第四章醫用超聲診斷與治療儀器第四章學習目標掌握超聲成像的基本原理；掌握超聲診斷儀的基本組成和構造；掌握B超的工作原理的結構組成；熟悉超聲診斷儀的種類；了解超聲診斷儀的臨床應用范圍；第四章醫用超聲診斷與治療儀器學習目標掌握超聲成像的基本原理；第四章醫用超聲診斷與治療儀第一節超聲波的物理特性第一節超聲波的物理特性主要內容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3、超聲波在人體內傳播的參數4、超聲波的生物效應（安全性）主要內容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據其性質基本上分為兩大類：電磁波機械波電磁能量場的變化在空間的傳播過程無線電波、可見光和X線等，都是電磁波機械波是機械振動的機械力（機械能量）作用在連續彈性介質內的傳播過程聲波、水波和地震波等都是機械波一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據其性質基本上分為兩1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了。1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時，一場風暴過后，全船海員莫明其妙地死光；上述慘案，引起了科學家們的普遍關注，其中不少人還對船員的遇難原因進行了長期的研究。1、歷史事件第四章醫用超聲診斷與治療儀器1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的2、關于次聲

infrasonicwave

經過反復調查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”，是一種為人們所不很了解的次聲的聲波。

人體內臟固有的振動頻率和次聲頻率相近似（0.0001－20赫），倘若外來的次聲頻率與人體內臟的振動頻率相似或相同，就會引起人體內臟的"共振"，從而使人產生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等等一系列癥狀。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2、關于次聲

infrasonicwave人在連續介質中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz之間，則能使人產生聲音的感覺，這種波稱為聲波(soundwave)；若其頻率在10420Hz之間，則這種波稱為次聲波(infrasonicwave)；若其頻率在21045108Hz之間，則這種波稱為超聲波(supersonicwave)。第四章醫用超聲診斷與治療儀器在連續介質中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz～3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz～12000Hz。第四章醫用超聲診斷與治療儀器人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻理論上：頻率越高，波長越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫學超聲200kHz至40MHz之間（常用在1MHz到10MHz，波長在1.5mm至0.15mm）頻率范圍第四章醫用超聲診斷與治療儀器理論上：頻率越高，波長越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫學超（1）頻率：聲源在一秒中內振動的次數，記作f。單位為Hz。（3）波長：沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點間距離，記為λ，單位為m二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器（1）頻率：聲源在一秒中內振動的次數，記作f。單位為Hz。（（4）超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質中傳播的距離稱為聲速，記作c，單位為m/s。它的大小由媒質的性質所決定；與媒質的密度和彈性模量有關。在人體軟組織中傳播的平均聲速為1540ｍ／s頻率f、波長λ和聲速c三者之間的關系是:c=λf二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器（4）超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質中傳播的距離稱為聲介質名稱聲速(m/s)介質名稱聲速(m/s)空氣(0℃)322

腎臟1560

空氣(15℃)340

頭顱骨3360

石蠟油1420

羊水1550

生理鹽水(37℃)1532

晶狀體1474

人體軟組織(平均值)1540

玻璃體1641

血液1570

鞏膜1532

腦組織1540

鋼鐵1604

肌肉1568

鋁5300

脂肪1476

有機玻璃6400

肝臟1570

骨骼4620

超聲波在各種介質中的傳播速度介質名稱聲速(m/s)介質名稱聲速(m/s)空氣(0P:介質中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場某一點的單位時間內，垂直于傳播方向上單位面積產生平均超聲能量簡稱聲強(用I表)聲場中某一位置上的聲壓與該處質點振動速度之比定義為聲阻抗（Z)二、超聲波的物理特性聲壓聲強聲阻抗

超聲波聲場的三個物理量第四章醫用超聲診斷與治療儀器P:介質中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場某一點的單位時間超聲波在兩種介質組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質的聲阻抗密切相關

聲阻抗是表征介質聲學性質的重要物理量對于一定頻率的平面超聲聲波情況下，聲阻抗具有簡單的表達式Z=ρc

C—為聲速。Ρ—為介質密度媒質越硬，C值越高，聲特性阻抗越大。第四章醫用超聲診斷與治療儀器超聲波在兩種介質組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質的聲阻超聲診斷中常用的各種介質的聲特性阻抗表介質名稱密度(g/cm3)超聲縱波聲速（m/s）聲阻抗（×105瑞利）空氣（22℃）0.00118344

