超聲基礎(chǔ)理論一、超聲技術(shù)發(fā)展史：19世紀(jì)末，20世紀(jì)初，相繼發(fā)現(xiàn)正、負(fù)壓電效應(yīng)。1912年，英國(guó)TITANIC號(hào)客輪撞冰山沉沒(méi)，數(shù)千人喪生，釀驚世慘案。1914-1918年，第一次世界大戰(zhàn)，德國(guó)潛艇猖狂，盟國(guó)損失慘重?！?921年，聲吶（SoundNavigationandRanging,簡(jiǎn)稱SONAR）用于探測(cè)水下潛艇。1928年，出現(xiàn)超聲金屬探傷技術(shù)，頻率達(dá)MHz級(jí)，波長(zhǎng)僅mm級(jí)。使聲波方向性好，探測(cè)精確。40年代，探傷技術(shù)用于醫(yī)學(xué)，制成A型超聲診斷儀。50年代，相繼制成M型超聲心動(dòng)圖儀，連續(xù)波超聲多普勒診斷儀。壓電陶瓷換能器開(kāi)始應(yīng)用。超聲發(fā)展概況60年代，超聲技術(shù)日益完善，1967年制成實(shí)時(shí)B型超聲成象儀。70年代，大規(guī)模集成電路、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了超聲技術(shù)的發(fā)展。特別是B型超聲成象，DSC和DSP的出現(xiàn)，使之達(dá)到功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、圖象質(zhì)量好的新水平。80年代，持續(xù)發(fā)展。1980年，美國(guó)臨床超聲成象儀數(shù)量超過(guò)X射線機(jī)，結(jié)束X射線機(jī)統(tǒng)治圖像診斷近百年歷史。宣稱進(jìn)入“醫(yī)學(xué)超聲年”。雙功超聲診斷儀、彩色超聲血流圖儀、介入式超聲、全數(shù)字電腦超聲顯象、超聲三維成象等相斷推出。90年代，探頭技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)日益成熟，超聲成象向多樣化發(fā)展。高端機(jī)型功能強(qiáng)大、圖像清晰；低端機(jī)型結(jié)構(gòu)小巧，操作方便，價(jià)格低廉。超聲發(fā)展概況六、中國(guó)超聲技術(shù)發(fā)展史。1958年，A型超聲診斷儀在上海誕生。1959～1961年，簡(jiǎn)單的超聲多普勒儀、超聲顯像儀和超聲心動(dòng)圖儀也在上海相斷研制成功。60年代中～70年代中，因“文革”停滯。70年代中后期，M型超聲診斷儀、連續(xù)波多普勒超聲診斷儀、電子線陣式、電子相控陣式、機(jī)械扇掃式B型超聲診斷儀相繼制成。80年代，開(kāi)放引進(jìn)使技術(shù)快速發(fā)展，雙功超聲診斷儀、彩色超聲血流圖儀等相斷制成。同時(shí)，中、低檔機(jī)型產(chǎn)銷增長(zhǎng)迅速。90年代，中外合資、外商獨(dú)資企業(yè)大量涌現(xiàn)，產(chǎn)品緊跟世界先進(jìn)水平。超聲發(fā)展概況超聲的醫(yī)學(xué)應(yīng)用診斷影像類A型(Amplitude)B型(Brightness)C型(CrossSection)D型(Doppler)M型(Motion)F型(Flexible)T型(Tomography)診斷其它類胎兒監(jiān)護(hù)骨密度測(cè)量治療超聲霧化超聲清洗超聲碎石超聲手術(shù)超聲理療超聲刀超聲診斷儀數(shù)字黑白超聲數(shù)字彩色超聲超聲診斷儀翻蓋便攜式電子凸陣全數(shù)字便攜式超聲超聲診斷儀全數(shù)字便攜式超聲胃腸彩色超聲儀器超聲診斷儀彩色經(jīng)顱多普勒超聲診斷儀超聲治療儀超聲治療儀返回目錄超聲的成像特點(diǎn)(1)超聲波為非電離輻射，在診斷用功率范圍內(nèi)對(duì)人體無(wú)傷害，可經(jīng)常性地反復(fù)使用。(2)超聲波對(duì)軟組織的鑒別力較高，在對(duì)軟組織疾患診斷時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。(3)超聲成像儀器使用方便、價(jià)格便宜。超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像超聲影像目前的發(fā)展趨勢(shì)1組織鑒別生物組織是由脂肪、蛋白質(zhì)、水等多種成分組成的復(fù)雜介質(zhì)，其超聲特性也很復(fù)雜，表現(xiàn)多樣。新型的聲參數(shù)成像主要有三類：彈性成像聲傳播參數(shù)成像聲的非線性參數(shù)成像。

非線性聲參數(shù)成像也一直比較引人注意。在外力聲泵的作用下，組織的微結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，據(jù)此獲得的非線性參數(shù)Ｂ/Ａ、相移參數(shù)Ｎ′等，均已證明與組織的硬度、組織的纖維化以及腫瘤的性質(zhì)有直接的關(guān)系。利用它們進(jìn)行成像，必然有獨(dú)特的性能。

目前的發(fā)展趨勢(shì)2.超聲圖像在高分辨率和高速成像利用信號(hào)處理技術(shù)使小腫瘤能早期發(fā)現(xiàn)；利用相干成像技術(shù)，通過(guò)聲束成形和相位矯正獲得優(yōu)質(zhì)的圖像；多道、多束或多頻技術(shù)的應(yīng)用，可分別提高圖像的分辨力，提高幀頻或抑制旁瓣；兩維陣列超聲探頭的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)超聲的兩維聚焦以提高圖像的質(zhì)量，而且可以用于實(shí)時(shí)的三維成像；高頻高分辨力探頭使血管腔內(nèi)超聲應(yīng)用得到發(fā)展及超聲衍射偽像的校正等。

1)相干圖像技術(shù)回波信息中含有振幅和相位的信息，通常使用的超聲成像技術(shù)只利用了振幅的信息，而丟失了相位的信息。高頻技術(shù)的超聲儀器則應(yīng)用了相位的信息。要利用接收波束的相位信息，必須保證波束的相干性，采用專門的方法校正波束間的相干性，使同一目標(biāo)在不同波束中的相位是一致的。依靠波束的相干性，可以用不同的線性迭加得到不同的組合波束。它們都可達(dá)到提高空間分辨力的效果。同時(shí)每次激發(fā)可以產(chǎn)生兩條組合波束，因此時(shí)間分辨力也提高1倍。2）數(shù)字波束形成器數(shù)字波束形成器的關(guān)鍵在于:(1)將發(fā)射聚焦，接收聚焦的延遲線數(shù)字化，并將周圍硬件設(shè)計(jì)成專用集成電路。(2)時(shí)間型迭加聚焦比常規(guī)的模擬延遲迭加聚焦更為準(zhǔn)確。這就要求發(fā)射電路使用特殊的函數(shù)激勵(lì)。其他的數(shù)字波束也有相應(yīng)的優(yōu)越性，如PZT零階Bessell十環(huán)陣非衍射探頭就可以實(shí)現(xiàn)全程聚焦。它可以克服多焦區(qū)迭加成像所帶來(lái)的幀頻降低(即時(shí)間分辨力降低)的缺點(diǎn)。但波束的旁瓣比較大，為克服該缺陷，則采用非對(duì)稱波束激勵(lì)，并將接收回波波束用電子學(xué)方法旋轉(zhuǎn)90°，可以有效減弱旁瓣的效應(yīng)。3)超聲探頭工藝的改進(jìn)超聲探頭向著高密集、小曲率、高頻率和兩維等方面發(fā)展，微電子的工藝是其中的關(guān)鍵。高密集的探頭陣元數(shù)達(dá)256個(gè)。高頻率的探頭包括：50ＭＨｚ的多普勒探頭45ＭＨｚ的血管內(nèi)成像探頭和100～200ＭＨｚ的皮膚成像探頭等。兩維的探頭，其目前的陣元數(shù)為128×8。4)腔內(nèi)和血管內(nèi)超聲成像體表超聲診斷已有將近50年的歷史，介入性的超聲技術(shù)雖僅為20年，在臨床卻已不斷推廣。如利用超聲內(nèi)窺鏡檢查消化道的疾病，可以發(fā)現(xiàn)消化道壁后的病變(這是光學(xué)纖維內(nèi)窺鏡所無(wú)法看到的)。又如心血管腔內(nèi)的超聲成像，利用導(dǎo)管將超聲換能器插入血管，定性、定量分析管壁斑塊，鑒別管內(nèi)血栓。由于深入器官，可以采用高頻率的超聲顯像，從而獲得高的圖像分辨率。它們和體表超聲成像系統(tǒng)相比，主要區(qū)別在于采用特殊的超聲探頭，即小型化，甚至微型化的探頭，其中微馬達(dá)技術(shù)是個(gè)關(guān)鍵。

