醫學超聲影像設備與應用

匯報人：CTY醫學超聲影像設備與應用超聲及超聲波簡介超聲原理論述超聲設備構成幾類醫學超聲診斷儀探頭構造及原理3產生聲波：所有振動的物體周期：物體振動一次所需時間頻率：一秒中振動次數,〔以赫茲為單位Ｈｚ〕頻率數：ｆ=1/Ｔ〔周期〕時間周期大小聲波的根本特性聲波的根本特性概念：超聲波是一種機械振動，可以通過介質進行傳播，是一種高頻機械波，頻率范圍為15-60kHz，一般高于20kHz。

超聲波成像原理超聲波的特性１．超聲波的傳播特性〔1〕方向性好。〔2〕強度高。〔3〕對液體和固體的穿透力強。〔4〕反射與折射。〔5〕衍射與散射。〔6〕聲波衰減。〔7〕超聲多普勒效應。衍射與散射示意圖反射與折射示意圖超聲波的物理特性組織名稱平均速度(m/s)脂肪1450腦1541肝1549腎1561脾1566血液1570肌肉1585軟組織〔平均值〕1520顱骨4080水1480空氣3306組織1阻抗Z1組織2阻抗Z2發射束１．兩個臟器之間聲阻抗差異越大反射的量越多２．骨骼密度高故無法透過超聲波超聲波的物理特性7組織2組織1折射束反射束入射束１．超聲波入射不垂直于界面，一局部反射，另一局部那么穿過界面而彎曲的現象叫折射２．因折射，臟器或腫瘤等部位的位置在水平方向易產生偽像超聲波的物理特性8１．散射：是人體內最主要的回聲來源２．散射振幅：其差異顯示成圖像的亮度差異，對發現異常征象起重要作用３．強回聲：指比周圍組織散射量多的部位４．低回聲：指比周圍組織散射量少的部位超聲波的物理特性9深度(時間)１．衰減：是由于反射、散射和吸收造成的２．頻率越高超聲波能量衰減越多超聲波的物理特性超聲設備的構成探頭〔換能器〕：發射和接收超聲波電/聲轉換主機：聲束形成信號處理圖像處理存儲和傳輸顯示器外圍設備打印機、錄相機等超聲系統成像步驟

延時線路脈沖發射/接收處理濾波器、對數放大器、時間增益控制DSC數字掃描轉換器監視器記錄設備錄像機打印機彩色打印機圖象檔案管理

存儲硬盤、磁光盤主機探頭超聲作用原理〔一〕超聲作用原理：(1)空化作用

當一定頻率的超聲波作用于液體時，由于液體中一局部氣泡其尺寸適宜，將發生共振現象，此時，大于共振尺寸的氣泡在超聲的作用下，被驅出液體外；小于共振尺寸的氣泡那么在超聲波的作用下逐漸變大，在接近共振尺寸時，在聲波的稀疏段，氣泡迅速脹大，由于摩擦可產生電荷，在聲波的壓縮段，氣泡又被突然壓縮，直到湮滅。氣泡在湮滅過程中，其內部可達數千度的高溫和幾千個大氣壓的高壓，并產生放電，發光等現象。這種現象成為“空化現象〞。〔2〕熱效應

由于介質吸收超聲涉及摩擦損耗，分子劇烈振動，超聲波的機械能轉化為介質的內能，造成介質溫度升高，超聲波的強度越大，產生的熱效應越強。因此，控制超聲波的強度，可使物質的組織內部溫度瞬時升高，加快有效成分的溶出。氣泡崩潰之后，泡內“熱點〞驟然冷卻，冷卻速度達108K/s。如此急劇冷卻速率將引起原料內部結構的急劇變化。超聲作用原理〔二〕〔3〕機械作用

超聲波傳遞的機械能可在液體中形成有效的攪動與流動，從而破壞了介質結構，粉碎了液體中的顆粒，從而產生了普通低頻機械攪拌起不到的效果。這種機械作用可產生擊碎，切割及凝聚等效果。

超聲波空化作用所產生的巨大壓力將造成生物細胞壁及整個生物體的破裂，與此同時，超聲波的振動作用強化了胞內物質的釋放，擴散和溶解。在被破碎的瞬間生物活性保持不變，破碎速度和提取率均可得到提高。超聲作用原理〔三〕(4)乳化作用

空化氣泡振動對固體外表產生的強烈射流及局部微沖流，能顯著減弱液體的外表張力及摩擦力。并破壞固-液界面的附面層。利用超聲振動及空化的壓力，高溫效應，促使兩種液體，兩種固體，或液-固，液-氣界面之間，發生分子的相互滲透，形成新的物質屬性。超聲振動可使氣，液媒質中懸浮粒子以不同速度運動，增加相互碰撞時機；或使其發生凝聚過程。空化氣泡閉合后產生的局部沖擊波，可粉碎液體中的顆粒，使其細化；使結晶均勻；將較大，不均勻液滴分散為微小均勻液滴，產生乳化效應。這些作用促進了藥物有效成分的溶解，加快了有效成分進入介質，并與介質充分混合。超聲作用原理〔四〕超聲影像設備簡述超聲影像設備臨床應用