水（37℃）

0.993415230.000407生理鹽水（37℃）

1.00215341.513

石蠟油（33.5℃）0.83514201.186腦脊液1.00015221.522羊水1.01314741.493肝臟1.05015701.648肌肉1.07415681.684人體軟組織（平均值）1.01615001.524脂肪0.95514761.410晶狀體1.13616501.874顱骨1.65833605.570超聲診斷中常用的各種介質的聲特性阻抗表介質名稱密度(g/人體組織骨骼和礦物化后的組織氣體和充氣的肺液體和軟組織二、超聲波的物理特性由于這三類組織存在較大的阻抗差別，所以超聲成像診斷只能用于那些有液體和軟組織的區域第四章醫用超聲診斷與治療儀器人體組織骨骼和礦物化后的組織氣體和充氣的肺液體和軟組織二、超5、超聲波的束射（定向）性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴散周圍均能聽到聲音超聲波頻率很高，方向性強二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器5、超聲波的束射（定向）性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波第一介質第二介質入射波反射波透射波介質分界面任何媒質總有一個邊界，超聲波在非均勻性組織內傳播或從一種組織傳播到另一種組織，由于兩種介質聲阻抗不同（介質的密度和聲速不同）形成聲學界面聲學界面6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器第一介質第二介質入射波反射波透射波介質分界面任何媒質總有一個6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器聲阻抗差越大，反射就越強，折射就越小。聲阻抗差越小，折射就越強，反射就越小。6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲7、超聲波的衰減 ——超聲波在介質中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現象。二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器擴散衰減超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質的性質無關；散射衰減散射衰減與材質的晶粒密切相關；人體中的散射源是血液中的紅細胞和臟器內部的細微結構；吸收衰減超聲波在傳播時，由于介質的吸收，將聲能轉化為熱能，而使聲能減少；黏滯吸收；弛豫吸收；相對運動吸收；空化氣泡吸收；7、超聲波的衰減二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治超聲波的散射第四章醫用超聲診斷與治療儀器超聲波的散射第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器骨組織肌腱肝臟脂肪血液尿液超聲波在人體組織中的衰減程度大小二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器骨組織肌腱第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒效應 ——由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現象叫做多普勒效應。第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應(Dopplereffect)1、現象(1842年發現)：當汽車向你駛來時，感覺音調變高；當汽車離你遠去時，感覺音調變低。2、音調：由頻率決定，頻率越高音調越高，頻率越低音調越低。注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變化。第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒儀器上的換能器向人體內發射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法可以檢查心臟、血管、血液、瓣膜和胎心等的活動。臨床上應用多普勒效應:彩色多普勒超聲診斷系統第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒第四章醫用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒圖像第四章醫用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒圖像第二節超聲成像基本原理第二節超聲成像基本原理2.1醫學超聲成像的基本原理超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個典型的超聲回波應包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結構信息）。目前超聲診斷儀主要使用的是脈沖回波法原理；脈沖回波技術利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過檢測臟器界面的反射波，實現組織定位，并檢測其特性。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理超聲成像的信息主要由反射2.1醫學超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發射的瞬間，顯示器上光點垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過介質1，光點在顯示器上形成水平掃描線。(c)當超聲到達1、2介質的分界面上，一部分能量經界面反射，大部分能量通過界面繼續向前傳播；反射回聲到達探頭，換能器將回聲信號轉換為電信號，并成為顯示器垂直偏轉板的輸入信號，顯示器上顯示回聲信號脈沖；(d)由2、3介質分界面反射的回聲到達探頭，在顯示器上顯示出相應的脈沖。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發射的瞬間2.1醫學超聲成像的基本原理

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發射與接收是由同一換能器完成的，根據發射脈沖和回波脈沖的時間間隔T，計算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：

式中，c為介質中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理超聲診斷第三節醫用超聲診斷&治療儀器第三節四大影像診斷設備功能特點X線機X－CT磁共振同位素超聲成像

