率為3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時(shí)，其波長為0．5mm，而在空氣中傳播，其波長為0.114mm。 所以用同一種探頭檢查人體不同的組織時(shí)，由于聲速存在差異，所以波長也是不相同的。,超聲波的特點(diǎn),1、超聲可在氣體、液體、固體等介質(zhì)中傳播。 2、超聲呈直線傳播且能量容易會(huì)聚。能量的會(huì)聚是通 過聚焦來實(shí)現(xiàn)的。 3、電聲轉(zhuǎn)換容易且能量大。其電聲的轉(zhuǎn)換是

17、通過壓電 材料來實(shí)現(xiàn)的。 4、超聲在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生反射、折射、散射、繞 射、 干涉、共振等現(xiàn)象。 5、超聲在產(chǎn)生、傳播、接收與相互作用，相互影響因 素多，故在超聲成像過程中易形成偽像。 6、超聲工作安靜且危害少。,1.超聲的束射性 超聲的能量高度集中，在一個(gè)較小的立體角內(nèi)成束狀向前傳播，即超聲波的束射性（聲束）。從聲源發(fā)出的超聲波最近的一段聲束幾乎平行，這段區(qū)域?yàn)榻鼒鰠^(qū)。遠(yuǎn)離此區(qū)

18、后，聲束向前稍有擴(kuò)散，為遠(yuǎn)場區(qū)。擴(kuò)散的聲束與平行聲束間的夾角叫做擴(kuò)散角（θ）超聲波指向性優(yōu)劣的指標(biāo)是近場的長度和擴(kuò)散角。,2-1.超聲波的反射,反射 超聲波的反射是超聲成像的物理基礎(chǔ) 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，如果兩者的聲阻抗不同，就會(huì)在其分界面上產(chǎn)生反射，使一部分能量返回第一種介質(zhì)。 1.聲阻抗(z)=介質(zhì)密度(ρ)×聲速(c) △Z＞0.1%即可產(chǎn)生反射

19、 2.聲阻抗差大，反射強(qiáng),聲阻抗 聲阻抗是表示介質(zhì)聲學(xué)特性的一個(gè)重要物理量。聲阻抗（Z）等于介質(zhì)的密度（ρ）和聲速（C）的乘積，聲Z= ρ ×C。 物質(zhì)的密度一般是固體＞液體＞氣體，超聲在介質(zhì)中的速度是固體＞液體＞氣體，故聲阻抗值一般也是固體＞液體＞氣體。人體正常組織的聲阻抗骨骼最大，氣體最低。聲像圖中各種回聲顯像均主要由于聲阻抗差別造成。,2-1.超聲波的反射,人體不同組織聲阻抗值,2-1.超聲

20、波的反射,分界面兩邊的聲阻抗差將決定入射超聲如何在透射和反射之間分配。如果兩種介質(zhì)的聲阻抗相同，即 Z1＝Z2時(shí)，稱為均勻介質(zhì)，則不產(chǎn)生反射，如果聲阻抗不同，一部分超聲波被反射。和光學(xué)情況一樣，反射角等于入射角。,(反射系數(shù)R1 ) R1=,(透射系數(shù)r1 ),公式1,聲阻抗差異大的界面反射特性 從公式1中得知，如果Z1和Z２相差很大時(shí)，無論Z1≥Z２ (固體→氣體)或Z1≤Z２ (氣體→固體)將會(huì)發(fā)生近乎全

21、部反射而沒有透射。,2-1.超聲波的反射,如在水和空氣的界面上，其中： Z水＝1.492kg／m2／s， Z氣=0.00428kg ／m2／s ，根據(jù)公式1計(jì)算，則反射回來的能量比為：R≈0.99,即99%,此時(shí)入射超聲能量中有99％被反射。,由此可見，超聲從液體(或固體)向氣體中傳播幾乎是不可能，反之從氣體向液體(或固體)中傳播也幾乎不可能。為什么說超聲在人體診斷中對肺組織是困難的，就是因?yàn)榉谓M織中充滿氣體的緣故

