超声成像的物理原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业医学影像技术专业超声诊断学超声诊断学CAI课件课件第二章第二章 超声成像物理原理超声成像物理原理 山东医学高等专科学校山东医学高等专科学校 徐笑敏徐笑敏第1页教学目标教学目标1.掌握超声定义、特征及产生机制2.掌握超声传输中频率、声速、波长三者之间关系3.熟悉生物组织对入射声束作用 4.熟悉入射超声对生物组织作用 5.了解超声诊疗安全性及注意事项 第2页第一节 超声成像物理基础一、定义一、定义 1.1.超声超声 是一个机械波，其频率在20千赫兹以上。2 2.医学诊疗用超声医学诊疗用超声 频率在2.210兆赫兹范围超声。3.3.超声特征超声特征 超声波可在气体、液体、固体等介质中传输 超声波能够传递很强能量 超声波在传输过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象 超声波在液体介质中传输时，会在界面产生冲击和空化现象 第3页第一节 超声成像物理基础二、超声产生与接收二、超声产生与接收 1.1.压电效应压电效应 是电能与声能相互转换过程。2.超声产生超声产生 电场作用到特定材料两端引发振动，在周围介质中传输形成超声，是逆压电效应过程。3.超声接收超声接收 声场作用到特定材料两端产生电位差，经过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。第4页第一节 超声成像物理基础 4.4.压电材料压电材料 能够产生压电效应材料。无机材料 主要包含钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。有机材料 主要由聚偏氟乙烯（PVDF）组成，材料声阻抗与人体靠近。混合材料 由压电陶瓷和有机压电材料混合组成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器。第5页第一节 超声成像物理基础 5.5.换能器换能器（探头）结构 面材、压电材料、背材，关键是压电材料。种类 体表检验用探头；手术用探头；体腔检验用探头。第6页第一节 超声成像物理基础三、超声传输三、超声传输 1.1.传输速度传输速度（c）由传输介质决定，不一样人体组织器官声速不一样，平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2.超声频率超声频率（f）由探头中压电材料决定，在2.210兆赫兹范围。3.超声波长超声波长（）超声波长与声速和频率满足关系式：第7页第一节 超声成像物理基础四、超声声束空间分布四、超声声束空间分布 1.1.声束声束 在一个有限立体角内传输超声。2.声轴声轴 声束中心线。3.近程区近程区 靠近探头区域，声束等宽 4.远程区远程区 远离探头区域，声束发散第8页第一节 超声成像物理基础v 超声声束空间分布示意图第9页第二节 超声与生物组织间相互作用一、生物组织对入射超声作用一、生物组织对入射超声作用 （一）两个基本概念（一）两个基本概念 声特征阻抗 介质密度()与声速(c)乘积，不一样组织声特征阻抗不一样。界面 两种含有不一样声阻抗介质接触面。大界面：界面尺寸大于超声波长 小界面：界面尺寸小于超声波长第10页第二节 超声与生物组织间相互作用 （二）反射与折射（二）反射与折射 入射声束与大界面作用入射声束与大界面作用 三个条件 方向、截面、角度 全反射 两种介质声速关系 入射角度 界 面 反 射 信 号 是 声 像 图 主 要 组 成 部 分第11页第二节 超声与生物组织间相互作用 （三）散射（三）散射 入射声束与小界面作用入射声束与小界面作用 散射回声强度低 （四）绕射（四）绕射 入入射射声声束束与与界界面面（界界面面尺尺寸寸与与超超声声波波长长大大小相当）作用小相当）作用 绕射使入射声束发生方向偏转第12页第二节 超声与生物组织间相互作用 （五）衰减（五）衰减 因为组织对超声吸收造成声能减小。因为组织对超声吸收造成声能减小。不一样组织，吸收系数不一样，衰减程度不一样；相同组织，入射深度越大，衰减越大；相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。第13页第二节 超声与生物组织间相互作用二、入射超声对生物组织作用二、入射超声对生物组织作用 1.1.超声生物效应超声生物效应 当当一一定定剂剂量量超超声声波波在在生生物物体体内内传传输输时时，经经过过超超声声与与生生物物组组织织相相互互作作用用，能能够够引引发发生生物物体体功效、结构或状态改变功效、结构或状态改变 2.2.