透視拍片

無創、無電離輻射斷層成像實時、動態形態、功能與定征設備價格便宜

結構形態血流測量組織定征斷層結構成像

設備簡單電離輻射影像重疊

斷層攝影電離輻射非實時

斷層攝影設備昂貴非實時

斷層攝影分辨力低放射性藥物

斷層結構代謝功能

代謝功能四大影像診斷設備功特X線機X－CT磁共振同位素超聲成像透視

超聲診斷儀器向人體內發射超聲能量，并接收人體組織反射和散射的回波信號，根據其所攜帶的有關人體信息，加以檢測、放大等處理，并顯示出來，為醫生提供診斷依據。超聲治療儀器向人體發射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產生的各種生物效應，對有疾病的組織起到治療作用。

其它超聲霧化設備超聲清洗設備超聲細胞粉碎設備第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.1醫用超聲儀器的種類超聲診斷儀器第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.1醫用超3.2超聲診斷儀器的基本構成第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成第四章醫用超聲診斷與治療振蕩器：即同步觸發信號發生器，產生控制系統工作的同步觸發脈沖，決定發射脈沖的重復頻率。發射器：受觸發后產生高壓電脈沖激勵超聲換能器。換能器：產生超聲脈沖，接收由目標形成的回波脈沖信號并轉換成電信號，送入回波信息處理系統。回波信息處理系統：由射頻信號接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處理超聲回波信息。顯示器：顯示圖象信息。掃描發生器：在振蕩器產生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩定。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成振蕩器：即同步觸發信號發生器，產生控制系統工作的同步觸發脈沖換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要工作原理是利用晶體的壓電效應。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差，這種現象稱為正壓電效應如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流如果對壓電材料施加電壓，它便會產生機械應力，這種現象稱為逆壓電效應如果電壓是一種高頻電信號，則產生的就是高頻機械振動的聲信號接收超聲波發射超聲波換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要工作原理是利用晶體的壓電常見超聲探頭常見超聲探頭第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件線陣換能器線陣換能器凸陣式扇形換能器凸陣式扇形換能器相控陣扇形換能器相控陣扇形換能器機械扇掃換能器機械扇掃換能器手術用超聲換能器手術用超聲換能器經直腸超聲換能器經直腸超聲換能器經陰道超聲換能器經陰道超聲換能器3.3超聲診斷儀的顯示型式

超聲診斷儀器按超聲回波信號顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲（AmplitudeMode）

A型顯示即幅度顯示，以回波信號的幅度表示界面反射的強弱，是一種幅度調制型儀器。反射強，振幅高反射弱，振幅低

特點：只能反映聲線方向上局部組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已基本淘汰。回聲以波形顯示第四章醫用超聲診斷與治療儀器回波強度探頭深度（時間）3.3超聲診斷儀的顯示型式超聲診斷儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（BrightnessMode）

在A型超聲診斷儀的工作基礎上，加上換能器的平面掃描，當換能器的位置逐漸改變時（或采用多元換能器），使顯示器上每一條時基線方向也相應地改變，則每條顯示線代表了產生回波的每一個界面的空間位置，從而構成一幅二維圖象。是一種輝度調制儀器。回聲以輝度顯示第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（Bright3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度調制儀器，顯示器上每個光點的亮度表示回波信號的幅度。按掃描方式分類，B超已經發展了四代，包括手動直線掃描、機械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。

B超圖像由不同亮度的像素構成，像素亮度由反射回聲的強弱所決定。黑色：沒有反射（體液、空氣）灰色：中等反射（組織）白色：反射較強（骨骼、軟組織）第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度3.3超聲診斷儀的顯示型式B超的臨床應用范圍在婦產科中的探測人體內部臟器的輪廓及其內部結構的探測表淺器官內部組織探測線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查；扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對心臟的檢查。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式B超的臨床應用范圍第四章第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（ConstantdepthMode）C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調制的二維切面圖象

，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C型顯象平面與B型顯象平面是相互垂直的，改變C型掃查深度，便可獲得若干不同深度的C型切面圖象。

第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（Consta3.3超聲診斷儀的顯示型式

C型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。如果使掃查面距探頭的深度發生變化，且掃查平面根據成像需要可設置為斜面、曲面，則構成了F型超聲。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式C型超聲成3.3超聲診斷儀的顯示型式

由于探頭位置固定，心臟有規律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發生節律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動圖。四、M型超聲（MotionMode）回聲以時間曲線顯示

M型超聲診斷儀采用輝度調制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運動，垂直掃描線上的各點將發生位置上的變動，定時地采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式由于探頭位置固定，3.3超聲診斷儀的顯示型式M型超聲診斷儀基本原理結構圖第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式M型超聲診斷儀基本原理結構3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（MotionMode）

