全国大型医疗设备使用人员彩色多普勒技术考试辅导材料(第一章-第四章)cdfi上岗证考试课件.pdf
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1、全国大型医疗设备使用人员 彩色多普勒技术考试辅导材料(第一章一第四章)第一章物理基础 第一节超声显像物理基础 一、超声波基本物理量:1、超声波是声源振动的频率大于20000Hz的机械波2、超声波有三个基本物理量,即频率(f),波长(入)声速(c),它们的关系是:c=f入或A=c/f,传播超声波的媒介物质叫做介质,不 同频率的超声波在相同介质中传播时,声速基本相同。在 人体软组织中声速为1540m/s。探测1cm深度目标所需的时 间约 13.4 ns.3、相同频率的超声波在不同介质中传播,声速不相同,人体软组织中超声波速度总体差异约为5%。利用超声方 法进行测距的误差也是5%左右。4、临床常用的
2、超声频率在2MHz10 MHz之间。二、超声波的物理性能1、超声波在介质中传播时,遇到不同声阻的分界面,会产生 反射和折射,反射的能量由%-乙2反射系数R1二 决定。Z+zJZP Z2为两种介质的特性声阻抗,Z=p.c(密度声速)当Z1=Z2,为均匀介质,则R=0,无反射。当ZiVvZ2(如水和气)则R1很大,产生强反射。当Z1WZ2,RiWO,则反射存在。2、人体软组织声阻抗差异很小,但只要有1%。的声阻抗差,就会产生反射回波,所以超声波对软组织分辨力很高。3、当超声波垂直于不同声抗阻分界面入射时,可得到最佳的 反射效果。4、当分界面两边的声速不同时,超声波透入第二种介质 后,其传播方向将发
3、生改变一即产生折射。5、超声波在介质中传播时,有声能占据的空间,叫做声 场。6、多振子探头的声场分布呈“花瓣”状,其“主瓣”越 细(窄)越好,而“副瓣”在声束扫描时将产生伪象。声 束处理技术之一就是消除“副瓣”,突出“主瓣”。7、超声波在介质中传播时,随着距离增加,声能将随之 减弱,这就是衰减。引起衰减的原因主要有:由于“内磨擦”,超声波机械能变为热能被组织“吸收”。波束发散,能量的散射及反射,使得保持在介质中 原始前进方向上的能量减小。8、为了使深度回声信息清楚,在诊断中要使用STC(TGC)调节,补偿声能的衰减。衰减用及日。-2来描述。1X是距离声源X点的声强,X是距离声源的距离。I。是X
4、=0处的声强a为衰减的系数e为自然对数之 底,e=2.71声强或声压的衰减吸收以分贝(dB)作单位,组织 的衰减系数用dB/cm表示。在人体组织中衰减程度一般规律是:骨组织 肝组织血液若进一步细分:骨(或钙化)肌腱(或软骨)肝(或肾)脂肪血液,尿液(或胆汁)。组织中含胶原蛋白和钙质越多,声衰减越大,液体内 含蛋白成分的声衰减大。9、超声波在介质中传播时,如遇声阻不同的障碍物(目 标点)则声束方向和声强将发生改变,其改变程度与障碍 物之大小及声阻抗有关。当障碍物的直径大于1/2入,在该障碍物表面产生回声反 射。10、当障碍物的直径等于或小于1/2入,超声波将饶过该 障碍物而继续前进,反射很少,这
5、种现象称为衍射,故超 声波波长越短,能发现障碍物越小。这种发现最小障碍物 的能力称为显现力。从单纯理论上计算,能测到物体的最小直径,称做最 大理论分辨力,在数值上为1/2入,但实际显示的分辨力 要低于理论分辨力58倍。11、超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障 碍物(或一组小障碍物形式)时,这时将有 一部分能量被散射,散射声波可进行组合,等频同相波迭加后能量(幅度)加强,等频 反相迭加后能量减弱。红细胞的直径比超声波要小得多,红细 胞是一种散射体,其反(后)向散射信息是 研究、分析红细胞运动规律的极有用的信息,声束内红细胞数量越多,后向散射强度就越 大。三、超声多普勒效应1、当声源与反射界面(或