目前的發(fā)展趨勢(shì)3.流速測(cè)量技術(shù)的改進(jìn)這部分包括血流兩維速度矢量場(chǎng)和血流向量的測(cè)量，血流流線在Ｂ型超聲中的混合顯示；利用窄帶自相關(guān)方法跟蹤斑紋噪聲測(cè)量血流流速，測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確；用寬帶聲束，相關(guān)處理可以改善空間的定位；應(yīng)用抗迭混方法提高脈沖多普勒技術(shù)測(cè)量血流速度的上限；通過(guò)對(duì)功率譜的自動(dòng)識(shí)別，診斷血管疾病如血栓等；血流彩色編碼成像有速度型，加速度型，和功率型等，功率型與諧波多普勒的結(jié)合，可以提高血流的測(cè)量靈敏度，擺脫測(cè)量對(duì)角度的依賴，提高對(duì)低速血流的測(cè)量能力。4.一些新的領(lǐng)域1)高頻超聲成像技術(shù)高頻超聲成像技術(shù)的應(yīng)用將大大提高圖像的分辨力。常規(guī)Ｂ型超聲成像技術(shù)其超聲工作頻率在2～10ＭＨｚ，目前研究并開(kāi)始臨床應(yīng)用的血管內(nèi)超聲成像技術(shù)，其工作頻率高達(dá)20～40ＭＨｚ，而40ＭＨｚ～100ＭＨｚ的超聲成像才被稱為高頻超聲或超聲后散射顯微鏡(ＵＢＭ)，可以用在皮膚的成像，以及眼部、軟骨、管狀動(dòng)脈內(nèi)的成像等等。人體內(nèi)臟器官的癥狀往往在淺表皮層得到表現(xiàn)，這就加大了超聲皮膚成像的應(yīng)用價(jià)值。

2)超聲造影劑的研究和應(yīng)用超聲造影劑從物理形態(tài)上可以分為:(1)含有自由氣泡的液體。(2)含有包膜氣泡的液體。(3)含有懸浮顆粒的膠狀體。(4)乳劑。(5)水溶液。由于造影劑的散射截面要比同樣大小的固體粒子大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以使背向散射的信號(hào)大大增強(qiáng)。造影劑的這種作用，可以突出感興趣區(qū)域的圖像，改善圖像的信噪比，從而便于醫(yī)學(xué)診斷。血液中存在造影劑后，人體中小血管的血流可以得到顯示。由于正常組織和腫瘤對(duì)某種造影劑的反應(yīng)存在差異，利用造影劑可以提高對(duì)腫瘤的檢出率。早期曾用的含自由氣泡的液體，例如含ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等現(xiàn)在已經(jīng)淘汰，這是由于氣泡的穩(wěn)定性不夠。目前研究者趨于采用有穩(wěn)定包膜氣泡的液體。研究氣泡更穩(wěn)定，大小可控制，對(duì)人體無(wú)害，易排出，且有良好造影作用的超聲造影劑，是這方面研究的一個(gè)重要方向。

3)超聲治療(1)超聲熱療是個(gè)有發(fā)展前途的領(lǐng)域，聚焦的超聲把能量集中在腫瘤區(qū)域，加上腫瘤區(qū)域散熱不良從而導(dǎo)致熱量的積累，可以達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的。但關(guān)鍵是要解決好活體的無(wú)損溫度測(cè)量技術(shù)。(2)超聲外科手術(shù)是超聲治療的重要形式，它主要利用超聲空化和強(qiáng)烈的機(jī)械效應(yīng)來(lái)切斷、破壞生物組織。用超聲手術(shù)刀進(jìn)行外科手術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確而又省力地切割組織，具有止血、無(wú)感染等優(yōu)點(diǎn)，而且刀頭的溫度并不高。(3)超聲可以引導(dǎo)穿刺進(jìn)行活檢、引流，也可以進(jìn)行治療。例如超聲引導(dǎo)下對(duì)腫瘤的介入治療，直接注入藥物，以治療腫瘤。

4)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在超聲中應(yīng)用利用現(xiàn)有的Ｂ型超聲成像設(shè)備獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)三維數(shù)字成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲的虛擬探查(左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上下反轉(zhuǎn)等)，例如乳腺腫瘤的三維重建和虛擬顯示，可以作為手術(shù)方案的技術(shù)支持；骨關(guān)節(jié)的三維重建和虛擬顯示，可以作為康復(fù)方案的技術(shù)支持。這方面的研究也會(huì)進(jìn)一步深入。

5)計(jì)算機(jī)化的超聲成像技術(shù)目前已成功應(yīng)用的方面有:計(jì)算機(jī)的聲束控制技術(shù)，以PC機(jī)為平臺(tái)構(gòu)成的超聲掃描儀(超聲診斷儀)，PACS和超聲的遠(yuǎn)程技術(shù)，包括超聲數(shù)據(jù)(圖像)的遠(yuǎn)程傳輸和遠(yuǎn)程控制超聲掃描等?計(jì)算機(jī)技術(shù)與超聲圖像的最新結(jié)合是采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像，讓用戶使用時(shí)感到十分方便；系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)的控制功能由屏上的游標(biāo)或手觸摸屏選擇，有多種語(yǔ)言可供選擇；系統(tǒng)與DICOM、PACS、和其他remotescanning系統(tǒng)相兼容?可以預(yù)見(jiàn)，計(jì)算機(jī)化超聲成像這個(gè)趨勢(shì)將越來(lái)越深入和廣泛?目前的發(fā)展趨勢(shì)5.一些基礎(chǔ)性研究這方面的研究包括:超聲散射元的信號(hào)仿真，利用血液動(dòng)力學(xué)中的一些現(xiàn)象總結(jié)成一些近似方法，例如動(dòng)量守恒法、近似等速表面積法計(jì)算血流流量，仿真和測(cè)量血管中的湍流、渦流及其頻譜特征等。總之，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)，醫(yī)學(xué)超聲將會(huì)繼續(xù)有較大的發(fā)展，并在醫(yī)學(xué)臨床診斷領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

一、超聲波的定義及特征:超聲波的定義：超聲波是聲波的一種，是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播；頻率在16-20000赫（Herz）的聲波人耳可以聽(tīng)到稱為可聞聲波；頻率高于20000赫的聲波，人耳聽(tīng)不到稱為超聲波。超聲波和聲波一樣，也是一種機(jī)械波。超聲波亦有縱波和橫波之分。超聲波與普通聲波特性相比：

1、頻率高、波長(zhǎng)短

2、由超聲波所引起的媒質(zhì)微粒的振動(dòng)即使振幅小，但加速度大，可產(chǎn)生很大的能量。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)超聲換能器壓電效應(yīng)PiezoelectricEffect逆壓電效應(yīng)ConversePiezoelectricEffect超聲波治療探頭工業(yè)用超聲波探頭

壓電陶瓷片診斷用B型超聲波探頭基本概念換能器——是把一種能量轉(zhuǎn)化為另一種能量的設(shè)備，我們主要是聲換能器，即把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或聲能，或者相反。產(chǎn)生超聲波的裝置分為兩類：機(jī)械方式電氣方式1.壓電效應(yīng)PiezoelectricEffect1880年法國(guó)物理學(xué)家居里兄弟(PaulJacquis

和PierreCurie)首先發(fā)現(xiàn)結(jié)晶物質(zhì)具有壓電現(xiàn)象(Piezoelectricity)。1881年李普曼(G.Lipmann)根據(jù)熱力學(xué)概念預(yù)言壓電現(xiàn)象是可逆的，同年居里兄弟證實(shí)了壓電效應(yīng)的可逆性，即逆壓電現(xiàn)象壓電體未收外力時(shí)，兩側(cè)不帶電荷壓電體受到壓縮力兩側(cè)帶電荷壓電體受到拉力兩側(cè)帶電荷（與B相反）正壓電效應(yīng)（directpiezoelectriceffect)在某些晶體的一定方向上，受到應(yīng)力（拉力或壓力）而形變時(shí)，在晶體的兩個(gè)受力界面上，引起內(nèi)部介質(zhì)正負(fù)電荷中心相對(duì)位移，從而產(chǎn)生符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與所施加的外力成正比例，這種由于機(jī)械力的作用而激起電介質(zhì)晶體表面電荷的效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)（DirectPiezoelectricEffect)壓電體兩側(cè)加電場(chǎng)時(shí)，長(zhǎng)度伸展壓電體兩側(cè)加與（d）相反電場(chǎng)時(shí)，長(zhǎng)度壓縮逆壓電效應(yīng)（conversepiezoelectriceffect)如果在晶體表面沿著電軸方向施加電壓，則由于電場(chǎng)作用，引起內(nèi)部電介質(zhì)正負(fù)電荷中心相對(duì)位移（受到電場(chǎng)拉曳而分離），而這一極化位移又導(dǎo)致晶體的幾何形變這種相反的壓電效應(yīng)，稱為逆壓電效應(yīng)（conversepiezoelectriceffect)。三、超聲的發(fā)生和接收的原理