它可視為一種持殊的B型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉。主要適用于對肛門、直腸內腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。P型超聲示意圖

六、D型超聲（DopplerMode）超聲的多普勒效應，顯示人體內部運動器官的運動狀態。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（Motion3.3超聲診斷儀的顯示型式七、彩色多普勒血流成像系統（彩超）彩色多普勒血流成像系統（通常稱為彩超）是一種能同時顯示B型圖像和多普勒血流數據（血流方向、流速、流速分布）的雙重超聲掃描系統，可以得到彩色多普勒血流圖.第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式七、彩色多普勒血流成像系統3.3超聲診斷儀的顯示型式八、三維超聲成像系統三維超聲圖像的重建及實時顯示技術，三維超聲成像方法有散焦鏡法、計算機輔助成像和實時超聲束跟蹤技術。第四章醫用超聲診斷與治療儀器三維超聲胎兒成像25周三維超聲胎兒成像28周

3.3超聲診斷儀的顯示型式八、三維超聲成像系統三維超3.4超聲診斷儀的掃查方式

為形成一幅二維圖象，換能器要與人體之間作相對運動，或聲線的位置與方向要按一定規律改變，以獲得不同位置不同方向上的回聲信號（回聲線），這一過程稱為掃查。波束方向的改變，可以機械方式改變換能器位置或發射方向，也可以電子方式控制換能器陣列的工作狀態來實現。一、簡單掃查 ——各聲線在探查區內不相交線掃線掃：換能器作橫向平移，線距均勻，但視場的橫向尺寸由換能器移動距離所限制，縱向尺寸由超聲波穿透深度所限制。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式為形成一幅二3.4超聲診斷儀的掃查方式扇掃弧掃徑掃扇掃：換能器在被檢查目前的上方作擺動，聲線不均勻，近距離處密度大，遠處稀疏。優點是可通過狹小的窗口檢查待查部位，如通過肋骨之間的間隙檢查心臟。弧掃：聲線與扇掃相反。徑掃：（P型超聲）第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式扇掃弧掃徑掃扇掃：換3.4超聲診斷儀的掃查方式二、機械掃查與電子掃查1.

機械掃查：借助電動機帶動換能器擺動或者轉動，同時利用位置傳感器連續地檢測換能器地瞬時取向，并產生位置信號，使顯示器的掃描線有相應的取向。擺動式扇掃B超儀探頭利用直流電機或步進電機驅動，通過凸輪、曲柄、連桿機構將電機的旋轉運動轉換為往返擺動，從而帶動單個晶體換能器在一定角度(30°～90°之間)范圍內產生扇形超聲掃描。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式二、機械掃查與電子掃查13.4超聲診斷儀的掃查方式?旋轉式扇掃B超儀采用4個（或3個）性能相同的換能器，等角度安放在一個圓形轉輪上，馬達帶動轉輪旋轉，每個換能器靠近收/發窗口時開始發射和接收超聲波,各換能器交替工作。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式?旋轉式扇掃B超儀第四章3.4超聲診斷儀的掃查方式2.

電子掃查：用電子方式控制多元換能器的工作狀態，主要有兩種工作方式：線陣、相控陣。線陣：由開關控制器控制每個振元，使其輪流工作。相控陣：工作時所有的振元被同時激勵，通過控制加到各個振元上激勵信號的相位（控制延時）來改變超聲波的發射方向。Time第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式2.電子掃查：用電子方式控3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式