热机制热机制 超声声能转换成生物组织热能超声声能转换成生物组织热能第14页第二节 超声与生物组织间相互作用 3.3.机械机制机械机制 超声声能转换成生物组织机械能超声声能转换成生物组织机械能 4.4.空化机制空化机制 超声声能使生物组织中气泡活性改变超声声能使生物组织中气泡活性改变v 低声强长时间作用以热机制为主低声强长时间作用以热机制为主v 高声强短时间作用以空化机制为主高声强短时间作用以空化机制为主第15页第二节 超声与生物组织间相互作用三、超声诊疗安全性及注意事项三、超声诊疗安全性及注意事项 1.1.超声强度计算方式超声强度计算方式 空间平均时间平均；空间平均时间平均；空间峰值时间平均；空间峰值时间平均；为多个国家和组织采取为多个国家和组织采取 空间平均时间峰值；空间平均时间峰值；空间峰值时间峰值。空间峰值时间峰值。2.2.安全声强（美国安全声强（美国FDAFDA，我国超声标准化委员会推荐），我国超声标准化委员会推荐）空间峰值时间平均声强：小于空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米第16页第二节 超声与生物组织间相互作用 3.3.超声探测安全性（世界卫生组织提议）超声探测安全性（世界卫生组织提议）(1)(1)只只有有在在医医学学上上含含有有明明确确理理由由时时，才才对对人人体体使使用诊疗超声；用诊疗超声；(2)(2)以以商商业业显显示示和和取取得得试试验验图图像像为为目目标标时时，不不应应把超声用于辐照人体，尤其是辐照孕妇；把超声用于辐照人体，尤其是辐照孕妇；(3)(3)在在确确保保取取得得良良好好图图像像质质量量和和取取得得必必要要诊诊疗疗信信息前提下，应使超声诊疗设备输出强度尽可能小。息前提下，应使超声诊疗设备输出强度尽可能小。第17页第二节 超声与生物组织间相互作用 4.4.超声探测应遵照标准超声探测应遵照标准v在明确诊疗目标情况下，应主动使用超声诊疗技在明确诊疗目标情况下，应主动使用超声诊疗技术。术。v在超声诊疗过程中，必须坚持最小剂量标准。即在超声诊疗过程中，必须坚持最小剂量标准。即在确保取得必要诊疗信息前提下，应采取最小超在确保取得必要诊疗信息前提下，应采取最小超声强度和最短辐照时间。声强度和最短辐照时间。v拒绝一切与诊疗无关胎儿超声显像。拒绝一切与诊疗无关胎儿超声显像。v对早孕胚胎不做或少做超声探测，对对早孕胚胎不做或少做超声探测，对3 3个月以上胎个月以上胎儿定时超声探测时，应控制在儿定时超声探测时，应控制在3 35 5分钟之内完成。分钟之内完成。第18页第二节 超声与生物组织间相互作用 5.5.超声探测注意事项超声探测注意事项v成人超声探测成人超声探测 颅脑检验时颅脑检验时 每一固定切面连续检验时间控制在每一固定切面连续检验时间控制在2 2分钟以内；分钟以内；眼球检验时眼球检验时 每一固定切面连续检验时间不应超出半分钟；每一固定切面连续检验时间不应超出半分钟；卵巢、睾丸检验时卵巢、睾丸检验时 每一固定切面连续检验时间不应超出每一固定切面连续检验时间不应超出1 1分钟。分钟。第19页第二节 超声与生物组织间相互作用v产科超声探测产科超声探测 对不足对不足3 3个月早孕孕妇个月早孕孕妇 尽可能不用超声进行常规检验；尽可能不用超声进行常规检验；对于有习惯性流产或已经有先兆流产症状者对于有习惯性流产或已经有先兆流产症状者 3 3个月内不提议做超声探测。必须要进行超声探个月内不提议做超声探测。必须要进行超声探测时，应控制每一固定切面检验连续时间在测时，应控制每一固定切面检验连续时间在1 1分钟分钟以内；以内；对对3 3个月以上胎儿个月以上胎儿 在脑、心、眼、脊髓等脏器检验时，每一固定在脑、心、眼、脊髓等脏器检验时，每一固定切面连续时间不应超出切面连续时间不应超出2 2分钟，其它脏器可适当延分钟，其它脏器可适当延长检验时间。检验时应不停移动探头。长检验时间。检验时应不停移动探头。第20页第二节 超声与生物组织间相互作用v新生儿超声探测新生儿超声探测 作颅脑检验时作颅脑检验时 每一固定切面连续检验时间不应超出每一固定切面连续检验时间不应超出1 1分钟；分钟；作心脏检验时作心脏检验时 每一固定切面连续检验时间不应超出每一固定切面连续检验时间不应超出2 2分钟。分钟。第21页v本章思索题1.什么是超声探测？超声探测中换能器是怎样工作？2.生物组织对入射超声有哪些主要作用？3.超声对生物组织有什么作用？4.超声探测应遵照标准和注意事项是什么？第22页高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业医学影像技术专业超声诊断学超声诊断学CAI课件课件第23页