超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座.pptx

返回,超声波 超声诊疗仪物理原理,第五章,返回,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第1页,教学要求：,1.重点掌握声强和声强级、等响曲线、多普勒效应意义,2.了解超声在介质中传输与衰减吸收规律;,3.了解响度和响度级、声与超声基本性质和数学表示式、超声产生和超声场基本特征;,4.了解声压、声阻、听力曲线、超声波成像原理及超声诊疗仪.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第2页,5.1,声 波,5.2,超声波基本性质及数学表示,5.3,超声在介质中传输规律,5.4,超声在介质中衰减规律,补充：,超声诊疗仪常,用名词解释以及探头知识介绍,5.5,超声产生及声场基本特征,5.6,超声诊疗仪物理原理,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第3页,5.1,声 波,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第4页,5.1.1,声波基本性质,10,-4,10,0,10,4,10,8,10,12,次声波,地震,海啸,核爆炸,可闻声波,超声波,特超声波,语言,音乐,自然界,老鼠,蝙蝠,海豚,分子热振动,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第5页,声波传输速度与介质性质相关,也和介质温度相关.,（m/s）,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第6页,5.1.2,声强级 听觉区域 响度级,可闻声波频率范围内,能引发听觉最小声强刺激量,称为,听阈,.,人耳可容忍最大声强刺激量叫,痛阈,.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第7页,40 100 200 400 1000 4000 10000 0,频率（Hz）,1,10,-12,10,-10,10,-8,10,-6,10,-2,10,-4,声强,W/m,2,120,0,60,20,40,80,100,声,强,级,dB,120方,0,60,20,40,80,100,响度级,（1）,听觉区域,(anditory region),超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第8页,（2）,声 强 级,(intensity level),定 义,其中,单 位,分贝（dB）,意 义,描述声音强弱物理量,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第9页,（3）,响 度,(loudness),人耳主观感觉到声音响亮程度称为,响度,.,响 度 级,要求1000Hz纯音响度级在数值上就等于它声强级.,响度级单位:,方,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第10页,1890年，一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国途中，突然神秘地失踪了。,1948年初，一艘荷兰货船在经过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；上述惨案，引发了科学家们普遍关注，其中不少人还对船员遇难原因进行了长久研究。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第11页,经过重复调查，终于搞清了制造上述惨案“凶手”，是一个为人们所不很了解次声声波。,人体内脏固有振动频率和次声频率相近似（0.000120赫），倘若外来次声频率与体内脏振动频率相同或相同，就会引发人体内脏共振，从而使人产生上面提到头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第12页,5.2,超声波基本性质及数学表示,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第13页,声速表示式为,同理可得在固体中传输超声波横波波速为,5.2.2,超声波速度,1.,纵波在长细棒中声速,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第14页,2.,管状流体中纵波波速,管状流体中纵波波速表示式为,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第15页,5.3,超声在介质中传输规律,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第16页,超声波在界面发生反射和折射条件是:,（1）介质声特征阻抗在界面处发生突变,或者说“不连续”;,（2）界面线度远大于声波波长及声束横截面积直径.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第17页,5.3.2,衍射与散射,1.,衍射,当超声传输碰到障碍物时,在一定条件下能够绕过障碍物边缘传输,即,衍射,.假如超声波长与声阑线度相仿或大于声阑线度,衍射现象较为显著,因为衍射与障碍物线度相关,声波碰到障碍物时会发生两种现象:,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第18页,声影.,因为障碍物线度较大,超声波不能完全绕过障碍物,因而在障碍物之后,存在声波不能抵达空间,称之为声影.声影在超声图象上表现为暗色,是探测不到盲区.,与波长相仿病灶探测不到.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第19页,2.,散射,假如介质中存在许多悬浮粒子,当超声传到这些障碍物上时,这些粒子又将成为新波源而向四面发射超声,其中有一部分声能就要偏离原来传输方向.这一现象就叫,散射,.,普通用散射截面,定量描述散射程度:,其中,W,为总散射功率,I,i,为入射声强.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第20页,当散射物体线度,d,时,散射不显著,主要是反射;,假如,d,散射显著,散射场强度均匀分布,散射声强正比于1/,4,;,假如,d,散射场强度分布复杂,与散射物阻抗,几何尺寸相关,表现为一定角分布.,由上式能够得出:,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第21页,5 .,4,超声在介质,中衰减规律,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第22页,5.4.1,超声在介质中衰减特征,造成声波衰减主要原因有以下几个：,扩散衰减,这是声波在空间传输中因为能量分布改变造成衰减,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第23页,散射衰减,这是声波与众多散射中心屡次相互作用过程,作用结果是部分声能转化为热能而散失掉.,吸收衰减,吸收衰减本质是声能转变为其它形式能量,包含人能及其它形式机械能等等.