按超聲探頭與被查者皮膚接觸與否，掃查方式可分為直接耦合式與水路耦合式。直接接觸式：超聲波通過探頭與人體皮膚間的耦合層直接向人體入射。具有聲程短、穿透深度可達最大；可取探頭與皮膚垂直的方向，取比較有利的檢測角度。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式水路耦合式：探頭與皮膚之間用一定厚度的水或者其它液體作耦合劑。其特點：探頭與皮膚不直接接觸，因此換能器大小不受限制，宜采用直徑較大，聚焦較強的換能器，提高分辨率；如果配合多元換能器，容易實現簡單和復合掃查結合；較容易實現自動化；容易對人體表面彎曲厲害的部位及直接接觸不易耦合到的部位進行掃查。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式耦合劑：耦合劑是一種由新一代水性高分子凝膠組成的醫用產品。使用超聲耦合劑的目的首先是充填接觸面之間的微小空隙，不使這些空隙間的微量空氣影響超聲的穿透；其次是通過耦合劑“過渡”作用，使探頭與皮膚之間的聲阻抗差減小，從而減小超聲能量在此界面的反射損失。另外，還起到“潤滑”作用，減小探頭面與皮膚之間的摩擦，使探頭能靈活的滑動探查。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式三、直接接觸式與水路耦合式3.4超聲診斷儀的掃查方式四、實時成像與非實時成像實時成像（動態成像）：實時地顯示組織與器官的圖象，對于掃查運動器官非常重要，要求頻幀25幀/s以上。非實時成像（靜態成像）：凡是采用手動方式移動換能器來移動掃查聲線的只能是靜態成像。按成像速度分第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.4超聲診斷儀的掃查方式四、實時成像與非實時成像腎臟腎臟心臟心臟胎兒的脊椎胎兒的脊椎胼胝體動脈胼胝體動脈心臟動態血流圖心臟動態血流圖三維動態超聲圖像三維動態超聲圖像第四章醫用超聲診斷與治療儀器第四章學習目標掌握超聲成像的基本原理；掌握超聲診斷儀的基本組成和構造；掌握B超的工作原理的結構組成；熟悉超聲診斷儀的種類；了解超聲診斷儀的臨床應用范圍；第四章醫用超聲診斷與治療儀器學習目標掌握超聲成像的基本原理；第四章醫用超聲診斷與治療儀第一節超聲波的物理特性第一節超聲波的物理特性主要內容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3、超聲波在人體內傳播的參數4、超聲波的生物效應（安全性）主要內容1、什么是聲波和超聲波2、人體組織傳播超聲波的特征3一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據其性質基本上分為兩大類：電磁波機械波電磁能量場的變化在空間的傳播過程無線電波、可見光和X線等，都是電磁波機械波是機械振動的機械力（機械能量）作用在連續彈性介質內的傳播過程聲波、水波和地震波等都是機械波一、聲波和超聲波自然界有各種各樣的波，根據其性質基本上分為兩1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了。1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時，一場風暴過后，全船海員莫明其妙地死光；上述慘案，引起了科學家們的普遍關注，其中不少人還對船員的遇難原因進行了長期的研究。1、歷史事件第四章醫用超聲診斷與治療儀器1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的2、關于次聲

infrasonicwave

經過反復調查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”，是一種為人們所不很了解的次聲的聲波。

人體內臟固有的振動頻率和次聲頻率相近似（0.0001－20赫），倘若外來的次聲頻率與人體內臟的振動頻率相似或相同，就會引起人體內臟的"共振"，從而使人產生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等等一系列癥狀。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2、關于次聲

infrasonicwave人在連續介質中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz之間，則能使人產生聲音的感覺，這種波稱為聲波(soundwave)；若其頻率在10420Hz之間，則這種波稱為次聲波(infrasonicwave)；若其頻率在21045108Hz之間，則這種波稱為超聲波(supersonicwave)。第四章醫用超聲診斷與治療儀器在連續介質中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz～3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz～12000Hz。第四章醫用超聲診斷與治療儀器人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻理論上：頻率越高，波長越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫學超聲200kHz至40MHz之間（常用在1MHz到10MHz，波長在1.5mm至0.15mm）頻率范圍第四章醫用超聲診斷與治療儀器理論上：頻率越高，波長越短，超聲診斷的分辨率越好。3、醫學超（1）頻率：聲源在一秒中內振動的次數，記作f。單位為Hz。（3）波長：沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點間距離，記為λ，單位為m二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器（1）頻率：聲源在一秒中內振動的次數，記作f。單位為Hz。（（4）超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質中傳播的距離稱為聲速，記作c，單位為m/s。它的大小由媒質的性質所決定；與媒質的密度和彈性模量有關。在人體軟組織中傳播的平均聲速為1540ｍ／s頻率f、波長λ和聲速c三者之間的關系是:c=λf二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器（4）超聲波的傳播速度：超聲波每秒鐘在介質中傳播的距離稱為聲介質名稱聲速(m/s)介質名稱聲速(m/s)空氣(0℃)322