22、。 按同樣的道理，在臨床診斷時(shí)，要在探頭與人體受檢部位之間涂上足夠的超聲耦合劑，以減少空氣對聲波傳送的影響。,2-1.超聲波的反射,2-1.超聲波的反射,聲阻抗差異小的界面反射特性 如果Z1和Z２相當(dāng)接近，則反射很少。人體組織的聲阻抗只要有0.1%的差異，超聲探頭即可檢測出反射波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)處理后在顯示器上顯示。但由于各種軟組織的聲阻抗相差不大，界面反射量適中，既保證了界面反射波的顯像觀察，又保證了聲波可

23、以穿透足夠的深度，所以超聲波對軟組織分辨力很高。超聲波的反射是超聲成像的物理基礎(chǔ)。,圖中水平橫條代表文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的各種組織的聲阻抗范圍,軟組織的特性阻抗都相當(dāng)接近1.5×106kgm-2s-1,因此它們的密度大致都在1000kg/m3左右,聲速一般為1500m/s.但肺的密度及聲速都低得多,而骨骼的相應(yīng)值側(cè)高得多。,2-1.超聲波的反射,2-1.超聲波的反射,界面的回聲反射有顯著的角度依賴性 入射聲束垂直于界面時(shí)，

24、回聲反射強(qiáng)。 入射聲束與界面傾斜時(shí)，回聲反射減弱甚至消失。 假設(shè)垂直時(shí)回聲反射強(qiáng)度為100%，傾斜6o時(shí)，回聲強(qiáng)度降低至10%，傾斜12o時(shí)，回聲強(qiáng)度降低至1%，若傾斜角度≥ 20o ，則幾乎檢測不到回聲反射。,折射 兩種介質(zhì)內(nèi)聲速不同可產(chǎn)生折射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致入射聲束的偏轉(zhuǎn)。兩種介質(zhì)的聲速之比決定其折射程度。其間關(guān)系如下：,2-2.超聲波的折射,式中θi為入射角，θj為折射角，C1為入射邊介質(zhì)中超聲聲

25、速，C2為透射邊介質(zhì)中超聲聲速。,2-2.超聲波的折射,全內(nèi)反射 而當(dāng)入射角超過θik時(shí),入射聲能將全部反射到媒質(zhì)1中,故θik稱為”全內(nèi)反射臨界角”。在臨床檢查中,應(yīng)使探頭放置正確的角度,以避免由”全內(nèi)反射”引起的圖像偽差。,2-2.超聲波的折射,,,,,,超聲波的入射、反射和折射示意圖,2-3.超聲波的散射,如下頁圖所示。每塊面積把入射平面波作為球面子波加以散射，各子波組合起來便形成再發(fā)射的超聲分布。,散射 當(dāng)遇到

26、界面遠(yuǎn)小于波長的微小粒子或一組小障礙物或者介質(zhì)特性以粗糙表面形式出現(xiàn)時(shí)，這時(shí)將有一部分能量被散射，其散射程度決定于幾何條件。,孤立的小點(diǎn)不連續(xù)性所引起的球面散射,(b) 粗糙表面上的散射，散射場是各孤立球面子波的合成。,（a）,(c) 一組小的顆粒引起的不連續(xù)性散射，散射場為各子波合成。,引起超聲散射的三種情況,2-3.超聲波的散射,2-3.超聲波的散射,人體內(nèi)的散射源為紅細(xì)胞和臟器內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)生散射時(shí)，作為障礙物的人體組織將作為

27、新的波源，向四周發(fā)射超聲波，但只有朝向探頭方向的微弱散射信號—后散射（背向散射），才能被檢測到。 紅細(xì)胞的背向散射是超聲多普勒成像的依據(jù)，臟器內(nèi)的細(xì)微結(jié)構(gòu)是超聲成像研究臟器內(nèi)微小組織結(jié)構(gòu)的依據(jù)。 超聲成像的回聲來源是：超聲波的背向散射及反射。通過反射觀察臟器的輪廓，通過背向散射可以了解臟器內(nèi)部的病變。,2-4.超聲波的繞射,目標(biāo)大小約為1～ 2個(gè)波長或稍小，超聲波將繞過該靶目標(biāo)繼續(xù)前進(jìn)，很少發(fā)生反射。,⒊ 超

