超声成像原理与技术

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1、 课程说明专业必修课48学时理论+16学时实验考核方式：考查平时成绩(10%) + 实验成绩(30%) + 综合答辩及报告成绩(60%)请加入学习群： 198402158第一单元 绪 论医学超声医学超声：超声物理学、超声工程学，与医学超声诊断：超声物理学、超声工程学，与医学超声诊断与治疗。与治疗。超声物理超声物理：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组织中的传播特性和规律。织中的传播特性和规律。超声工程学超声工程学: :电子技术、计算机技术为基础，依靠超声物电子技术、计算机技术为基础，依靠超声物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。理的结论。设计研制

2、医学诊断设备和治疗设备。超声诊断超声诊断：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差异、判别组织的病变特征。异、判别组织的病变特征。超声治疗超声治疗：主要利用生物体吸收超声波的

3、特性、也即利：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。超声成像设备分类（上）一、按超声波型分类一、按超声波型分类连续波超声设备连续波超声设备脉冲波超声设备脉冲波超声设备二、按利用物理特性分类二、按利用物理特性分类回波式超声诊断仪回波式超声诊断仪透射式超声诊断仪透射式超声诊断仪三、按设备的结构分三、按设备的结构分A A超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的传播时间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度传播时间（探测深度），纵坐标表示脉冲回波幅度（Ampli

4、tutede),Amplitutede),故称为故称为A A型显示，简称型显示，简称A A超。临床运用测量超。临床运用测量人体器官位置，尺寸、组织的声学特性、诊断疾病人体器官位置，尺寸、组织的声学特性、诊断疾病超声设备分类（下）M M型超声诊断设备型超声诊断设备- -M M超超声心动图仪超超声心动图仪：在荧光屏上得到组织器官：在荧光屏上得到组织器官（心脏心脏) )许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超许多曲线构成超声心动图。反映不同介面不时间反射超声波的强弱。是亮度调制型设备。临床主要用于研究心血管疾病、声波的强弱。是亮度调制型设备。临床主要用于研究心血管疾病、可与心电图、心音图、脉

5、搏结合考虑分析，测量心血管的部分大小、可与心电图、心音图、脉搏结合考虑分析，测量心血管的部分大小、厚度，瓣膜的运动。厚度，瓣膜的运动。B B型超声诊断设备：型超声诊断设备：B B超切面显像仪。静止目标超切面显像仪。静止目标B B型超声显像仪；型超声显像仪；实时实时B B型超声显像仪，数字扫描型超声显像仪，数字扫描B B型超声成像设备，代计算机的型超声成像设备，代计算机的B B型型超声成像设备四种。超声成像设备四种。C C超与超与F F型超声成像设备：横断面成像，曲面成像型超声成像设备：横断面成像，曲面成像。D D超：超：脉冲回波脉冲回波D D型超声诊断仪，连续波型超声诊断仪，连续波D D型超声

6、诊断仪。型超声诊断仪。彩超彩超= =B+D+M,B+D+M,多功能超声成像设备。彩色显示。多功能超声成像设备。彩色显示。CDFI CDFI 彩色血流彩色血流（低速（低速) )显像仪显像仪 CDTI(CDTI(高速）高速） CDE( CDE(彩色、幅度，大小）低速血彩色、幅度，大小）低速血流的彩色多普勒能谱图，流的彩色多普勒能谱图，DPA(DPA(大小，方向）大小，方向）CHI,THICHI,THI超声全息诊断设备超声全息诊断设备 超声显微镜超声显微镜 超声超声CT CT 超声外科设备超声外科设备 超声治疗设备超声治疗设备超声设备发展历程18801880年，法国科学家年，法国科学家 皮尔和皮尔和

7、Jacques.Jacques.居里居里 压电效应压电效应 。19171917年法国科年法国科学家保罗郎之万学家保罗郎之万 发现逆压电效应。发现逆压电效应。 19211921年年 声纳声纳19421942年年 奥地利科学家奥地利科学家 A A超，探测头颅超，探测头颅19521952年年 美国科学家美国科学家 B B超超 1954 1954年年B B超临床超临床19561956年年 日本科学家日本科学家 多普勒超声多普勒超声 探测心脏探测心脏19671967年年 电子探头电子探头 1968 1968年年 TGCTGC19681968年年 研究计算机用于研究计算机用于B B超设备，超设备，DSCD

8、SC数字扫描数字扫描19731973年年C C超，超，19781978年年F F超超19831983年彩色学流图（年彩色学流图（CFMCFM），），19901990年年3 3D D扫描研制扫描研制19911991年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段年数字化超声成像系统不步入新的发展阶段CDTI CDE DPA CHI THICDTI CDE DPA CHI THI超声成像研究进展医学超声基础理论研究、新型压电材料和超声传感器、计算机处理、超声成像技术与信息传输技术相结合的产物。20实际70年代以B型超声显像技术为特征；80年代以彩色Doppler血流成像技术为特征；90年代则以超声体成像为特

9、征。新技术的发展特点体现在宽频带化，数字化，多功能化，多维化以及信息化等几个方面。超声成像的研究内容超声成像的声学基础：超声场是怎样的？如何产生超声波？超声波在人体中的传播情况？超声波束的控制超声波是发散的，怎样让其具有方向性，能够定位组织器官的位置。超声回波信号的处理 如何从超声回波信号中提取组织信息并转换为图像显示？超声图像处理 重建三维图像，图像增强，特定的图像处理。第二单元 超声成像声学基础超声波的定义及表示方法超声的物理量超声场超声波物理特性超声的传播与衰减超声波的多普勒效应超声波的定义及表示方法 描述超声波的物理量 声压、声强与声阻抗率声压、声强与声阻抗率声压,指在某一瞬时压强相对

10、于无声波时的压强变化（改变量）声强指声波传播的能流密度，即在单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的声音能量声阻抗率定义为：Zs=p/v式中，p为声场中某点声压，v为该位置媒质质点振动速度。显然，在相同声压作用下，对于声阻抗率大的媒质，其媒质质点振速小，而对于声阻抗率小的媒质，其媒质质点振速就大。因此，声阻抗率的意义可理解为声场中某位置媒质的限速能力。超声场超声场： 超声场是指发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间。超声场简称声场，又可称为声束。扫描声束的形状、大小（粗细）及声束本身的能量分布，随所用探头的形状、大小、阵元数及其排列、工作频率（超声波长）、有无聚焦以及聚焦的方式不同而有很大的

11、不同声束还受人体组织不同程度吸收衰减、反射、折射和散射等影响即超声与人体组之间相互作用的影响超声波物理特性束射特性超声波的频率较高，波长较短，发射超声波的能量集中于一个较狭窄的圆柱区域，超声波的这一特性有助于多超声束的聚焦，达到诊断设备侧向分辨力的指标。能量高、穿透性强声波的能量正比于频率，医用超声波的频率较高，因此能量较大，并且集中于一个狭窄的圆柱区域内，这使它很容易穿透人体的软组织。叠加特性当两列声波在同一媒介中传播时，如它们在空间某处相遇，将彼此叠加。相遇处质点震动为各个波所引起的分振动的合成，在任一时刻质点的位移是各个波在该点所引起的分位移矢量和。两列波相遇后，仍然保持原有特性（频率、