1、超聲的發(fā)生是利用逆壓電效應(yīng)的原理，而超聲的接收是利用正壓效應(yīng)的原理。超聲診斷儀的探頭里安裝著具有壓電效應(yīng)性質(zhì)的晶體片，由主機(jī)發(fā)生高頻交電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與晶體壓電軸方法一致，壓電晶片沿一定方向發(fā)生壓縮和拉伸，當(dāng)交變電流在20KHz以上時(shí)即產(chǎn)生超聲，這種現(xiàn)象為逆壓電效應(yīng)，當(dāng)有回聲時(shí)，作用致電晶體片上，則晶體片上產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)為正壓電效應(yīng)。

2、超聲在介質(zhì)中傳播的過(guò)程中，遇到不同聲阻抗的界面，反射回來(lái)的聲能到達(dá)壓電晶片。根據(jù)正壓電效應(yīng)的原理，回聲的機(jī)械能變?yōu)殡娔?，主機(jī)再將其轉(zhuǎn)變的電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，放大在熒光屏上顯示出來(lái)。

a、當(dāng)電信號(hào)顯示為振幅高低不同的波型時(shí)即為A型超聲診斷法。

b、顯示為點(diǎn)狀回聲掃描時(shí)即為M型超聲診斷法。

C、顯示輝度不同的點(diǎn)狀回聲進(jìn)而組成圖象時(shí)即為B型超聲診斷法。

d、顯示超聲的多普勒（Doppler）效應(yīng)所產(chǎn)生的差頻時(shí)即為D型超聲診斷法;以上也分別為超聲示波、超聲點(diǎn)狀回聲掃描、超聲顯象和超聲頻移等診斷法。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)四、超聲波的表示方法：質(zhì)點(diǎn)的位移

α=Asinωt質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度

V=ωAcosωt=Vmcosωt質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度

b=-ω2Asinωt=-Bsinωt（了解質(zhì)點(diǎn)往返運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)五、超聲波的物理量

1、聲速：振動(dòng)狀態(tài)（即位相）在單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離稱為波速，也稱之相速。其波速為：

G為媒質(zhì)的切變彈性模量和楊氏彈性模量、

為介質(zhì)的密度。（在液體和氣體中只能傳播縱波）注：聲波的傳遞過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量的傳遞過(guò)程超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)2、周期和頻率波的周期：一個(gè)完整波形通過(guò)介質(zhì)中某固定點(diǎn)所需的時(shí)間叫作周期，用T表示。波的頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)介質(zhì)中某固定點(diǎn)完整波的數(shù)目叫作頻率，用f表示。T=2π/ω=1/f3、波長(zhǎng)：同一波線上相鄰的位相差為2

的兩質(zhì)點(diǎn)的距離。

λ=Tu=u/f

波長(zhǎng)既決定于介質(zhì)的性質(zhì)u，也決定于波源的頻率f或周期T4、聲壓縱波在彈性媒質(zhì)內(nèi)傳播過(guò)程中，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)是隨時(shí)間變化的，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的密度時(shí)疏時(shí)密，從而使平衡區(qū)的壓力時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，結(jié)果導(dǎo)致有波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)（Pw）與無(wú)波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)（Po）之間有一定額壓強(qiáng)差（Pw-Po），這一波動(dòng)壓強(qiáng)稱為聲壓。5、聲強(qiáng)聲強(qiáng)即是聲音強(qiáng)度的簡(jiǎn)稱，它代表聲音能量的多少。聲學(xué)中，聲強(qiáng)是指單位時(shí)間(單位時(shí)間是指1秒鐘），聲音通過(guò)垂直于聲音傳播方向單位面積(單位面積是指1平方厘米）的聲能量，它的度量單位是瓦／米2，符號(hào)W／m2

6、聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)：（1）數(shù)量級(jí)表示法N=A/A0

單位：倍稱N為A相對(duì)于A0的倍數(shù)。常在已知A0時(shí)以N表示A的數(shù)量但當(dāng)A>>A0時(shí)，N很大。更簡(jiǎn)明地，可表示為：LA=1gN=1g(A/A0)單位：貝爾(B)

又因N＜10時(shí)，LA＜1，故常表示為：LA=101gN=101g(A/A0)單位：分貝(dB)稱LA為：A相對(duì)于A0的數(shù)量級(jí)，A0為A的參考值。可見(jiàn)，使用數(shù)量級(jí)時(shí)，必須指出參考值的大小。A/A0125101001000100001000001g(A/A0)00.30.712345101g(A/A0)0371020304050超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)(2)聲強(qiáng)級(jí)（LI）

LI=101g(I/I0)分貝（dB）稱LI為：I相對(duì)于I0的聲強(qiáng)級(jí)，I0為I的參考值。（3）聲壓級(jí)（LP）由I=P2/ρC，I0=P02/ρC可得：LI=101g（I/I0）=101g(P2/P02)=201g(P/P0)分貝（dB）定義：LP=201g(P/P0)分貝（dB）稱LP為：P相對(duì)于P0的聲壓級(jí)，P0為P的參考值。（4）說(shuō)明：

①對(duì)同一聲波量，相對(duì)于同一參考聲波量，恒有LI=LP

；

②超聲診斷儀回波信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍L0=101g(Iman/Imin)>100dB,即：Iman/Imin=1010(100億)倍，或Pman/Pmin=105(10萬(wàn))倍。

③如未指明參考聲強(qiáng)，默認(rèn)值I0=10-16W/cm2,這是當(dāng)f=1kHz時(shí)，人耳能聽(tīng)覺(jué)的最小聲強(qiáng)，國(guó)際通用。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)6、聲阻抗率介質(zhì)的密度與超聲在介質(zhì)中傳播速度的乘積稱聲阻抗率。聲阻抗率值一般為固體>液>氣體。ZS=P/v=ρC

超聲在密度均勻的介質(zhì)中傳播，不產(chǎn)生反射和散射。當(dāng)通過(guò)聲阻抗不同的介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的交界面上產(chǎn)生反射與折射或散射與繞射。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)六、超聲的傳輸與衰減1、波的疊加原理：在兩列波重疊的區(qū)域里，任何一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的總位移，等于兩列波分別引起的位移的矢量和。2、反射、折射與透射：凡超聲束所遇界面的直徑大于超聲波波長(zhǎng)（稱大界面）時(shí)，產(chǎn)生反射與折射。成角入射，反射角等于入射角，反射聲束與入射聲束方向相反（圖A）。垂直入射時(shí)，產(chǎn)生垂直反射與透射（圖B）。反射聲強(qiáng)取決于兩介質(zhì)的聲阻差異及入射角的大小。垂直入射時(shí)，反射聲強(qiáng)最大。反射聲能愈強(qiáng)則折射或透射聲能愈弱。進(jìn)入第二介質(zhì)的超聲繼續(xù)往前傳播，遇不同聲阻抗的介質(zhì)時(shí)，再產(chǎn)生反射，依次類推，被檢測(cè)的物體密度越不均勻，界面越多，則產(chǎn)生的反射也愈多。