28、聲波的吸收與衰減,聲衰減定義： 是指聲能隨著傳播距離增加而減弱的現(xiàn)象 衰減與超聲傳播距離和頻率有關(guān)。因超聲波的頻率很高，故衰減現(xiàn)象特別顯著。,⒊ 超聲波的吸收與衰減,右圖為引起超聲強(qiáng)度衰減的過程由于發(fā)散、散射或反射引起的波束方向改變，使得流經(jīng)某一特定面積的超聲波能量減小。,⒊ 超聲波的吸收與衰減衰減系數(shù) 衰減的強(qiáng)弱通常用衰減系數(shù)來表示。 不同組織，吸收系數(shù)不同，衰減程度不同；

29、 相同組織，入射深度越大，衰減越大； 相同組織，入射超聲頻率越高，衰減越大。 人體軟組織的衰減系數(shù)與頻率成正比，所以頻率愈高的超聲波在人體組織中衰減愈大，只適用淺部器官的檢查。,⒊ 超聲波的吸收與衰減,人體組織衰減程度一般規(guī)律 組織內(nèi)含水分愈多，聲衰減愈低 液體中含蛋白成分愈多，聲衰減愈高 組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)愈多，聲衰減愈高 即：骨（或鈣化）>肌腱（或軟骨）>

30、肝臟>脂肪>血液>尿液（或膽汁）,人體不同組織的聲衰減比較,⒋ 超聲波的分辨力與穿透力,超聲的分辨力是指超聲診斷儀能夠區(qū)分兩個(gè)細(xì)小目標(biāo)的能力。分為軸向、側(cè)向和橫向三種分辨力。軸向分辨力－是指在超聲聲束軸線上，能分辨兩點(diǎn)間的最小縱深距離。側(cè)向分辨力－是指垂直于超聲聲束軸線平面上與線陣探頭長軸方向一致的軸線上，能分辨相鄰兩點(diǎn)（兩個(gè)病灶）間的最小距離。橫向分辨力－為與聲束軸線垂直平面上，探頭短軸方向，與側(cè)向分辨力相垂直

31、方向上的分辨力。反映切面情況的真實(shí)性。又叫厚度分辨力。,⒋ 超聲波的分辨力與穿透力,⒋ 超聲波的分辨力與穿透力,穿透力 分辨力的增加將以穿透力的損失為代價(jià)。所有的人體組織都表現(xiàn)出隨頻率增加超聲衰減也增加，那么穿透力必然降低。應(yīng)針對不同部位的診斷，可選擇不同頻率的超聲探頭。,⒋ 超聲波的分辨力與穿透力,頻率高，分辨率高，穿透差頻率低，分辨率低，穿透強(qiáng)對應(yīng)的臨床應(yīng)用：檢測淺表器官，采用高頻探頭檢測深部臟器，采用

32、低頻探頭,⒌ 多普勒效應(yīng),聲源與接收體之間的相對運(yùn)動(dòng)引起聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是超聲成像儀對運(yùn)動(dòng)臟器及血流顯像的基礎(chǔ)。,當(dāng)超聲波碰到流向遠(yuǎn)離探頭血液時(shí)(發(fā)射波與血液流動(dòng)方向同向）回波頻率會(huì)降低；當(dāng)超聲波碰到流向探頭的血液時(shí)（發(fā)射波與血液流動(dòng)方向反向）會(huì)使探頭接收的回聲信號頻率升高。人體內(nèi)流動(dòng)血液中的紅細(xì)胞在探頭探查時(shí)相對探頭是運(yùn)動(dòng)的，它可產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，利用探頭接收到的多普勒頻移信號就可測得人體內(nèi)血流的速度。

33、,超聲對生物組織的作用,超聲的生物效應(yīng) 一定強(qiáng)度的超聲在生物體中傳播時(shí)，通過它們之間一定的相互作用機(jī)制（熱機(jī)制、機(jī)械機(jī)制或空化機(jī)制）致使生物體系的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。,聲壓 當(dāng)介質(zhì)中有超聲波傳播時(shí)，由于介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，使介質(zhì)中壓強(qiáng)交替變化。超聲場中某一點(diǎn)在某一瞬時(shí)所具有的壓強(qiáng)P1與沒有超聲波存在時(shí)同一點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)P0之差稱為該點(diǎn)的聲壓，用P表示,單位為瓦（W）即,聲強(qiáng) 即聲波的強(qiáng)度，在數(shù)值上等于單位時(shí)間

