b-医学超声原理-第十一讲-B超及其关键技术.ppt

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生物医学超声学第十一讲：

B超及其关键技术Bmodeultrasoundanditskeytechnique主讲：

牛金海与本与本PPT配套的指定教材配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。

这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。

本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。

每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。

为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。

本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。

本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。

本讲主要内容（本讲主要内容（Topics）一、B超概述（Introduction）二、B超的基本原理（Fundamentalprinciple）三、B超探头以及扫描技术（Transducerandscantechnique）四、数字B超的中的DSC技术（DigitalScanConverter）五、数字B超中的图像处理技术（Imagingprocess）六、B超国内外厂商状况（Manufacturer）一、超概述一、超概述全称B型超声检查（type-Bultrasonic）分为“黑白B超”和“彩色B超”是影像诊断技术的一个重要组成部分（CT、核磁共振,X-ray）在临床上，它被广泛应用于心内科、消化内科、泌尿科和妇产科疾病的诊断1.1彩超中的伪彩色彩超中的伪彩色彩超中的伪彩色是处理是利用微电子技术进行的一种影像增强处理技术，它通过光学处理、等密度分割、幅度鉴别、模数转换等方法进行彩色编码，使输入的图像值转换到特定彩色空间相应坐标中去，从而显示预期的彩色影像。

1.2脉冲回波成像系统的原理脉冲回波成像系统的原理A型B型亮度调制M型超声心动图Medicalsonography（医学超声成像）Medicalsonography（ultrasonography）isanultrasound-baseddiagnosticmedicalimagingtechniqueusedtovisualizemuscles,tendons（肌腱）,andmanyinternalorgans,tocapturetheirsize,structureandanypathological（病理的）lesions（伤害）withrealtimetomographicimages.Ultrasoundhasbeenusedbyradiologistsandsonographerstoimagethehumanbodyforatleast50yearsandhasbecomeoneofthemostwidelyuseddiagnostictoolsinmodernmedicine.Thetechnologyisrelativelyinexpensiveandportable,especiallywhencomparedwithothertechniques,suchasmagneticresonanceimaging（MRI）andcomputedtomography（CT）.Ultrasoundisalsousedtovisualizefetuses（胎儿）duringroutineandemergencyprenatal（产前）care.Suchdiagnosticapplicationsusedduringpregnancyarereferredtoasobstetric（产科）sonography.1.3B型超声波诊断仪B型超声波诊断仪（简称为B超）是在A型诊断仪的基础上发展起来的辉度调制（BrightnessModulation）式诊断仪。

B型成像方式所得到的是与声束传播方向一致的物体断面的图像，声束沿z方向传播，沿x方向扫描，逐次照射物体的不同区域，并接收声束所达区域内物体的反射声信号，将声信号幅度调制成荧光屏上相应位置的光点亮度。

扫描方式主要有线扫描和扇形扫描两种。

1.41.4线扫与扇扫线扫与扇扫1.5B超的特点l优点优点1.连贯地、动态地观察脏器的运动和功能；2.可以追踪病变、显示立体变化，而不受其成像分层的限制；3.至今还没有出现过对病人有损伤的报道；4.超声设备易于移动，价格低廉，费用一般为35-150元/次。

B超的特点l缺点缺点1.清晰度、分辨率较低；2.对空腔器官病变易漏诊；3.检查结果易受医师临床技能水平的影响。

二、二、BB超仪器原理超仪器原理用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。

检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来。

B超是目前使用最广泛的超声诊断仪，由于能得到人体内部脏器和病变的断层图。

并且能对脏器和病变的断层图。

并且能对脏器进行实时动态观察，因而十分直观。

l既能进行静态观察，又能进行动态检查;2.12.1BB超工作成像原理概述超工作成像原理概述lB超成像技术使得组织的一个断层上的超声信息能以二维的形式显示出来。

l组织内的背向散射信息和界面的反射波信息以亮度调制方式显示，即组织某以部分的回波越强，则图像上对应部位的亮度越亮。

2.22.2BB超基本原理图超基本原理图2.32.3数字数字BB超设架构超设架构图B超成像的原理框图OverallblockdiagramofBScanultrasoundOverallblockdiagramofBScanultrasound信号线性放大信号线性放大Linearamplification信号的非线性放大信号的非线性放大-时间增益补偿时间增益补偿TGC（TimeGainCompensation）回声的动态范围压缩和扩展回声的动态范围压缩和扩展Compressthedynamicrangeofechoes调整动态范围之后的图像比对调整动态范围之后的图像比对模数转换的过程模数转换的过程-1）采样）采样AnaloguetoDigitalconverter-Sampling模数转换的过程模数转换的过程2）量化与编码）量化与编码AnaloguetoDigitalconverter2）Quantizationandcoding2.4B2.4B超的主要技术指标超的主要技术指标