A：成角入射時(shí)反射與折射。B：垂直入射時(shí)反射與透射超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)反射系數(shù)=反射超聲能量/入射超聲能量聲壓反射系數(shù)：聲壓透射系數(shù)：聲強(qiáng)反射系數(shù)：聲強(qiáng)透射系數(shù)：超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)超聲垂直入射時(shí)：在空氣——軟組織交界面上，聲強(qiáng)反射系數(shù)為0.9989。在軟組織——顱骨交界面上，聲強(qiáng)反射系數(shù)為0.32。這就是說(shuō)：在這兩種界面上，有99.9%和32%的超聲能量被反射回來(lái)。這就是為什么超聲診斷儀不能檢查含氣體的臟器及對(duì)頭顱檢查困難的原因。超聲診斷儀檢查時(shí)超聲波通路上必須避開(kāi)骨和空氣。3、超聲衰減：超聲在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，聲強(qiáng)逐漸減弱，這種現(xiàn)象稱為超聲的衰減。引起衰竭的主要原因是介質(zhì)對(duì)超聲的吸收（粘滯吸收及熱傳導(dǎo)吸收）。超聲頻率愈高，介質(zhì)的吸收愈多；其次為能量的分散如反射、折射、散射等。使原傳播方向上的能量逐漸減弱。注：在電路用時(shí)間增益來(lái)補(bǔ)賞超聲傳播過(guò)程中的衰減，也就是TGC電路

超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)超聲場(chǎng)特性：超聲在介質(zhì)內(nèi)傳播的過(guò)程中，明顯受到超聲振動(dòng)影響的區(qū)域稱超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長(zhǎng)，則所發(fā)射的超聲波能量集中成束狀向前傳播，這現(xiàn)象稱為超聲的束射性（或稱指向性）。換能器近側(cè)的超聲波束寬度與聲源直徑相近似，平行而不擴(kuò)散，近似平面波，該區(qū)域稱近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲強(qiáng)分布不均勻。近場(chǎng)區(qū)以外的聲波以某一角度擴(kuò)散稱遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。該區(qū)聲波近似球面向外擴(kuò)散，聲強(qiáng)分布均勻，但逐漸減弱，換能器的頻率愈高，直徑愈大，則超聲束的指向性越好、其能量越集中。近場(chǎng)距離，遠(yuǎn)場(chǎng)擴(kuò)散角與換能直徑及頻率的關(guān)系如公式所示：L0=r2f/Csinθ=1.22λ/D

式中L0為近場(chǎng)距離，r為換能器半徑，f為頻率，C為聲速、θ為半擴(kuò)散角、D為換能器直徑，λ為超聲波波長(zhǎng)。

L0近場(chǎng)區(qū)θ半擴(kuò)散角D聲源直徑超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)八、多普勒效應(yīng)：聲源和接收體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體在單位時(shí)間內(nèi)收到的振動(dòng)次數(shù)（頻率），除聲源發(fā)出者外，還由于接收體向前運(yùn)動(dòng)而多接收到（距離/波長(zhǎng)個(gè)）振動(dòng)，即收到的頻率增加了。相反，聲源和接收體作背離運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體收到的頻率就減少，這種頻率增加和減少的現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)超聲多普勒：利用多普勒效應(yīng)原理檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體。當(dāng)發(fā)射超聲傳入人體某一血液流動(dòng)區(qū)，被紅細(xì)胞散射返回探頭，回聲信號(hào)的頻率可增可減，朝向探頭運(yùn)動(dòng)的血流，探頭接收到的頻率較發(fā)射頻率增高，背離探頭的血流則頻率減低。接收頻率與發(fā)射頻率之差稱多普勒頻移或差頻。多普勒頻移（fd）與發(fā)射頻率（fo）、血流速度（V）、超聲束與血流間夾角（θ）的余弦成正比，與聲速（C）成反比，公式為：fd=±2v/λ=±2v/Cfo

fd=±2v．cosθ/CfoV=fdC/2fo．cosθ

式中fd、cosθ儀器均可顯示，fo及C為已知，可以計(jì)算出V。聲束與血流方向平行時(shí)可記錄到最大血流速度，聲束與血流方向垂直時(shí)則測(cè)不到血流信號(hào)。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)

目前常用的超聲多普勒有連續(xù)波多普勒（CWD）、脈沖波多普勒（PWD）及彩色多普勒（CDFI）。（1）連續(xù)波多普勒以頻譜顯示，可單獨(dú)使用，亦可與二維超聲心動(dòng)圖結(jié)合。接收取樣線經(jīng)過(guò)部位上所有頻移信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)為可以測(cè)定高速血流，常用于測(cè)定心臟瓣口狹窄或返流的高速血流。缺點(diǎn)為不能區(qū)分信號(hào)來(lái)源深度。（2）脈沖波多普勒亦以頻譜顯示，與二維超聲相結(jié)合，可以選擇心臟或血管內(nèi)任一部位的小容積血流顯示血流實(shí)時(shí)頻譜，頻譜可顯示血流方向（朝向探頭的血流在基線上，背離探頭的血流在基線下），血流性質(zhì)（正常的層流呈空窗型如圖14-1-5，湍流則呈充填型如圖15-1-6），血流速度（頻譜上信號(hào)的振幅）、血流持續(xù)時(shí)間（橫座標(biāo)顯示時(shí)間）?？晒┒ㄐ浴⒍糠治?。其特點(diǎn)為所測(cè)血流速度受探測(cè)深度及發(fā)射頻率等因素限制。通常不能測(cè)高速血流。（3）彩色多普勒：脈沖多普勒原理，在心臟或血管內(nèi)多線、多點(diǎn)取樣，回聲經(jīng)處理后進(jìn)行彩色編碼，顯示血流速度剖面圖，以紅色代表朝向探頭的血流、蘭色代表背離探頭的血流、與二維超聲心動(dòng)圖套疊顯示，可直觀地顯示心臟或血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)及血流信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像，信息最大，敏感性高，并可引導(dǎo)脈沖或連續(xù)多普勒取樣部位，進(jìn)行定量分析。超聲診斷的聲學(xué)基礎(chǔ)B超的基本原理與性能指標(biāo)一、超聲診斷儀的分類：

①按圖像信息的獲取方法分類反射法超聲診斷儀：超聲波在通過(guò)不同的聲阻抗組織的界面時(shí)發(fā)生較強(qiáng)的反射

多普勒法超聲診斷儀：是基于超聲傳播的多普勒效應(yīng)工作透射法超聲診斷儀：渴望實(shí)現(xiàn)超聲全息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像，目前尚處于研制中，未達(dá)到臨床應(yīng)用的水平。

②按圖像信息顯示的成像方式分類

A型:幅度調(diào)制（Amplitudemodulation）回波顯示，在顯示屏幕上以橫坐標(biāo)代表測(cè)物體的深度，縱坐標(biāo)代表回放脈沖的幅度。

M型:輝度調(diào)制時(shí)基顯示。

B型:通過(guò)機(jī)械或電子方法改變探頭角度，實(shí)現(xiàn)了超聲波束指向（方位）的快速變化（相當(dāng)于改變A超探頭的位置），使每隔一定小角度，被探測(cè)方向上不同深度的所有界面的反射回波，都以亮點(diǎn)（灰度）的形式顯在對(duì)應(yīng)的掃描線上，從而形成一幅由探頭擺動(dòng)方向決定的垂直扇面二維超聲斷層圖像，即扇掃斷層圖像，或稱剖面圖。

P型:使探頭做圓周運(yùn)動(dòng),探頭叫徑向掃描探頭。

BP型:使探頭做直線掃查和圓周掃查相結(jié)合。

C型:固定延時(shí)選通接收——等深度平面或圓柱面

F型:函數(shù)延時(shí)選通接收——函數(shù)深度斜面或曲面除A型和M型外，其它均屬于廣義的B型顯示；

B超的基本原理與性能指標(biāo)一、A式顯示

1、定義：A式顯示：Amplitudemodulationdisplay——幅度調(diào)制顯示幅度調(diào)制：顯示波幅度∝界面回波強(qiáng)度。2、CRT信號(hào)及顯示屏各軸的意義A式顯示水平(X)垂直（Y）亮度（Z）CRT各控制軸信號(hào)深度掃描信號(hào)回波脈沖信號(hào)正程增輝信號(hào)顯示屏各軸意義探測(cè)深度回波脈沖幅度無(wú)3、適用部位：肝、膽、脾、眼、腎、子宮、腦中隔等。

B超的基本原理與性能指標(biāo)二、M式顯示

1、定義：M式顯示即：Time-Motion或Motionmodedisplay—運(yùn)動(dòng)時(shí)間（模式）顯示。即：運(yùn)動(dòng)界面的深度位置，按時(shí)間順序顯示。

2、CRT信號(hào)及顯示屏各軸的意義M式顯示水平（X）垂直（Y）亮度（Z）CRT各控制軸信號(hào)時(shí)間掃描信號(hào)深度掃描信號(hào)回波脈沖信號(hào)顯示屏各軸意義探測(cè)時(shí)間探測(cè)深度回波脈沖幅度3、適和部位：心臟、胎心、動(dòng)脈血管等運(yùn)動(dòng)臟器。由于主要探查心血管系統(tǒng)的心源性搏動(dòng)，故也稱：超聲心動(dòng)圖。B超的基本原理與性能指標(biāo)三、B式顯示