34、內(nèi)垂直通過單位面積的聲波的能量，用I表示，單位為W/cm2。,(1)．空化作用： 所謂空化作用就是指在液體中產(chǎn)生強(qiáng)超聲時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一種類似霧狀的氣泡，此種現(xiàn)象稱超聲空化作用。這種現(xiàn)象類似日常生活中所遇到的輪船推進(jìn)器在產(chǎn)生推動(dòng)力的同時(shí)會(huì)濺出氣泡那樣。這種空化作用使超聲具有強(qiáng)烈的破壞作用。 由于生物組織大多數(shù)屬軟組織，因此，在超聲作用下，其細(xì)微結(jié)構(gòu)多少會(huì)發(fā)生形變。 在較大強(qiáng)

35、度超聲的作用下，如超聲治療所用的1W/cm2以上的劑量，則生物組織會(huì)由于超聲空化作用而產(chǎn)生不能復(fù)原的破壞性形變，以至使細(xì)胞壞死和整個(gè)生物組織壞死，這種強(qiáng)度劑量在超聲治療中，用以粉碎結(jié)石、血栓。在外科手術(shù)中，用更強(qiáng)的超聲來作為非侵入性手術(shù)刀。但作為超聲診斷，一般是禁止使用這種劑量的。,(2) 熱作用： 生物組織在超聲機(jī)械能的作用下，由于粘滯吸收，將一部分超聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織的溫度上升。 當(dāng)超聲輻射達(dá)到治療劑量的強(qiáng)度時(shí)

36、，熱作用明顯，并能使熱量深入人體組織器官，甚至還會(huì)隨著血液傳導(dǎo)熱能。在用超聲進(jìn)行治療中得知，頻率為800KHz、劑量為4w/cm2的超聲照射20s后，會(huì)在組織器官0.2~3cm的深處產(chǎn)生熱作用，而起到治療效果。(高強(qiáng)度聚焦超聲HIFU) (3) 化學(xué)作用: 超聲的空化作用和熱作用與化學(xué)作用是有機(jī)聯(lián)系的；化學(xué)作用是氧化和還原作用。 在高劑量超聲情況下，超聲的化學(xué)作用可破壞有機(jī)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) .,超聲成像的物理基礎(chǔ),超聲成像的

37、特點(diǎn),超聲波的方向性好：超聲波具有像光波一樣定向束射的特性。超聲波的穿透能力強(qiáng)：超聲波在氣體、液體、固體等介質(zhì)中均可傳播，對于大多數(shù)介質(zhì)而言，它具有較強(qiáng)的穿透能力。例如在一些金屬材料中，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。超聲波的能量高：超聲檢測的工作頻率遠(yuǎn)高于聲波的頻率，超聲波的能量遠(yuǎn)大于聲波的能量。,超聲成像的物理基礎(chǔ),超聲成像的特點(diǎn),遇有界面時(shí)，超聲波將產(chǎn)生反射、折射和波型的轉(zhuǎn)換：利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)這些物理現(xiàn)象，經(jīng)過巧妙的設(shè)計(jì)，使超聲檢

38、測工作的靈活性、精確度得以大幅度提高。具有高度的安全性：當(dāng)嚴(yán)格控制聲強(qiáng)低于安全閾值時(shí)，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術(shù)，對醫(yī)務(wù)人員更是十分安全。,超聲探頭,超聲探頭（ultrasonic probe）是超聲成像設(shè)備必不可少的關(guān)鍵部位，它是將電信號變化為超聲波信號，又將超聲波信號變換為電信號，即具有超聲發(fā)射和接受雙重功能。又稱超聲換能器。,超聲探頭與掃查方式,常規(guī)探頭：扇型、線陣型、凸弧型專用探頭：腔內(nèi)探頭（食管、直腸、陰道）

39、 術(shù)中探頭 穿刺探頭,探頭類型,,超聲掃查方式示意圖,超聲探頭及掃描圖像,超聲探頭及掃描圖像,凸弧型探頭掃查,凸弧型B超切面,扇型探頭掃查,扇型探頭B超切面,線陣型探頭掃查,線陣型B超切面,,超聲探頭,探頭的制造原理來源于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng) 泛指晶體處于彈性介質(zhì)中所具有的一種聲-電可逆特性，此現(xiàn)象為法國物理學(xué)者居里兄弟于1880年所發(fā)現(xiàn)，故也稱居里效應(yīng)。,超聲探頭,正壓電效應(yīng)　