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第24页,吸收机制有：,因为介质粘滞性而产生粘滞吸收;,以热相互作用为特征热传导和热辐射吸收;,弛豫吸收,是指介质吸收声能后分子势能增加,经一段时间后再以声波形式向外发射过程,吸收与声波频率关系甚大,介质性质对声波吸收亦有影响.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第25页,5.4.4,超声与物质相互作用,1.,热作用机制,被组织吸收超声波对分子产生作用会造成两种基本结果：,分子振动和转动能量可逆转性增加,使介质温度上升,分子结构永久性地被改变,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第26页,3.,超声空化作用,声空化能够定义为充有气体或水蒸气空腔在超声场作用下发生震荡各种现象.,2.,机械作用,超声波在人体中传输时振动和压力会对细胞和组织结构产生直接效应.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第27页,5.5,超声产生及声场基本特征,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第28页,超声探头,高频脉冲发生器,高频脉冲发生器,压电晶体,超声波,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第29页,5.6,超声诊疗仪物理原理,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第30页,超声诊疗成像基本原理以三个物理假定为前提：,（1）声束在介质中以直线传输;,（2）在各种介质中声速均匀一致;,（3）在各种介质中介质吸收系数均匀一致.,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第31页,脉冲回波成像系统主要分为三部分：,（1）换能器,（2）信号处理部分,（3）显示和统计部分,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第32页,超声成像原理及超声成像仪,Medison SONOACE 9900,Medison,SONOACE 8000,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第33页,超声模式,分类：,A模式,B模式,M模式,D模式,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第34页,1、A型超声,也称示波诊疗法，是一个振幅模式。它在显示上形成垂直偏转曲线图。,横坐标表示回声强弱,纵坐标表示回声时间（距离）,回波振幅,探头,一维,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第35页,取样线,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第36页,2、B型超声,是一个亮度模式。其图像由不一样亮度点所组成直线组成。点亮度代表接收到回声振幅。,经过连续扫描，二维剖面图像不停地被更新，这就是实时B模式。,二维,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第37页,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第38页,3、M型超声,M模式中M表示运动，M模式经过B模式图像来显示一个光标，然后在以时间为轴线波形图上表示其运动状态。,通常M模式用于检测心脏及胎儿心率。,纵坐标表示超声扫描传输时间，回声代表被测结构深度。,横坐标表示光点慢扫描时间,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第39页,Transducer,Transducer,Transducer,Transducer,Line 45 t1,Line 45 t2,Line 45 t3,Line 45 t4,t 1 2 3 4 5 6 7.,M型原理示意图,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第40页,M型取样线,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第41页,4、D型超声,应用多普勒效应原理，当探头与反射体之间有相对运动，回声频率发生改变，称为频移。,频移改变能够用检波器测量多普勒信号音和曲线图，用频谱显示。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第42页,多普勒（Doppler）,主要用于检测心脏、血管内血液流向、流速及流量。,包含以下两种：,-频谱多普勒,-彩色多普勒,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第43页,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第44页,5、CDFI（彩色超声诊疗）,采取自相关技术获取血流差额信息，经伪彩编码后叠加于二维图像上。,红-黄色代表对向探头血流,蓝-绿色代表背离探头血流,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第45页,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第46页,肾脏,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第47页,心脏,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第48页,30周胎儿脸,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第49页,I am angry,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第50页,唇裂胎儿,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第51页,唇裂胎儿,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第52页,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第53页,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第54页,胎儿手指,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第55页,主要惯用名词解释,一台超声设备硬件组成主要有哪几部分？