6、散射体)作相对运动时,由于超声波 在一定介质中传播的速度是恒定的,故可看作超声的波长被压缩 或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动(改变),它仍需满 足c=f.人的关系,这种现象称之为多普勒效应。2VcosQ其多普勒公式为:fd=fR-f0=-f。Cfd为多普勒频移,f0为入射频率,fR为反射频率,V为反射物体运 动速度,C为声速,Q为运动方向与入射波间的夹角。2、当壬=3 MHz fR=3.005 MHz 则L=fR-fo=5OOOHz=5KHz 所以fd一般都在音频范围内。检出fd后,以声音发出响声来监听,并通过FFT对fd进行频谱分析,所以多普勒频移属于声波范畴。四、超声波分辨力,穿透力
7、1、分辨力指能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小 间距的能力,一般可分为轴(纵)向和侧(横)向两 种O2、轴向分辨力系指声束方向,能被分辩前后两点间的 最小间距,它与超声波的频率有关,频率越局,波长 越短,则轴向分辨越好。I3、侧向分辨力系指与声束相垂直的面上,能被分辨两 点的最小间距,它与超声束的宽窄有关。声束越窄(细),其侧向分辨越好。4、穿透力是指超声在介质中传播能到达最大深度的能 力,它与声衰减系数有关,并与频率成正比,川dB/cm/MHz表示,所以频率高的超声波在人体中衰减也越大。第二节 超声诊断图像基础一、超声显像的一般规律1、回声来源:来自大界面的反射和散射体的散射。2、界面反射
8、与声束角度:界面与声束角度对图像影响较 大,球形病灶常仅有前后壁回声,侧壁声常常消失一形 成侧声影。3、衰减对成像的影响:物体衰减特征主要表现在后方的 回声。4、囊性物体的声像图特征:内部为无回声区;前壁和后 壁回声增强;侧壁回声消失;后方有回声增强和侧声影 5、多重反射:超声遇强反射界面,在界面后出现一系列 的间隔均匀的依次减弱的影像,称为多重反射,这是声 束在探头与界面之间往返多次而形成。二、不同器官组织成分的显像特点1、皮肤:呈线状强回声。2、脂肪:回声强弱不同,层状分布的脂肪呈低同声。肿瘤组织中脂肪与其它组 织成分混杂分布时,常呈现强回声反射。3、纤维组织:纤维组织与其它成分交错分布,
9、其反射回声强,排列均匀的纤维 瘤回声则较弱。一般纤维组织的衰减程度较明显。4、肌肉组织:回声较脂肪组织强,且较粗糙。5、血管:形成无叵I声的管状结构,动脉常显示明显的搏动,有时能看到红细胞 散射点状回声。6、5组织、钙化或结石,形成很强的回声,其后方留有声影。7、实质脏器:形成均匀的低回声。以肝脏为标准:脾脏回声较肝脏低而均细肾脏实质较肝脏实质回声也低胰腺回声较肝脏高而且粗糙8、空腔脏器:其形状,大小和回声特征因脏器的功能状态改变而有不同充满液体时可表现为无回声区充满含有气体的肠内容物可形成杂乱的强回声反射气体反射常曳有多重反射的斑纹状强回声,称为彗星尾征:、病理声像图的特点1、实质脏器的弥漫
10、病变急性与慢性病变声表现急性病变 慢性病变服器大小 脏器边缘 脏器回声 脏器结构钝圆 大、-大满低化 增饱减变增大或减少 不平或结节状 增力口%形或显示不清2、占位病变囊性或实性病变的鉴别曩性病变实性病变病变形态球状或类球状团块状边界回声清晰光滑可不清楚不光滑内部回声无有后方回声回声增强回声增强或出现声影周围组织可用压迫推移压迫推移或浸润破坏良性或恶性病变的鉴别良性病变恶性病变病变形态多规则多不规则边界回声清楚光滑不清楚或浸润状内部回声均匀中等回声不均匀低回声周围组织可有挤压Bj W浸润破坏四、超声诊断的基本要求1、针对性 客观性 独立性 系统性 科学性2、客观性:病变的解剖定位,病变形态大小