腎臟1560

空氣(15℃)340

頭顱骨3360

石蠟油1420

羊水1550

生理鹽水(37℃)1532

晶狀體1474

人體軟組織(平均值)1540

玻璃體1641

血液1570

鞏膜1532

腦組織1540

鋼鐵1604

肌肉1568

鋁5300

脂肪1476

有機玻璃6400

肝臟1570

骨骼4620

超聲波在各種介質中的傳播速度介質名稱聲速(m/s)介質名稱聲速(m/s)空氣(0P:介質中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場某一點的單位時間內，垂直于傳播方向上單位面積產生平均超聲能量簡稱聲強(用I表)聲場中某一位置上的聲壓與該處質點振動速度之比定義為聲阻抗（Z)二、超聲波的物理特性聲壓聲強聲阻抗

超聲波聲場的三個物理量第四章醫用超聲診斷與治療儀器P:介質中超聲波的壓力與靜壓力之差.超聲聲場某一點的單位時間超聲波在兩種介質組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質的聲阻抗密切相關

聲阻抗是表征介質聲學性質的重要物理量對于一定頻率的平面超聲聲波情況下，聲阻抗具有簡單的表達式Z=ρc

C—為聲速。Ρ—為介質密度媒質越硬，C值越高，聲特性阻抗越大。第四章醫用超聲診斷與治療儀器超聲波在兩種介質組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質的聲阻超聲診斷中常用的各種介質的聲特性阻抗表介質名稱密度(g/cm3)超聲縱波聲速（m/s）聲阻抗（×105瑞利）空氣（22℃）0.00118344

水（37℃）

0.993415230.000407生理鹽水（37℃）

1.00215341.513

石蠟油（33.5℃）0.83514201.186腦脊液1.00015221.522羊水1.01314741.493肝臟1.05015701.648肌肉1.07415681.684人體軟組織（平均值）1.01615001.524脂肪0.95514761.410晶狀體1.13616501.874顱骨1.65833605.570超聲診斷中常用的各種介質的聲特性阻抗表介質名稱密度(g/人體組織骨骼和礦物化后的組織氣體和充氣的肺液體和軟組織二、超聲波的物理特性由于這三類組織存在較大的阻抗差別，所以超聲成像診斷只能用于那些有液體和軟組織的區域第四章醫用超聲診斷與治療儀器人體組織骨骼和礦物化后的組織氣體和充氣的肺液體和軟組織二、超5、超聲波的束射（定向）性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴散周圍均能聽到聲音超聲波頻率很高，方向性強二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器5、超聲波的束射（定向）性人耳可感受的聲音是無指向性的球面波第一介質第二介質入射波反射波透射波介質分界面任何媒質總有一個邊界，超聲波在非均勻性組織內傳播或從一種組織傳播到另一種組織，由于兩種介質聲阻抗不同（介質的密度和聲速不同）形成聲學界面聲學界面6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器第一介質第二介質入射波反射波透射波介質分界面任何媒質總有一個6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器聲阻抗差越大，反射就越強，折射就越小。聲阻抗差越小，折射就越強，反射就越小。6、超聲波的反射與折射二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲7、超聲波的衰減 ——超聲波在介質中傳播時，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現象。二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器擴散衰減超聲波的擴散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質的性質無關；散射衰減散射衰減與材質的晶粒密切相關；人體中的散射源是血液中的紅細胞和臟器內部的細微結構；吸收衰減超聲波在傳播時，由于介質的吸收，將聲能轉化為熱能，而使聲能減少；黏滯吸收；弛豫吸收；相對運動吸收；空化氣泡吸收；7、超聲波的衰減二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治超聲波的散射第四章醫用超聲診斷與治療儀器超聲波的散射第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器骨組織肌腱肝臟脂肪血液尿液超聲波在人體組織中的衰減程度大小二、超聲波的物理特性第四章醫用超聲診斷與治療儀器骨組織肌腱第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒效應 ——由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率變化的現象叫做多普勒效應。第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性8、多普勒第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應(Dopplereffect)1、現象(1842年發現)：當汽車向你駛來時，感覺音調變高；當汽車離你遠去時，感覺音調變低。2、音調：由頻率決定，頻率越高音調越高，頻率越低音調越低。注意：頻率由聲源決定，實際頻率并沒有變化。第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性多普勒效應第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒儀器上的換能器向人體內發射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法可以檢查心臟、血管、血液、瓣膜和胎心等的活動。臨床上應用多普勒效應:彩色多普勒超聲診斷系統第四章醫用超聲診斷與治療儀器二、超聲波的物理特性超聲多普勒第四章醫用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒圖像第四章醫用超聲診斷與治療儀器心臟瓣膜&血管超聲多普勒圖像第二節超聲成像基本原理第二節超聲成像基本原理2.1醫學超聲成像的基本原理超聲成像的信息主要由反射回波和散射回波所攜帶，一個典型的超聲回波應包含大界面的反射回波（位置信息）與小粒子的散射回波（結構信息）。目前超聲診斷儀主要使用的是脈沖回波法原理；脈沖回波技術利用人體組織的不均勻性而引起的反射作用，通過檢測臟器界面的反射波，實現組織定位，并檢測其特性。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理超聲成像的信息主要由反射2.1醫學超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發射的瞬間，顯示器上光點垂直偏移。(b)超聲脈沖以恒定速度通過介質1，光點在顯示器上形成水平掃描線。(c)當超聲到達1、2介質的分界面上，一部分能量經界面反射，大部分能量通過界面繼續向前傳播；反射回聲到達探頭，換能器將回聲信號轉換為電信號，并成為顯示器垂直偏轉板的輸入信號，顯示器上顯示回聲信號脈沖；(d)由2、3介質分界面反射的回聲到達探頭，在顯示器上顯示出相應的脈沖。第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理(a)超聲脈沖發射的瞬間2.1醫學超聲成像的基本原理