,主机 探头 显示器,图 像,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第56页,1、全数字化,数字化,处理 A/D,放大,处理,显示,放大,滤波,数字化,处理,A/D,前端数字化全数字化,后端数字化部分数字化,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第57页,2、动态范围,允许仪器接收回声信号幅度改变范围。动态范围大，所显示图象层次就越丰富。假如太大，图象较朦胧，假如太小，图象较粗。,单位为分贝（dB）,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第58页,分辨率,是指对两个靠近物体识别能力，即对图象区分。,分辨率,几何分辨率,灰度分辨率,轴向分辨率,侧向分辨率,3、分辨率（1）,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第59页,3、分辨率（2）,纵向分辨率：表示在声束轴线方向上，对相邻回声图象分辨能力能够用两回声点之间最小可辨距离来表示，其值越小纵向分辨率越高，主要与超声发射频率相关，频率越高，纵向分辨率越高。,横向分辨率：表示在垂直于声束轴线平面上，对相邻回声图象分辨能力，它能够用此平面上两回声点之间最小可辩距来表示，其值越小，横向分辨率越高，主要与声束直径相关声束越细，横向分辨率越高。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第60页,灰度（对比度）分辨率：,是指对两个相同密度物体识别能力。,灰度分辨率,几何分辨率,平衡,几何分辨率高灰度分辨率差,3、分辨率（3）,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第61页,探测深度,指仪器发射超声波束能够穿透并能显示出图象被测介质深度。,要提升仪器探测深度，能够减低工作频率或加大发射功率。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第62页,灰阶度,回声信号以不一样亮度亮度象素进行显示，灰阶度是把黑白之间灰度区等分为16，32，64，128或256个灰阶级。仪器灰阶度越高，其显示回声图层次感越强，图象清楚度就越高。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第63页,图象帧频,指仪器每秒钟内可成像帧数，帧频升高会使图象质量降低,时间增益控制（TGC），超声强度随探测深度增加而减弱，致使不一样深度发射回波强弱不等，TGC就是对来自不一样深度回声给予不一样增益赔偿，也称为灵敏度时间控制(STC)。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第64页,后处理,对于灰度分布不均匀图象进行灰度修正或灰度变换,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第65页,帧相关,帧相关处理是指对图象帧与帧之间对应象素灰度平滑处理,能得到减低噪声,图象平整效果,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第66页,边缘增强,其目标是加强图象景物轮廓，提升了图象视觉尖锐度。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第67页,发射动态聚焦,普通为分段动态电子聚焦，使得在整个探测深度波束都有良好会聚，不过分段动态电子聚焦缺点是大大降低了图象帧频。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第68页,接收可变孔径,因为采取动态电子聚焦，造成声束在近场区增大，使得近场分辨力下降所以采取可变孔径进行接收，由浅至深逐步扩大有效孔径，确保了远、中、近场都有很好横向分辨力。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第69页,探头的种类与功能,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第70页,一、以扫描方式分,1、机械扫描式：复合式,摆动式,旋转式,2、电子扫描式：线阵型,凸阵型,相控阵型,3、复合扫描式：环阵型,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第71页,二、依据用途不一样,腹部检验探头 2.53.5MHZ,心脏检验探头 25 MHZ,浅表组织检验 510 MHZ,其它特殊用途:心脏食道探头,术中探头,穿刺探头,腔内探头,血管探头,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第72页,超声惯用术语（1）,穿透,：声波经过界面从一个介质到另一介质,散射：,声波朝多个不一样方向反射、折射和反射,频散,：声速随频率改变,衰减,：在介质中传输时声能量降低,旁瓣,（Side Lobe）：合成声场中，主方向或目标方向以外发生声束,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第73页,超声惯用术语（2）,近场：,声源附近，声压与质点速度不相同声场,远场：,声源远处，声压与质点速度相同声场,声窗：,含有良好透声性能介质，如水囊,回声（ECHO）,：从被检测体发射返回超声波形成图像原始信息,深度（Depth）,：18-24cm,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第74页,超声惯用术语（3）,多普勒效应（Doppler）：,声源与观察目标之间声传输距离，因观察目标随时间改变而造成声音频率改变现象。,脉冲波（PW）：,间歇发射调制脉冲方式。含有深度定位能力。,连续波（CW）：,连续发射和接收多普勒效应信号，测速范围大，但没有深度分辨力。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第75页,超声惯用术语（4）,探头（Probe）：,超声诊疗仪上，包含发射、接收信号换能器及从属。,线阵（Linear）：,晶片以直线排列，直线扫描，取得方形图像。,相控阵（Phased）：,晶片与延迟元件连接，改变相位差异，使声束偏转做扇形扫描。,凸阵（Convex）：,晶片以凸弧形排列，依次发射和接收超声。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第76页,超声惯用术语（5）,动态聚焦：,经过延迟改变连续改变焦距和焦平面，用于提升横向分辨力,动态范围：,允许接收回声信号幅度改变范围，单位为分贝（dB）,可变孔径：,随距离增加，分段增加接收回声晶片数（孔径大小），以改进近场分辨率,扫描线束：,组成每幅图像线数，受帧数、最大探测深度、声束限定,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第77页,超声惯用术语（6）,分辨力：,包含对比和空间分辨力，后者又包含横向、纵向（深度）、厚度分辨力。,滤波器：,对频率成份起经过或断开作用。,帧频数（帧率）：,单位时间（每秒）内成像幅数。,实时图像：,帧频数大于每秒24幅。受扫描角度、线数、深度、声速和扫描系统制约。,超声波超声诊疗仪的物理原理宣教专家讲座,第78页,