11、,数目,临近结构病变回声特点,边界回声,内部回声的特点及透声特性 病变的动态变化。重要的阴性所见,以供鉴别诊断时参考3、独立性:任何结论不能离开回声图像的客观表现,切忌随意附和 或臆测4、科学性:(1)超声图像的拍摄存储,图像具有代表性、对比性、系列性。灰阶回声图像的方位及对病变的描写方法。(2)图像的方位:美国超声医学会1976年规定(大多 数国家采用),并与X线摄影、X-CT、放射性同位素 成像方位一致。图像左侧代表头侧(H),右侧代表 足侧(F);上方在仰卧位时代表腹侧,俯卧位时 代 表背侧;在额状切面的回声图像上,上则上方代表头 侧,右侧代表左侧。乳房回声图像将乳头居上,胸壁 居下,并
12、注明头侧(H)或右侧(R)(3)图像的描述:a)回声强弱的描述:根据图像中灰度不同,可分为强或高回声,中等回声 低或弱回声,无回声。回声的高低,强弱应根据病灶回声 与周围正常脏器的回声强度作比较来确定。b)后方回声的描述:病灶界面有较强的反射以及有较强的衰减特性时,后 方回声减弱乃至消失,称为声影。当病灶或组织液体或衰减不明显时,其后方回声强于 周围组织,称为回声增强;当病灶本身形成低回声强度或无回声区,而其后方有回 声增强出现时称为透声区。c)回声分布的描述:可以按分布情况描述,“密集”、“稀”、“分布均匀”、“分布不均匀”综观病灶内回声 分布的状况可用“均质”或“不均质”来形容。d)回声图
13、像上病变形态的描述:应当根据不同切面的同声图像特征描述病变的 整体形态,不仅描述回声图像的平面特点,而且要 注意描述病灶的立体形态,一般不直接作出具体的 病理诊断的结论。e)一些征象的描述:形象化地把某些病变的回声图像特征命名为某 征。“靶环征”、“驼峰征”、“平行管征”、“双 筒抡征”、“蝌蚪尾征”等。第四节、超声生物效应一、超 声 声 强 概 念对超声诊断设备的超声辐射,针对人体不同部位,规定了限定值 人体不同部位超声强度的限定值FDA(美国食品药品局)规定部限定值Isppa(W/cm2)Ispta(mw/cm2)Im(w/cm2)心脏1904 30310脉管190720310眼部2817
14、50胎儿19094310Isppa:空间峰值脉冲平均声强Ispta:空间峰值时间平均声强Im:最大声强度lob:真实声束声强国际电工委员会:IEC 1157-92规定lob 20 mw/cm2 月台儿Ispta 100 mw/cm2超出这些规定值应公布其声强输出,超声强度超出规定,将造成若干生物效应,如:育龄妇女早熟排卵,受孕率下降,胎儿体重减轻,产后儿童发育迟缓等。二、超声对生物体影响的作用原理1、空化作用:在液体中产生强超声时,会出现一种类似雾状的气泡,就如轮船 推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样,这就是空化作用。生物组织由于超 声空化作用而产生不能复原的破坏性形变,以至使细胞坏死和整
15、个生物组织坏死 2、热作用:生物组织在超声机械能作用下,由于沾滞吸收,将一部分超声能转 化为热能,使生物组织的温度上升。3、超声的生物作用:超声对组织器官的影响在强超声作用下,将使坐骨神经、脊髓、淋巴细胞、肝组织损伤。超声对细胞的影响超声诊断声强较强时对子宫癌HELA细胞,人羊膜的FK细胞,三个月胎儿脑组 织的胎生纤维细胞有影响。超声对染色体的影响超声诊断声强较强时,对白细胞、淋巴、成纤维细胞有影响超声对精子的影响强超声对精子活动力及受精卵易发生危害。三、超声诊断的安全因素:超声剂量(声强)的限定值 IsptavlOO mw/cm?超声照射时间:通常一次超声1020分钟超声波形的形态:脉冲占空