1、定義：B式顯示即：Brightnessmodulaiondisplay—輝（亮）度調(diào)制顯示。輝（亮）度調(diào)制：顯示點(diǎn)輝（亮）度∝界面回波強(qiáng)度。

2、特點(diǎn)：聲束位置不斷變化—掃查，顯示光跡同步掃描，由輝（亮）度調(diào)制，得到回波強(qiáng)度斷面象。

3、CRT信號(hào)及顯示屏各軸的意義B式顯示水平（X）垂直（Y）亮度（Z）CRT各控制軸信號(hào)橫向位置信號(hào)縱向位置信號(hào)回波脈沖信號(hào)顯示屏各軸意義橫向位置縱向位置回波脈沖幅度B超的基本原理與性能指標(biāo)四、P式顯示：

1、定義：P式顯示即——平面位置顯示。

2、特點(diǎn)：探頭徑向旋轉(zhuǎn)掃查，CRT光跡同步徑向旋轉(zhuǎn)掃查，回波信號(hào)調(diào)制顯示光點(diǎn)亮度，故也屬B型的一種。3、意義：探頭插入體內(nèi)掃查。4、適用部位：食道、直腸、陰道、尿道及手術(shù)切口。B超的基本原理與性能指標(biāo)五、C式、F式顯示

1、定義：

C型:固定延時(shí)選通接收——等深度平面或圓柱面

F型:函數(shù)延時(shí)選通接收——函數(shù)深度斜面或曲面

2、特點(diǎn)：延時(shí)選通接收：脈沖發(fā)射始，延時(shí)一定時(shí)間后，短時(shí)開(kāi)通接收器，取瞬間回波信號(hào)。B超的基本原理與性能指標(biāo)4、B式、C式成像平面區(qū)別：

C式成像平面屬于B式，但成像平面不同：

B式——聲線所在平面

C式——垂直于聲線所在平面3、CRT信號(hào)及顯示屏各軸的意義C式顯示水平（X）垂直（Y）亮度（Z）CRT各控制軸信號(hào)橫向X位置信號(hào)橫向Y位置信號(hào)定深回波信號(hào)顯示屏各軸意義橫向X位置橫向Y位置定深回波信號(hào)超聲探頭的類別①按診斷部位分類：眼科、心臟、腹部、顱腦、腔內(nèi)和兒童探頭等；②按應(yīng)用方式分類：有體外、體內(nèi)、穿刺活檢探頭；超聲探頭的類別③按探頭中換能器所用振元數(shù)目分類：?jiǎn)卧筋^、多元探頭；④按波束控制方式分類：線掃探頭、相控陣探頭、機(jī)械扇掃探頭和方陣(容積)探頭等；⑤按探頭的幾何形狀分類(這是一種慣用的分類方法)：則有矩形探頭、柱形探頭、弧形探頭(又稱凸形)、圓形探頭等。柱形單振元探頭柱形單振元探頭主要用于A超和M超，又稱筆桿式探頭。目前在經(jīng)顱多普勒（TCD）及胎心監(jiān)護(hù)儀器中亦用此探頭。它是各型超聲成像儀用探頭的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。它主要由5部分組成：①壓電晶體②墊襯吸聲材料用于衰減并吸收壓電振子背向輻射的超聲能量一般為環(huán)氧樹(shù)脂加鎢粉，或鐵氧體粉加橡膠粉配合而成③聲學(xué)絕緣層防止超聲傳至探頭外殼引起反射，造成對(duì)信號(hào)的干擾④外殼⑤保護(hù)層防磨損，保護(hù)層應(yīng)該選擇衰減系數(shù)低并耐磨的材料聲阻抗應(yīng)接近人體組織的聲阻，其厚度應(yīng)為λ/4機(jī)械扇掃超聲探頭機(jī)械扇形掃描超聲探頭配用于扇掃式B型超聲診斷儀它是依靠機(jī)械傳動(dòng)方式帶動(dòng)傳感器往復(fù)搖擺或連續(xù)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)扇形掃描的利用機(jī)械掃描實(shí)現(xiàn)超聲影像的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，是70年代后期才趨于成熟的一項(xiàng)技術(shù)。開(kāi)始時(shí)掃描線數(shù)較少，掃描角度也不大，掃描線的間隔角度的均勻性亦差，而且探頭的體積和重量都較大，操作使用十分不便。比如早期的機(jī)械扇掃探頭的重量達(dá)0.6kg以上，且掃描角度僅30°。隨著技術(shù)的進(jìn)步，到80年代中期，機(jī)械扇掃超聲換能器的產(chǎn)品性能日趨改善，重量可以做到0.2kg以下，掃描幀頻約30幀/s，掃描角度達(dá)85°，而且掃描線的均勻性也大大改善。這不僅給操作使用帶來(lái)了方便，而且使機(jī)械扇掃超聲影像的質(zhì)量獲得明顯的提高。機(jī)械扇掃探頭除換能器聲學(xué)特性的基本要求之外，還應(yīng)滿足以下要求：①保證探頭中的壓電振子作30次/s左右的高速擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度應(yīng)足夠大；②擺動(dòng)速度應(yīng)均勻穩(wěn)定；③整體體積小、重量輕，便于手持操作；④外形應(yīng)適合探查的需要，并能靈活改變掃查方向；⑤機(jī)械振動(dòng)及噪聲應(yīng)小到不致引起病人的緊張和煩躁。機(jī)械扇掃探頭主要存在的不足之處，是噪聲大和探頭壽命短。多數(shù)的機(jī)械扇掃探頭壽命僅有數(shù)千小時(shí)，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)而言，無(wú)論是技術(shù)、工藝、或者材料都是十分難以解決的問(wèn)題。目前，機(jī)械扇掃探頭的生產(chǎn)已越來(lái)越少，大有被電子凸陣及相控陣扇掃探頭所取代的趨勢(shì)。電子線陣超聲探頭電子線陣超聲探頭配用于電子式線性掃描超聲診斷儀。它主要由6部分組成：開(kāi)關(guān)控制器、阻尼墊襯、換能器陣列、匹配層、聲透鏡和外殼。開(kāi)關(guān)控制器用于控制探頭中各振元按一定組合方式工作，若采用直接激勵(lì)，則每一個(gè)振元需要一條信號(hào)線連接到主機(jī)，目前換能器振元數(shù)已普遍增加到數(shù)百個(gè)，則與主機(jī)的連線需要數(shù)百根，這不僅使工藝復(fù)雜，因此而增加的探頭和電纜的重量也是不堪設(shè)想的。采用開(kāi)關(guān)控制器就可以使探頭與主機(jī)的連線數(shù)大大減小。開(kāi)關(guān)控制器用于控制探頭中各振元按一定組合方式工作，若采用直接激勵(lì)，則每一個(gè)振元需要一條信號(hào)線連接到主機(jī)，目前換能器振元數(shù)已普遍增加到數(shù)百個(gè)，則與主機(jī)的連線需要數(shù)百根，這不僅使工藝復(fù)雜，因此而增加的探頭和電纜的重量也是不堪設(shè)想的。采用開(kāi)關(guān)控制器就可以使探頭與主機(jī)的連線數(shù)大大減小。(2)阻尼墊襯其作用與柱形單振元探頭中的墊襯作用相同，用于產(chǎn)生阻尼，抑制振鈴并消除反射干擾。阻尼墊襯材料的構(gòu)成要求亦和柱形單振元探頭相似。

(3)換能器陣列換能器的晶體振元通常是采用切割法制造工藝，即對(duì)一寬約10mm，一定厚度的矩形壓電晶體，通過(guò)計(jì)算機(jī)程控順序開(kāi)槽。開(kāi)槽寬度應(yīng)小于0.1mm，開(kāi)槽深度則不能一概而論，這是因?yàn)樗镁暮穸热Q于探頭的工作頻率，相當(dāng)于半波長(zhǎng)厚度的頻率叫做壓電晶體的基礎(chǔ)共振頻率。晶體材料的半波長(zhǎng)厚度σ可由下式給出。σ=0.5·Cp·T式中：Cp為超聲波在該材料中的傳播速度，T為工作頻率超聲波的周期。(4)匹配層由于聲透鏡同時(shí)與晶體振元和人體接觸，兩者的聲阻抗差別甚大難于使聲透鏡的特性阻抗同時(shí)與兩者匹配。超聲經(jīng)不同阻抗界面?zhèn)鞑?，將產(chǎn)生反射，會(huì)增加能量損耗并影響分辨力，因此，往往需要采用匹配層來(lái)實(shí)現(xiàn)探頭與負(fù)載之間的匹配。對(duì)匹配層除厚度與聲阻抗的要求外，還要求其聲阻尼要小，以減小對(duì)超聲能量的損耗。在工藝上應(yīng)保證其同時(shí)與晶體振元和聲透鏡接觸良好。匹配層材料通常也采用環(huán)氧加鎢粉配制。