40、 在晶體的一定方向上，加上機(jī)械力使其發(fā)生形變，晶體的兩個(gè)受力面上，會(huì)產(chǎn)生符號相反的電荷；形變方向相反，電荷的極性隨之變換，電荷密度同外施機(jī)械力成正比，這種因機(jī)械力作用而激起表面電荷的效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)。 如下頁圖所示：,超聲探頭,正壓電效應(yīng) 因機(jī)械力作用而激起表面電荷的效應(yīng),超聲探頭,逆壓電效應(yīng)　 在晶體的表面沿著電場方向施加電壓，在電場作用下引起晶體的幾何形狀發(fā)生改變；電壓方向改變，應(yīng)變方向亦隨之改變，形

41、變與電場電壓成比例，這種因電場作用而誘發(fā)的形變效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)。如下頁圖所示：,超聲探頭,逆壓電效應(yīng) 因電場作用而誘發(fā)的形變效應(yīng),壓電效應(yīng),正壓電效應(yīng),逆壓電效應(yīng),超聲波的發(fā)射與接收,超聲診斷儀由探頭（換能器）和主機(jī)構(gòu)成 超聲波的發(fā)射與接收均由換能器來完成發(fā)射：電訊號→換能器→超聲波(逆效應(yīng)) 接收：反射波→換能器→電信號(正效應(yīng)),超聲探頭,具有發(fā)射超聲和接收超聲功能的裝置稱為探頭，又稱超聲 換能器。由主體

42、和殼體兩部分組成。1、探頭主體： （1）壓電晶片：探頭的主要元件。 （2）面材：指探頭與人體組織的接觸端，由環(huán)氧樹脂制成。 （3）背材（吸聲塊）：緊靠壓電晶片，作用是吸收背向輻 射的聲能，使其不再反射回壓電晶片，以免影響壓電 晶片的正常工作。（4）聲隔離：用橡膠、尼龍、堵塞于壓電晶片、背材和殼 體之間，以消除其他結(jié)構(gòu)對壓電晶片工作的影響。2、殼體：（1）外殼：指探頭外層的保護(hù)殼，對探頭內(nèi)部

43、 元件起保護(hù)作用。 （2）電纜：將探頭與超聲診斷儀主機(jī)連為一 體，進(jìn)行電信號的傳輸。,超聲探頭,壓電材料 超聲探頭的核心是壓電振子，采用具有壓電效應(yīng)的壓電材料制成。,超聲探頭,石英晶體：昂貴、加工不便、只在高頻下顯現(xiàn)優(yōu)良性能。,壓電陶瓷電-聲轉(zhuǎn)換效率高、易于電路匹配、價(jià)廉、易于加工、可壓制成任意形狀和尺寸、性能參數(shù)可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等。,目前，超聲探頭幾乎

44、都是采用壓電陶瓷材料。理由：,超聲探頭,探頭的基本結(jié)構(gòu),壓電晶體： 常用鋯鈦酸鉛類壓電陶瓷晶體 發(fā)射和接收聲波 其形狀決定聲束的形狀和聲場分布,超聲探頭,墊襯吸聲材料： 1.衰減并吸收壓電晶體背向發(fā)射的超聲能量2.要求墊襯具有較大的衰減能力，并具有與壓電材料接近的聲阻抗,超聲探頭,匹配層和保護(hù)層： 1.聲阻抗應(yīng)接近人體組織的聲阻 2.選擇衰減系數(shù)低并耐磨的材料,超聲探頭,聲學(xué)絕緣層：防止超聲能量傳至探頭外殼引起反射，

45、造成對信號的干擾 外殼：作為探頭內(nèi)部材料的支承體，并固定電纜引線,超聲探頭,探頭的分類 按診斷部位分,,,眼科探頭,顱腦探頭,腹部探頭,腔內(nèi)探頭,心臟探頭,兒童探頭,超聲探頭,探頭的分類,,按波束控制方式,線掃探頭相控陣探頭機(jī)械扇掃探頭方陣探頭,超聲探頭,探頭的分類 按幾何形狀,,矩形探頭柱形探頭弧形探頭圓形探頭,超聲探頭,超聲探頭使用注意事項(xiàng) 切斷電源后裝卸 避免接觸有機(jī)