16、比为0.00L lus发射,1ms接受。第二章彩色多普勒基础第一节多普勒超声基础一、多普勒基本概念1多普勒窗声血端检测技术主要用于测量血流速度,确定血流方 向,确定血流种类:如,层流、射流等;获得速度、时间积分,压 差等有关血流的参数。2、多普勒方式表达血流速度的公式如下:c(土V=2cosQ f0式中C为声速(154 0m/s)f。:发射频率(已知)COSQ是血流与声束夹角的余弦函数,当相对固定时,则fd与流速 成正比,fd即影响流速值V。当多普勒入射角(Q)恒定时,频移fd仅决定于发射频率。对于某一定的fd,f越小,则可测的血流速度V就越大。欲测高速血 流,f。就应选择低频率的探头。当血流
17、速度保持恒定时,如:100 cm/s(以及恒定的f。和C),那影响fd的参数只有C0SQ,即频移的数值依赖于入射角的变化,而速度的数值与入射角无关。Q角改变的一般规律:a)当0。90。时,C0SQ为正值,即血流迎超声探头而来,频率增加,fd为正向频移。b)当90。Q2 fd,或 写成fl/2 PRF,1/2PRF称为尼套斯特频率极限,如果多普勒频移(或换算 为血流速度)超过这一极限,会产生频率失真,或频率混淆(折返)。所 以要测量高速血流,PRF必须快。2、脉冲重复频率与最大采样深度最大采样深度dmax二C/2 PRF如脉冲重复频率(PRF)愈高,两个脉冲间隔时间愈短,采样深度也愈小,反之则采
18、样深度愈大。3、出巨离测量与速度测量最大测量速度Vmax与最大深度/ax的关系为VmaxdmaxWC2/8f0(常数)所以 探测深度越深,则可测的速度范围便越小,两者互相抑约。4、距离分辨力与速度分辨力距离分辨力好(采样溶积小),则速度分辨力便低(频带愈宽),反之亦 然。一一速度和距离的测不准原理。第二节彩色血流显像一、彩超发展历史与临床应用1、1983年11月Aloka公司在世界范围内首次推出适用于临床的彩超SSD-880,从 此彩色血流显像技术实用化、商品化,这是彩色多普勒血流显像技术发展的起始 阶段首台彩色显像装置问世。2、1989年以后彩色多普勒血流显像仪在技术上,功能上都有了很大的突
19、破,多 数都可达到全身性应用检查,他们的设计原理大致相同,基本上都属检测多普勒 频移的范围。这是彩超技术发展的第二阶段一改进和提高阶段,在这段时间,彩超的临床应用得到很大的发展,成为超声医学的重要阶段一一彩色多普勒时代 3、1990年以来,重要特征是以数字化技术为代表,采用了许多与传统方式不同 的信息检测及波束形成技术,使彩超的性能有新的突破,图像质量有很大的提高 这是彩超发展的第三阶段由模拟数字混合处理到全数字化处理的发展阶段一 一即步入数字化时代。4、1996年后形成具有综合图像形成及处理功能的全数字一体化工作站的彩色血 流现显设备。它不仅有极佳的图像质量,同时有极强的处理功能,并向三维立
20、体 显像方向发展。这就是今口“彩超”的新面貌。“彩超”的发展已进入第四阶 段一一全数字化多功能信息化时代。二、彩色血流显像原理1、彩色多普勒是使用一种运动目标显示器一MTI 法,检测血细胞的动态信息,并根据血细胞的运 动方向、速度、分散情况,调配红、蓝、绿三基 色,变化其颜色亮度,叠加在二维灰阶图像上的 彩色血流图。MTI是彩色血流显像核心技术之一MTI的滤波特性好坏与彩色显像质量直接相关 从接受到的回声中,只分离出血流信号成分,而 滤去非血流信息(心室壁,瓣膜)。当用于TDI时 作用正相反。2、自相关技术也是彩超的重要技术之一。它用于分 析血流信号相位差,并将两个相邻的回声进行复数相 乘,再