電子凸陣超聲探頭凸陣探頭的結(jié)構(gòu)原理與線陣探頭相類似，只是振元排列成凸形。但相同振元結(jié)構(gòu)凸形探頭的視野要比線陣探頭大。由于其探查視場(chǎng)為扇形，故對(duì)某些聲窗較小的臟器的探查比線陣探頭更為優(yōu)越，比如檢測(cè)骨下臟器，有二氧化碳和空氣障礙的部位更能顯現(xiàn)其特點(diǎn)。但凸形探頭波束掃描遠(yuǎn)程擴(kuò)散，必須給予線插補(bǔ)，否則因線密度低將使影像清晰度變差。相控陣超聲探頭相控陣超聲探頭可以實(shí)現(xiàn)波束扇形掃描，因此又稱為相控電子扇掃探頭，它配用于相控陣扇形掃描超聲診斷儀。相控陣超聲探頭外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與線陣探頭相似。一是所用換能器也是多元換能器陣列；二是探頭的結(jié)構(gòu)、材料和工藝亦相近，主要由換能器、阻尼墊襯、聲透鏡以及匹配層幾部分組成；但它們的不同之處也主要有兩點(diǎn)：第一是在探頭中沒(méi)有開(kāi)關(guān)控制器，這是因?yàn)橄嗫仃囂筋^換能器中，各振元基本上是同時(shí)被激勵(lì)的，而不是像線陣探頭換能器那樣分組、分時(shí)工作的，因此，不需要用控制器來(lái)選擇參與工作的振元。第二是相控陣探頭的體積和聲窗面積都較小，這是因?yàn)橄嗫仃囂筋^是以扇形掃描方式工作的，其近場(chǎng)波束尺寸小，也正因?yàn)榇耍哂袡C(jī)械扇形掃描探頭的優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)一個(gè)小的“窗口”，對(duì)一個(gè)較大的扇形視野進(jìn)行探查。超聲邏輯圖探頭發(fā)射控制前置放大TGC電壓發(fā)生器增益控制與濾波DF電壓發(fā)生器對(duì)數(shù)放大與檢波A/D轉(zhuǎn)換放大與電平調(diào)整發(fā)射接受部分電路掃描器/掃描轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu)框圖探頭掃描電路掃描轉(zhuǎn)換電路監(jiān)視器電源射頻射頻位置控制圖像探頭射頻獲取掃描轉(zhuǎn)換電路灰階視頻成像監(jiān)視器射頻位置視頻視頻二維成像功能框圖控制二維射頻信號(hào)獲取概念探頭發(fā)射接收增益控制鍵盤控制發(fā)射時(shí)鐘接受延時(shí)聚焦控制視頻信號(hào)放大檢測(cè)D/A轉(zhuǎn)換控制CNTR二維射頻數(shù)據(jù)位置二維掃描轉(zhuǎn)換概念位置2D射頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置生成電路存儲(chǔ)時(shí)鐘控制圖像存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)插補(bǔ)電路存儲(chǔ)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換緩沖電路X地址Y地址讀地址地址輸出時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步信號(hào)數(shù)據(jù)二維像素顯示數(shù)據(jù)二維灰階視頻成像概念控制二維顯示數(shù)據(jù)灰階圖后處理灰階數(shù)據(jù)A/D視頻視頻前放視頻脈沖多普勒功能圖探頭多普勒取樣信息獲取FFT掃描轉(zhuǎn)換器灰階圖視頻控制IQ速度數(shù)據(jù)多普勒顯示數(shù)據(jù)多普勒取樣信息獲取概念探頭發(fā)射接收振蕩電路正交解條取樣門模數(shù)轉(zhuǎn)換多普勒快速傅里葉變換概念FFT處理系統(tǒng)速度數(shù)據(jù)IQ多普勒掃描轉(zhuǎn)換概念位置多普勒數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置生成電路存儲(chǔ)時(shí)鐘&控制圖像存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)插補(bǔ)電路存儲(chǔ)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換緩沖電路X地址Y地址讀地址地址輸出時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步信號(hào)數(shù)據(jù)多普勒頻普顯示數(shù)據(jù)掃描線形數(shù)據(jù)多普勒灰階概念控制多普勒顯示數(shù)據(jù)灰階圖后處理灰階數(shù)據(jù)A/D圖像圖像驅(qū)動(dòng)器圖像彩色多普勒功能圖探頭多普勒取樣信息獲取血流參數(shù)計(jì)算器掃描轉(zhuǎn)換器彩色圖與調(diào)配器IQRGB血流數(shù)據(jù)多普勒顯示數(shù)據(jù)射頻血流參數(shù)計(jì)算概念每條彩色掃描線由多個(gè)取樣組成彩色顯示一條掃描線的處理一條掃描線由多次發(fā)射多普勒數(shù)據(jù)血流參數(shù)計(jì)算器血流參數(shù)深度時(shí)間形成彩色多普勒掃描轉(zhuǎn)換概念位置彩色多普勒數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置生成電路存儲(chǔ)時(shí)鐘&控制圖像存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)插補(bǔ)電路存儲(chǔ)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換緩沖電路X地址Y地址讀地址地址輸出時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步信號(hào)數(shù)據(jù)彩色多普勒普顯示數(shù)據(jù)彩色顯像概念彩色多普勒顯示數(shù)據(jù)緩沖器紅色映象綠色映象藍(lán)色映象A/DA/DA/D圖像驅(qū)動(dòng)器圖像驅(qū)動(dòng)器圖像驅(qū)動(dòng)器紅綠藍(lán)彩色顯像概念彩色多普勒顯示數(shù)據(jù)緩沖器紅色映象綠色映象藍(lán)色映象A/DA/DA/D圖像驅(qū)動(dòng)器圖像驅(qū)動(dòng)器圖像驅(qū)動(dòng)器紅綠藍(lán)彩超設(shè)計(jì)方案探頭T/R開(kāi)關(guān)H發(fā)射單元DAC發(fā)射波束控制波束合成控制前級(jí)放大可變?cè)鲆娣糯驝WD控制CWD波速合成ADC接受波速合成頻譜多普勒?qǐng)D像處理彩色/能量多普勒?qǐng)D像處理2D黑白圖像處理1394或USB接口電源VGA顯示PC數(shù)字掃描變換DSC圖像處理及控制，病案數(shù)據(jù)管理鼠標(biāo)鍵盤彩超診斷系統(tǒng)是將聲學(xué)原理與電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)組合，是以人體解剖學(xué)、病理學(xué)等形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)，以顯示人體內(nèi)部活體器官及組織結(jié)構(gòu)的斷面圖像、觀察病理解剖形態(tài)學(xué)改變，并與臨床醫(yī)學(xué)組合的一種診斷方法和檢測(cè)手段。超聲診斷設(shè)備主要是超聲成像儀，其中包括軟組織結(jié)構(gòu)成像和多普勒運(yùn)動(dòng)成像兩大類，前者有B超儀和M型心動(dòng)圖儀等簡(jiǎn)稱結(jié)彩超診斷系統(tǒng)電原理構(gòu)成像，后者有多普勒組織成像和彩色血流成像儀等簡(jiǎn)稱運(yùn)動(dòng)成像。二維超聲主要是用換能器向人體組織內(nèi)部發(fā)射超聲脈沖，遇到組織器官界面時(shí)將產(chǎn)生反射或散射脈沖信號(hào)，即脈沖回聲信號(hào)。檢測(cè)、提取這些回聲信號(hào)，根據(jù)回聲信號(hào)強(qiáng)弱，用明暗不同的光點(diǎn)在顯示屏上顯示灰階圖像。對(duì)組織器官進(jìn)行定位，并檢測(cè)組織特性。根據(jù)多普勒原理，任何產(chǎn)生頻移的現(xiàn)象均產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，如果人體作為超聲靶器官，那么由此產(chǎn)生的多普勒信號(hào)應(yīng)該有兩種成分：血流為高頻低振幅運(yùn)動(dòng)和心肌低頻高振幅的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變多普勒濾波系統(tǒng)的閾值，可分別獲得血流或心肌的頻移信號(hào)。通過(guò)高通濾波器同時(shí)提高增值可檢測(cè)血流反射回來(lái)的頻移信號(hào)，經(jīng)自相關(guān)處理，彩色編碼，把平均血流速度分類以彩色顯示，彩色編碼技術(shù)由紅、藍(lán)、綠三種基本色彩組成，不同方向的血流以不同的顏色表示，三種顏色為基礎(chǔ)的不同色彩和輝度代表著血流的不同方向、速度和性質(zhì)，包括層流和湍流，這就形成了彩色多普勒血流圖（CDFI）。脈沖式多普勒（PWD）則是利用多普勒原理，采用一系列電子技術(shù)，頻譜顯示與二維超聲相組合，實(shí)時(shí)顯示心臟或血管內(nèi)某一點(diǎn)一定容積（SV）血流的頻譜圖，可供定性、定量分析。連續(xù)多普勒（CWD）采用兩個(gè)超聲波換能器獲得有關(guān)血流資料，實(shí)時(shí)顯示心臟血流頻譜圖，可供定性、定量分析，CW因不受高速血流限制，主要用于檢測(cè)心臟的高速血流信息。彩色多普勒能量成像（Pwr）利用血流中紅細(xì)胞散射的能量成像（能量法），即提取多普勒回波信號(hào)的能量（即強(qiáng)度），用積分計(jì)算，然后也用彩色編碼成像。具有很高的靈敏度，能顯示低流量、低流速的血流且不受探測(cè)角度的影響。方向能量多普勒成像（DirPower）在多普勒能量成像基礎(chǔ)上增加了對(duì)血流方向的識(shí)別功能，使其更好的應(yīng)用于臨床診斷。108超聲的物理基礎(chǔ)超聲波的衰減聲強(qiáng)隨傳播距離的增加而減小反射、折射和散射粘滯吸收和熱傳導(dǎo)吸收超聲波的衰減和頻率成反比109超聲的物理基礎(chǔ)超聲波的衰減聲強(qiáng)隨傳播距離的增加而減小反射、折射和散射粘滯吸收和熱傳導(dǎo)吸收超聲波的衰減和頻率成反比110超聲的物理基礎(chǔ)超聲系統(tǒng)的分辨率時(shí)間分辨率 幀頻縱向/軸向/距離/深度分辨率理論：1/2波長(zhǎng)；實(shí)際：2－3個(gè)波長(zhǎng)橫向/側(cè)向/水平分辨率與聲束軸線垂直的平面上的聲束寬度厚度分辨率探頭厚度方向上的聲束寬度111超聲的物理基礎(chǔ)分辨率的改進(jìn)提高頻率改善縱向和橫向分辨率縮小聲束的寬度即聲束的聚焦改善橫向和厚度分辨率機(jī)械聚焦電子聚焦動(dòng)態(tài)聚焦可變孔徑技術(shù)112超聲的臨床應(yīng)用領(lǐng)域適用于：軟組織實(shí)質(zhì)性或液性臟器不適于：含氣性臟器骨骼113醫(yī)學(xué)超聲超聲診斷利用各種組織的聲學(xué)特性來(lái)區(qū)分不同部分，找出病變與正常組織的區(qū)別，達(dá)到診斷目的各種超聲診斷儀器超聲治療利用超聲波引起組織結(jié)構(gòu)、功能和生物變化的作用超聲手術(shù)刀，超聲碎石，超聲理療等114為什么利用超聲進(jìn)行診斷超聲可在人體內(nèi)傳播，到達(dá)人眼無(wú)法看到的人體內(nèi)部超聲在不同聲阻抗界面產(chǎn)生反射形成回聲，可反映人體組織結(jié)構(gòu)超聲可傳遞信息和能量超聲為直線傳播，指向性好超聲為振動(dòng)波，無(wú)電磁輻射和放射性，低功率長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)人體也無(wú)害115不利因素對(duì)與骨骼和空腔衰減嚴(yán)重診斷結(jié)果依賴于病人的體征和醫(yī)生的水平經(jīng)驗(yàn)灰階分辨率有限方向性：可針對(duì)目的物發(fā)射/接收