超聲診斷儀器中，一般脈沖超聲的發射與接收是由同一換能器完成的，根據發射脈沖和回波脈沖的時間間隔T，計算出反射界面與換能器（聲源）之間的距離：

式中，c為介質中的波速，生物體中除骨骼外，聲速相差不大，因此在工程計算中通常取其平均值1540m/sA型超聲成像波形圖第四章醫用超聲診斷與治療儀器2.1醫學超聲成像的基本原理超聲診斷第三節醫用超聲診斷&治療儀器第三節四大影像診斷設備功能特點X線機X－CT磁共振同位素超聲成像

透視拍片

無創、無電離輻射斷層成像實時、動態形態、功能與定征設備價格便宜

結構形態血流測量組織定征斷層結構成像

設備簡單電離輻射影像重疊

斷層攝影電離輻射非實時

斷層攝影設備昂貴非實時

斷層攝影分辨力低放射性藥物

斷層結構代謝功能

代謝功能四大影像診斷設備功特X線機X－CT磁共振同位素超聲成像透視

超聲診斷儀器向人體內發射超聲能量，并接收人體組織反射和散射的回波信號，根據其所攜帶的有關人體信息，加以檢測、放大等處理，并顯示出來，為醫生提供診斷依據。超聲治療儀器向人體發射一定功率的超聲能量，利用其與生物組織相互作用產生的各種生物效應，對有疾病的組織起到治療作用。

其它超聲霧化設備超聲清洗設備超聲細胞粉碎設備第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.1醫用超聲儀器的種類超聲診斷儀器第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.1醫用超3.2超聲診斷儀器的基本構成第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成第四章醫用超聲診斷與治療振蕩器：即同步觸發信號發生器，產生控制系統工作的同步觸發脈沖，決定發射脈沖的重復頻率。發射器：受觸發后產生高壓電脈沖激勵超聲換能器。換能器：產生超聲脈沖，接收由目標形成的回波脈沖信號并轉換成電信號，送入回波信息處理系統。回波信息處理系統：由射頻信號接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，處理超聲回波信息。顯示器：顯示圖象信息。掃描發生器：在振蕩器產生的同步脈沖控制下，輸出掃描信號給顯示器，使顯示器上顯示的超聲回聲圖穩定。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成振蕩器：即同步觸發信號發生器，產生控制系統工作的同步觸發脈沖換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要工作原理是利用晶體的壓電效應。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.2超聲診斷儀器的基本構成如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差，這種現象稱為正壓電效應如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流如果對壓電材料施加電壓，它便會產生機械應力，這種現象稱為逆壓電效應如果電壓是一種高頻電信號，則產生的就是高頻機械振動的聲信號接收超聲波發射超聲波換能器是超聲儀器中的重要部件。其主要工作原理是利用晶體的壓電常見超聲探頭常見超聲探頭第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件線陣換能器線陣換能器凸陣式扇形換能器凸陣式扇形換能器相控陣扇形換能器相控陣扇形換能器機械扇掃換能器機械扇掃換能器手術用超聲換能器手術用超聲換能器經直腸超聲換能器經直腸超聲換能器經陰道超聲換能器經陰道超聲換能器3.3超聲診斷儀的顯示型式