21、经A/D转换成数字信号进行运算。多普勒信号属于随机信号。随机信号不服从确定 的规律,即便观察条件相同,各次察结果也不一样,根据过去已得知识不能准确预测其未来。这种信号的 特征只能通过统计结果来描述。如对同一位置的采样 线上的某一相同采样容积所获得的多普勒信息,必须 用一些统计量来描述它在不同时刻的特征的总的结果,即不同时刻信号取值的相互关系,这就是自相关函数。一般用均值,均方,方差和功率谱表征。为了形成二维彩色血流图,保证显像质量,每帧 图像应有32条采样线,每条采样线有256个采样点或 64条采样线,每条线上128个采样点。3、血流分散分散是表示血流的紊乱情况(显示红细胞速度,方向的分散情
22、况),当血流为层流时,红细胞以基本的恒定速度朝大致一样的方 向移动,当血流处于乱流状态时,红细胞的移动速度,方向皆不相 同,这就有必要显示“分散”,它正好对应于频谱多普勒的频带宽 度。频带窄=分散范围小,频带宽=分散范围大4、彩色显示经过MTI滤波器后测出的红细胞运动的动态信息,有方向、速度 分散三个因素组成(1)彩色血流的特点是:血流方向朝向探头,显示红色;血流方向背向探头,显示兰色;出现血流紊流时,以红蓝混合色表示当高速血流超过最大显示频率范围时,(尼奎斯特频率极限 将出现与PW频谱同样的折返现象。折返现象表现为几种色彩的套 叠,如同炽光的光焰色。(2)二维彩色血流图每帧采样点可达到64X
23、256或 32X512个,采样点多,能提高信噪比及敏感度,(3)彩色显像的角度范围一般从30。-90。选择,角度大则 成像速度降低,帧频下降;检查血流的深度与彩色显像帧 速度也有关,增加深度将减少帧数。所以彩色血流显像的帧速率与采样点数,角度大小,探测深度是相互制约的。在实际临床应用时注意到这点是 必要的。当其相互间的矛盾解决得越好,这说明该彩超设备的 技术水平越高,而彩色血流显像必须要保证一定的帧速度 率,最低可视帧频不能少于1012帧/秒。(4)在常规的PAL,NTSC制式的监视器显示中,必须和电 视同步扫描,超声显示的帧数必须是50的约数,否则即为 非同步扫描,将造成不稳定。5、彩色显像
24、的局限性:彩色显像与PW同样,存在类似的问题,显示深度受脉冲频率影响,减少脉冲频率最大速度又受影响,增加角度,每秒的成像速度也受影响。6、小结:(1)彩色血流显像的基本构成及工作流程应包括 由探头获取多普勒信息,经正交检波器,低通滤 波,A/D转换,并将A/D转换后形成的数字信号输 入到自相关器,计算出平均多普勒速度,血流分散 和平均功率后而得到血流速度,方向和湍流的有关 数据,进行彩色编码,并作彩色处理。(2)在一定角度范围内形成若干条采样线,每条 线上设置若干采样点,形成二维的彩色血流图后再 与二维灰阶图像叠加,构成一幅完整的彩色多普勒 血流图。(3)彩超仪器有多种专门显示血流的彩色标 尺
25、(Coler Bar或Coler map),常用的有速 度、方差、功率方式。(4)彩色血流显像可表示血流的存在,血流 速度和方向及血流性质等,属于间接转换的二 维显示方式。(5)彩色多普勒能量图(CDE),不受声束与 血流夹角的影响,不存在折返现象,它与血流 中红细胞的浓度(数量)有关,对于低速血流 灵敏度高,可更理想地显示血流的空间分布。CDE不能表达血流的速度和方向。第三节彩超、伪彩一、彩色基础1、在图像处理中应用彩色是由于人的眼睛能分辨几千种彩色色 调和强度。而人眼对灰度只有十几到二十级的分辨能力。2、我们从一个物体上察觉的颜色基本上决定于物体反射的性质。所有可见光都平衡反射时,则观察物
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