如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長(zhǎng)，則所發(fā)射的超聲波能集中成束狀向前傳播，稱超聲場(chǎng)的指向性（或稱束射性）。聲束的中心軸線稱聲軸，它表示超聲在聲源發(fā)出后其傳播的主方向。比光更容易進(jìn)行單一頻率的發(fā)射/接收

聲束指向性117超聲圖像顯示分類A型超聲：顯示單超聲束界面回聲的幅度，用脈沖波的幅度顯示回聲的強(qiáng)弱，屬一維圖象?，F(xiàn)在主要應(yīng)用于顱腦和眼方面。M型超聲：是一種單超聲束超聲心動(dòng)圖，顯示心臟各層次的運(yùn)動(dòng)回聲曲線是一條“位置—時(shí)間曲線”。B型超聲：二維超聲D型超聲：分為頻譜多普勒、彩色多普勒、彩色血流能量圖118A型Amplitude，幅度調(diào)制式簡(jiǎn)單，一條掃描線顯示反射界面反映相鄰組織的聲阻抗差異僅提供深度信息眼科常用A型超聲示意圖距離振幅A型超聲實(shí)例Ａ型超聲診斷儀A型超聲波診斷儀是幅度調(diào)制（amplitudemodulatedmode）的簡(jiǎn)稱。A型顯示是超聲技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷中最早、最基本的方式。它主要適用于檢查肝、膽、脾、眼及腦等簡(jiǎn)單解剖結(jié)構(gòu)，測(cè)量線度以及獲得回波幅度的大小和形狀，通過(guò)分析回波幅度的分布以獲得組織的特征信息Ａ型超聲診斷儀幅度顯示，即回波信號(hào)加到示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，顯示的是波形幅值的大小，其幅度的高低表示信號(hào)的強(qiáng)弱水平方向信號(hào)是回波到達(dá)的時(shí)間，代表著探測(cè)深度。是以波形來(lái)顯示組織特征的方法，主要用于測(cè)量器官的徑線，以判定其大小。可用來(lái)鑒別病變組織的一些物理特性，如實(shí)質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等Ａ型超聲診斷儀Ａ超原理ProbeTransmitterReceiverA超Ｍ型超聲診斷儀M超由心電、心音、心搏和M型的多參數(shù)同步顯示的超聲心動(dòng)儀器。重要由同步控制電路、水平（X軸）掃描發(fā)生器、高頻脈沖發(fā)生器、回波接收電路、生理參數(shù)通道和顯示器等部分組成。125Ｍ型超聲診斷儀實(shí)現(xiàn)亮度顯示M超采用亮度顯示，回波信號(hào)加到示波管的柵極或陰極上，及控制電子束的強(qiáng)弱，信號(hào)強(qiáng)時(shí)屏上顯示光點(diǎn)亮，信號(hào)弱時(shí)光點(diǎn)就弱。位移—時(shí)間曲線M超中反映探測(cè)深度的掃描信號(hào)是加在垂直偏轉(zhuǎn)上，光點(diǎn)在垂直方向上的距離代表探測(cè)深度。在水平偏轉(zhuǎn)板上施加慢掃描電壓，使上下擺動(dòng)的光點(diǎn)隨時(shí)間橫向展開(kāi)，即水平方向代表時(shí)間，由此得出一條位移---時(shí)間曲線。時(shí)間—電壓轉(zhuǎn)換電路M超與A超相比，多出的最主要部分是慢掃描電路。當(dāng)回聲信號(hào)加在Z軸以后，深度掃描電路將輸出一個(gè)表示距離的鋸齒波，加在顯示器Z軸偏轉(zhuǎn)板上，則顯示屏上顯示出一條按距離分布的光點(diǎn)群。這時(shí)慢掃描電路產(chǎn)生的時(shí)間掃描電壓同時(shí)加在了Y軸上，因此在雙重掃描電壓作用下，掃描回聲信息線被時(shí)間掃描分離，當(dāng)重復(fù)頻率足夠高時(shí)，每給固定的目標(biāo)的界面就顯示成一條連續(xù)變化的曲線光跡。曲線的幅度表示反射界面在運(yùn)動(dòng)中所通過(guò)的距離大小，而曲線的斜率則表示反射界面運(yùn)動(dòng)速度的大小。當(dāng)探頭的聲束通過(guò)心臟時(shí)，就可得心臟內(nèi)各層組織的反射面對(duì)于探頭表面的距離（即到體表的距離）隨時(shí)間變化的曲線（回波光跡），這就是所謂的超聲心動(dòng)圖。Ｍ型超聲診斷儀是用于觀察活動(dòng)界面時(shí)間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動(dòng)情況，其曲線的動(dòng)態(tài)改變稱為超聲心動(dòng)圖，可以用來(lái)觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動(dòng)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。Ｍ型超聲診斷儀1ProbeTransmitterReceiver時(shí)間掃描距離，回波用亮度區(qū)分表示Ｂ型超聲波診斷儀B超原理掃描方向屏幕顯示