46、溶劑 保護(hù)透聲面 使用無腐蝕的耦合劑 禁止高溫消毒,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備分類,1.按其用途分類： 超聲診斷儀:向人體內(nèi)發(fā)射超聲波，并接收由人體組織反射的回波信號，根據(jù)其所攜帶的有關(guān)人體組織的信息，加以檢測、放大等處理，并顯示出來，為醫(yī)生提供診斷的依據(jù)。 超聲治療儀：向人體內(nèi)發(fā)射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織的相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)，對有疾患的組織起到治療作用。治療儀器不需要接受回波與處理回波，結(jié)構(gòu)較為簡單，功率較大

47、。,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備分類,2.以獲取信息的空間分類 一維信息設(shè)備 如Ａ型、Ｍ型。二維信息設(shè)備 如扇形掃查Ｂ型、線性掃查Ｂ型、凸陣掃查Ｂ型、C型、F型等。三維信息設(shè)備 即立體超聲設(shè)備。,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備分類,3.按超聲波形分類 連續(xù)波超聲設(shè)備 如連續(xù)波超聲多普勒血流儀。 脈沖波超聲設(shè)備 如Ａ型、Ｍ型、Ｂ型超聲診斷儀,超聲成像設(shè)備,4.按利用的物理特性分類 回波式超聲診斷儀 如Ａ

48、型、Ｍ型、Ｂ型、Ｄ型等。 透射式超聲診斷儀 如超聲顯微鏡及超聲全息成像系統(tǒng)。,超聲成像設(shè)備分類,超聲成像設(shè)備,超聲成像設(shè)備分類,5.按醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備體系分類,Ａ型超聲診斷儀 Ｍ型超聲診斷儀 Ｂ型超聲診斷儀 Ｄ型超聲多普勒診斷儀 Ｃ型和Ｆ型超聲成像儀 超聲全息診斷儀 超聲ＣＴ,超聲成像設(shè)備的發(fā)展方向,,幅度成像→實(shí)時(shí)灰階→彩色血流顯像,定性診斷技術(shù)→半定量診斷技術(shù)→定量診斷技術(shù),模擬時(shí)代→數(shù)字化時(shí)代→全數(shù)字多

49、功能智能化,A型→M型→B型→D型 →彩色多普勒→造影諧波,組織諧波成像。,,,,,超聲成像設(shè)備,醫(yī)學(xué)超聲成像的基本原理,脈沖回波原理 人體組織和臟器具有不同的聲速和聲阻抗，聲波在傳播途中，遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)會(huì)反射聲波，稱為回波。 超聲脈沖回波成像法：發(fā)射超聲脈沖，遇界面反射，接收回波，檢測出其中所攜帶的信息；由于界面兩邊聲學(xué)差異并不是很大，大部分聲波穿過界面繼續(xù)向前傳播，到達(dá)第二個(gè)界面時(shí)又產(chǎn)生回波，并仍有大部分聲波透過該

50、界面繼續(xù)前進(jìn)；將每次回波信號接收放大，并在顯示器上顯示。,超聲成像設(shè)備,超聲診斷儀器的基本結(jié)構(gòu),超聲成像設(shè)備,工作原理：探頭向被檢人體組織發(fā)射超聲波，并接收反射回的回波；信息處理系統(tǒng)檢測出回波中物理量的變化（幅度、頻率等），再通過某種方式（A型、B型、D型等）在顯示器上顯示。,超聲檢查方法,體位：仰臥位、側(cè)臥位、半臥位、站立位途徑：體表、腔內(nèi)、術(shù)中 (探頭表面涂布耦合劑),超聲檢查前準(zhǔn)備,根據(jù)檢查部位的不同而不同⒈ 腹腔

51、臟器：空腹⒉ 盆腔臟器：膀胱充盈⒊ 心臟：忌服影響心肌收縮力的藥物⒋ 表淺器官及外周血管：無須特殊準(zhǔn)備,超聲成像的臨床應(yīng)用,確定占位病變的物理性質(zhì)檢查臟器的形態(tài)、大小及結(jié)構(gòu) 測定心功能檢測血流監(jiān)測胎兒生長發(fā)育檢測積液隨訪、介入、術(shù)中US 健康體檢、防癌普查等,超聲成像的局限性,圖象易受氣體和皮下脂肪的干擾對骨骼、肺、胃腸道的檢查受到限制偽像干擾圖象顯示范圍較小,知識(shí)點(diǎn)回顧,掌握超聲波的定義及三個(gè)