超聲診斷儀器按超聲回波信號顯示型式的不同，主要可分為A型超聲、B型超聲、C型超聲、M型超聲及P型超聲。一、A型超聲（AmplitudeMode）

A型顯示即幅度顯示，以回波信號的幅度表示界面反射的強弱，是一種幅度調制型儀器。反射強，振幅高反射弱，振幅低

特點：只能反映聲線方向上局部組織的回波信息，不能獲得臨床解剖圖，已基本淘汰。回聲以波形顯示第四章醫用超聲診斷與治療儀器回波強度探頭深度（時間）3.3超聲診斷儀的顯示型式超聲診斷儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（BrightnessMode）

在A型超聲診斷儀的工作基礎上，加上換能器的平面掃描，當換能器的位置逐漸改變時（或采用多元換能器），使顯示器上每一條時基線方向也相應地改變，則每條顯示線代表了產生回波的每一個界面的空間位置，從而構成一幅二維圖象。是一種輝度調制儀器。回聲以輝度顯示第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式二、B型超聲（Bright3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度調制儀器，顯示器上每個光點的亮度表示回波信號的幅度。按掃描方式分類，B超已經發展了四代，包括手動直線掃描、機械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。

B超圖像由不同亮度的像素構成，像素亮度由反射回聲的強弱所決定。黑色：沒有反射（體液、空氣）灰色：中等反射（組織）白色：反射較強（骨骼、軟組織）第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式B型超聲診斷儀器是一種輝度3.3超聲診斷儀的顯示型式B超的臨床應用范圍在婦產科中的探測人體內部臟器的輪廓及其內部結構的探測表淺器官內部組織探測線掃式斷層B型超聲波診斷儀適用于觀察腹部臟器，如對肝、膽、脾、腎、子宮的檢查；扇掃斷層B型超聲波診斷儀適用于對心臟的檢查。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式B超的臨床應用范圍第四章第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件第四章_醫用超聲診斷與治療儀器課件3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（ConstantdepthMode）C型超聲與B超一樣都顯示的是輝度調制的二維切面圖象

，但與B超不同，其顯示的平面是垂直于聲線的平面。C型顯象平面與B型顯象平面是相互垂直的，改變C型掃查深度，便可獲得若干不同深度的C型切面圖象。

第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式三、C型超聲（Consta3.3超聲診斷儀的顯示型式

C型超聲成像過程中，掃查平面距探頭的深度是不變的。如果使掃查面距探頭的深度發生變化，且掃查平面根據成像需要可設置為斜面、曲面，則構成了F型超聲。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式C型超聲成3.3超聲診斷儀的顯示型式

由于探頭位置固定，心臟有規律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發生節律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織的回聲展開成曲線，即為M型超聲心動圖。四、M型超聲（MotionMode）回聲以時間曲線顯示

M型超聲診斷儀采用輝度調制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運動，垂直掃描線上的各點將發生位置上的變動，定時地采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式由于探頭位置固定，3.3超聲診斷儀的顯示型式M型超聲診斷儀基本原理結構圖第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式M型超聲診斷儀基本原理結構3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（MotionMode）

它可視為一種持殊的B型超聲，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉。主要適用于對肛門、直腸內腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。P型超聲示意圖

六、D型超聲（DopplerMode）超聲的多普勒效應，顯示人體內部運動器官的運動狀態。第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式五、P型超聲（Motion3.3超聲診斷儀的顯示型式七、彩色多普勒血流成像系統（彩超）彩色多普勒血流成像系統（通常稱為彩超）是一種能同時顯示B型圖像和多普勒血流數據（血流方向、流速、流速分布）的雙重超聲掃描系統，可以得到彩色多普勒血流圖.第四章醫用超聲診斷與治療儀器3.3超聲診斷儀的顯示型式七、彩色多普勒血流成像系統3.3超聲診斷儀的顯示型式八、三維超聲成像系統三維超聲圖像的重建