B超聲成像探頭發(fā)射接收控制信號(hào)處理關(guān)于多普勒由于聲源或者光源與觀察者之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使聲波或者光波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)多普勒（ChristianJohannDoppler1803-1853)，奧地利物理學(xué)家，1842年發(fā)表天體紅移現(xiàn)象的論文，將因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率變化現(xiàn)象命名為多普勒效應(yīng)五十年代日本學(xué)者里村茂夫等開(kāi)始用超聲多普勒研究臨床檢查心臟和血流1966年誕生第一個(gè)脈沖多普勒儀頻譜分析所對(duì)應(yīng)的就是相應(yīng)速度的血細(xì)胞的多少，某一個(gè)速度的血細(xì)胞越多，產(chǎn)生的某一個(gè)頻率的信號(hào)能量就越強(qiáng)，這樣就所計(jì)算的功率譜就越大。超聲多普勒Probeθf(wàn)探頭發(fā)射又接收，往返各發(fā)生了一次多普勒效應(yīng)，因此頻移是原來(lái)的二倍多普勒超聲診斷儀

根據(jù)多普勒效應(yīng)制成的超聲診斷儀稱為多普勒超聲診斷儀（D型超聲診斷儀）。它在醫(yī)學(xué)臨床診斷學(xué)中用于心臟、血管、血流和胎兒心率等診斷。超聲多普勒儀種類繁多，根據(jù)顯示方式的不同，可把它大致分為兩類頻譜多普勒儀頻譜多普勒根據(jù)產(chǎn)生信號(hào)的方式不同有分為連續(xù)性頻譜多普勒和脈沖型多普勒超聲多普勒顯像儀超聲多普勒顯像儀包括超聲多普勒血管顯像儀和彩色多普勒血流顯像儀

超聲的成像方式彩色多普勒在黑白的二維圖像上疊加彩色信息自相關(guān)技術(shù)得到所有紅細(xì)胞的平均速度彩色編碼技術(shù)彩色顯示器紅色：迎向探頭；藍(lán)色：背離探頭綠色：血流的湍流程度血流速度與彩色的亮度成正比彩色顯示通常將朝向超聲探頭方向流來(lái)的血流用紅色表示，離超聲探頭遠(yuǎn)去的血流用藍(lán)色表示。通過(guò)改變表示方向的紅色或藍(lán)色顯示的輝度（彩色的深淺）來(lái)表示速度的大小，即流速越快的血流色彩也就越明亮。當(dāng)出現(xiàn)湍流時(shí)（血流分散），血流方向不一致，則以紅、藍(lán)混合的雜亂彩色或以綠色表示，并根據(jù)血流紊亂程度，來(lái)改變其亮度關(guān)于血流多普勒人體血流多普勒的范圍人體內(nèi)血流速度從幾十cm/s到幾m/s，超聲使用頻率為3MHz到5MHz，fd一般為幾百到幾千Hz，多普勒血流聲就是頻移的聲音低頻多普勒信號(hào)心壁、腱索、瓣膜和血管壁等產(chǎn)生低頻的多普勒信號(hào)，影響對(duì)血流的檢測(cè)，使用低頻濾波。血管中血流速度的分布血管軸心速度最大，血管壁最慢，其間速度均不相同超聲多普勒血流頻譜分析探頭返回的血流信號(hào)是一個(gè)不同頻率混合的復(fù)雜信號(hào)，通過(guò)頻譜分析才能得到血流速度、性質(zhì)等判斷頻譜分析通過(guò)微處理器實(shí)現(xiàn)FFT，即快速傅立葉變換超聲多普勒血流頻譜分析可以得到心動(dòng)周期上任一時(shí)刻的血流速度可以辨別血流方向，有無(wú)返流判別血流的性質(zhì)，層流還是湍流可以得到動(dòng)脈射血時(shí)間長(zhǎng)短，血流上升和下降的快慢，從而估計(jì)心臟功能正常還是不正常多普勒的類型CW(連續(xù)波多普勒)具有測(cè)量高速血流的能力無(wú)距離選通能力PW(脈沖多普勒)可定位診斷測(cè)速度受脈沖重復(fù)頻率的限制HPRF(高脈沖重復(fù)頻率多普勒)連續(xù)波多普勒連續(xù)多普勒采用不同的晶片分別來(lái)發(fā)射和接收超聲波。144連續(xù)波多普勒使用雙晶片探頭連續(xù)發(fā)射和接收超聲脈沖，可測(cè)量大于7m/s的血流速度脈沖多普勒脈沖多普勒系統(tǒng)則是采用一個(gè)換能器按一定周期發(fā)射和接收超聲波，而且是發(fā)射窄脈沖超聲波的一種多普勒系統(tǒng)146關(guān)于脈沖多普勒脈沖多普勒的脈沖頻率每秒鐘探頭發(fā)出的脈沖波的個(gè)數(shù)脈沖重復(fù)頻率每秒鐘探頭發(fā)出脈沖群的次數(shù)，也稱做取樣頻率脈沖頻率一般為幾MHz，脈沖重復(fù)頻率一般為幾KHz147CW和PW的比較優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)CW無(wú)頻率倒錯(cuò)高靈敏度無(wú)速度限制測(cè)量血流速度能力強(qiáng)不能測(cè)量深度不能區(qū)分多個(gè)血管PW可測(cè)量范圍信息可區(qū)分不同血管高靈敏度頻率倒錯(cuò)PRF限制測(cè)量血流速度能力差HPRF可以克服頻率倒錯(cuò)某些情況下不能區(qū)別不同血管，并且靈敏度低148多普勒超聲診斷

可確定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位新一代的D型超聲波還能定量地測(cè)定管腔內(nèi)血液的流量又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動(dòng)圖解剖標(biāo)志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速多普勒效應(yīng)是什么多普勒效應(yīng)：聲發(fā)射器與接受器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受頻率與發(fā)射頻率間會(huì)出現(xiàn)頻率差，即頻移。多普勒成像分類：

連續(xù)波多普勒(CW)

脈沖波多普勒(PW)

高脈沖多普勒(HPRF)

二維彩色多普勒（CDFI）

連續(xù)波多普勒連續(xù)波多普勒：探頭連續(xù)發(fā)射和接收超聲波，沿超聲束不同深度出現(xiàn)的多普勒頻移均被接收、分析、和顯示出來(lái)。

優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)高速血流

缺點(diǎn)：不可定位連續(xù)波多普勒一組陣元連續(xù)發(fā)射恒定不變的超聲波另一組陣元連續(xù)接收其反射波)))))))))))))))(((((((((((((((脈沖波多普勒脈沖波多普勒：采用單組陣元發(fā)射脈沖波,

并于脈沖間期接收回波。優(yōu)點(diǎn)：可準(zhǔn)確定位缺點(diǎn)：受PRF限制，不能測(cè)高速血流高頻脈沖多普勒高頻脈沖多普勒：

是在脈沖多普勒基礎(chǔ)上的改進(jìn)，界于脈沖多普勒和連續(xù)多普勒間。提高了檢測(cè)高速血流的能力，但降低了距離分辨力。高頻脈沖多普勒

)))))))))155多普勒頻譜多普勒模式PWHPRFCWHPRF:高脈沖重復(fù)頻率156二維彩色多普勒（CDFI）

以一組陣元發(fā)射脈沖波，并于發(fā)射間期對(duì)某一特定的較大范圍的多普勒信息處理計(jì)算得出運(yùn)動(dòng)物體的速度、方向及離散度三方面的信息同時(shí)將這些信息以彩色編碼的方法疊加在二維灰階圖象上。157二維彩色多普勒（CDFI）彩色編碼原則：

方向：紅色

藍(lán)色

速度：輝度

158速度范圍（VelocityRange=PRF)速度范圍(VelRange)∝重復(fù)頻率(PRF)19.9cm/sec19.9厘米/秒53.1