（1）分辨力分辨力（单位：

毫米）是指超声诊断仪对被检组织相邻回声图的分辨能力，分纵向（深度方向）和横向（水平方向）分辨力。

思考题：

影响横向分辨率以及纵向分辨率的因素？

（2）

（2）超声的工作频率超声的工作频率ff和脉冲重复和脉冲重复频率频率PRFPRF超声的工作频率f是指探头与仪器连接后，实际辐射超声波的频率，也即所发射超声波在每秒中内自身的振荡次数。

脉冲重复频率PRF（pulserepeatfrequency，PRF）指脉冲工作方式超声仪器在每秒钟重复发射超声脉冲的个数（3）（3）脉冲的宽度和振铃脉冲的宽度和振铃脉冲的宽度指脉冲从开始产生到截止的时间长短。

脉冲的宽度指脉冲从开始产生到截止的时间长短。

脉宽越窄越有利于提高影像的轴向分辨率，因此激励脉冲宽度应该控制在一个较窄的范围，但激励脉冲宽度的缩小受到探测深度和系统接收通道频带宽度的限制。

振铃是指探头受电激励截止后产生声波余振动的长短。

振铃是指探头受电激励截止后产生声波余振动的长短。

理想的情况是当施加于探头的电激励脉冲结束后，振动立即停止，但事实上这是无法做到的。

由于它会严重影响超声系统的纵向分辨力，因此，希望探头产生余振（振铃）的时间也越短越好。

与本与本PPT配套的指定教材配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。

这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。

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每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。

为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。

本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。

本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。

三、B超探头以及扫描技术腹部探头腹部探头三维探头三维探头高频探头高频探头3.1B3.1B超探头超探头3.1.1电子线阵超声探头电子线阵超声探头电子线阵探头剖面示意（11）开关控制器）开关控制器开关控制器：

用于控制探头中各振元按一定组合方式工作，若采用直接激励，则每一个振元需要一条信号线连接到主机，目前换能器振元数已普遍增加到数百个，则与主机的连线需要数百根，这不仅使工艺复杂，因此而增加的探头和电缆的重量也是不堪设想的。

采用开关控采用开关控制器就可以使探头与主机的连线数大大减小。

制器就可以使探头与主机的连线数大大减小。

（2）

（2）阻尼垫衬阻尼垫衬阻尼垫衬：

作用与柱形单振元探头中的垫衬作用相同，用于产生阻尼,抑制振铃并消除反射干扰。

阻尼垫衬材料的构成要求亦和柱形单振元探头相似。

（3）（3）换能器阵列换能器阵列换能器阵列：

换能器的晶体振元通常是采用切割法制造工艺，即对一宽约10mm，一定厚度的矩形压电晶体，通过计算机程控顺序开槽。

（4）（4）匹配层匹配层l由于声透镜同时与晶体振元和人体接触，两者的声阻抗差别甚大，难于使声透镜的特性阻抗同时与两者匹配。

超声经不同阻抗界面传播，将产生反射，会增加能量损耗并影响分辨力，因此，往往需要采用匹配层来实现探头与负载之间的匹配。

l对匹配层除厚度与声阻抗的要求外，还要求还要求其声阻尼要小，以减小对超声能量的损耗。

其声阻尼要小，以减小对超声能量的损耗。

在工艺上应保证其同时与晶体振元和声透镜接触良好。

匹配层材料通常也采用环氧加钨粉配制。

匹配层材料通常也采用环氧加钨粉配制。

B超探头扫描分类1）按断层图像的形式来看有多种，主要有线形及主要有线形及扇形扇形;线扫式断层B型超声波诊断仪适用于观察腹部脏器，如对肝、胆、脾、肾、子宫的检查，而扇扫断层B型超声波诊断仪适用于对心脏的检查。

现代B型超声波诊断仪通常同时具备以上2种探查功能，通过配用不同的超声探头，方便地进行转换。

2）按实现扫描的方式来看分为机械扫描和电子扫机械扫描和电子扫描描;3.2扫描技术ScanlinearrangementsforthemostcommonB-modeformats（a）Linear（线性）,（b）curvilinear（曲线）,（c）Trapezoidal（梯形）,（d）sector（扇形）（e）radial（辐射）线扫线扫扇扫扇扫三维双胞胎胎儿三维双胞胎胎儿BB超图像超图像3.3几种基本扫描成像方式几种基本扫描成像方式手持扫描机械线性扫描机械扇形扫描电子线性扫描相控阵扇形扫描凸面扇形扫描动态频率扫描技术3.3.13.3.1机械扇扫超声探头机械扇扫超声探头机械扇形扫描超声探头配用于扇扫式B型超声诊断仪，它是依靠机械传动方式带动传感器往复摇摆或连续旋转来实现扇形扫描的。

不足之处，是噪声大和探头寿命短。

与本与本PPT配套的指定教材配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。

这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。

本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。