超聲診斷設備超聲診斷設備是目前醫院中使用的比較頻繁的診斷設備。它主要包含發射/接收裝置、掃描發生器、信號處理裝置、顯示設備、電源和探頭等局部。探頭按頻率分為單頻、多頻和寬頻探頭。超聲探頭的主體是換能器，但為了提高發射／接收的效果，還必須有吸聲層、匹配層、聲透鏡等，另外再加上插件、電纜和外殼，才能構成一具完整實用的超聲探頭。兩側電極拉伸狀態擠壓狀態自由狀態換能器外觀醫學超聲波診斷儀A型超聲波診斷儀B型超聲波斷層顯像儀C型超聲診斷設備M型超聲波診斷儀超聲多普勒血流儀、成像儀與彩超超聲三維成像系統〔超聲CT〕1.A型超聲診斷設備它屬于一維超聲，回聲波強度以振幅顯示，探頭由單晶片構成，由于振幅〔Amplitude〕一詞的第一個字母為A，所以稱為A型超聲診斷設備。工作原理：幅度調制式2.臨床診斷中的應用范圍

主要適用于檢查肝、膽、脾、眼及腦等簡單解剖結構，通過分析回波幅度的分布以獲得組織的特征信息。也可以用于心臟、肝臟、胰臟、膽囊、顱腦、眼科、婦科等檢查。換能器A型超聲診斷設備最有代表性的應用是腦中線位置的測量一般正常人腦中線位置通過顱骨的幾何中心，最大偏差≤0.3cm。測量后假設腦中線偏移>0.3cm，那么應考慮有占位性病變。此法檢查無痛苦，準確性高。1.A型超聲診斷設備A型超聲2.B型超聲診斷設備

B型超聲診斷設備是輝度調制型設備，因brightnessmodulation詞組的第一個字母為B，所以稱為B型超聲診斷設備。B超向人體發射一組超聲波,按一定的方向進行掃描。根據監測其回聲的延遲時間,強弱就可以判斷臟器的距離及性質。經過電子電路和計算機的處理,形成了我們今天的B超圖像。它以不同輝度的光點強弱顯示病變。三維超聲成像也是在B型超聲的根底上進行了計算機圖像重建處理而生成的圖像。2.B型超聲診斷設備

按掃描方式分類，B超已經開展了四代，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。2.臨床診斷的根底與應用范圍〔1〕在婦產科中的探測〔2〕人體內部臟器的輪廓及其內部結構的探測〔3〕表淺器官內部組織探測慢性膀胱炎腹膜后淋巴瘤轉移S型結腸癌

B型電子扇形掃描示意圖

工作方式：B型3.C型超聲診斷設備

C型與B型的成像都是二維圖像。但C型的成像畫面是與超聲束垂直的，它與B型掃描面相差90°。C型檢查腫瘤組織，能顯示出腫瘤組織的擴大范圍，這在臨床診斷中極為重要。

C型工作方式也是為了獲得人體斷層的圖像。與B型方式不同的是，C型掃描得到的圖像不是簡單的超聲束掃描的斷層平面，而是距離換能器某一指定深度處的與超聲束垂直的平面。C型平面換能器4.M型超聲診斷設備M型超聲波診斷儀是繼A超之后開展出的輝度調制式儀器，誕生于1954年，至今臨床上還在使用，目前主要用于心臟疾病的診斷，尤其用于觀察心臟瓣膜的活動情況。M超與A超有共同之處，即都是利用探頭向人體發射超聲脈沖并接收反射脈沖。不同的是M超的發射波和回波信號加到了示波器的柵極或陰極。信號的強弱控制了到達熒光屏的電子束的強弱，反映到熒光屏上就是光點的明暗，即輝度調制。示波器的水平和垂直偏轉板都被參加鋸齒波電壓，垂直偏轉板上的鋸齒波與發射脈沖同步，水平偏轉板上的鋸齒波頻率要低于它。因此熒光屏上光點在垂直方向的距離表示探測深度，在水平方向的移動表示時間的進行，光點的亮度表示回波信號的強弱。M超常用于檢測心臟疾病，留神臟收縮和舒張時，其各層組織的界面與固定放置于人體外表的探頭之間的距離隨時改變，導致光點隨之移動，在水平掃描電壓下，光點水平展開，描繪出各層組織結構的活動曲線圖，因此也叫超聲心動圖，它能顯示心臟各局部結構的活動情況、動態變化、心室排血量以及可以得出室間隔、動脈等結構的定量數據等，是臨床心臟疾病診斷中比較準確實用的工具。4.M型超聲診斷設備

M型超聲心動圖的產生原理

上圖是M超的簡要方框圖。其原理與A超根本相同，只是同步電路控制發射電路與深度掃描電路同時工作，回波信號為輝度調制。為便于測量，原來采用照相機將圖像照相后再進行測量的方法逐漸淘汰，現在一般采用由微機控制，利用CRT電視監視器顯示圖像，并能夠儲存和自動測量的超聲心動圖儀。

M型超聲心動圖的產生原理

扇形掃描多功能診斷儀的B型與M型的同屏幕顯示

M型超聲心動圖的產生原理

4.多普勒超聲診斷設備

5.超聲三維成像系統〔超聲CT〕5.超聲三維成像系統〔超聲CT〕6、四維超聲診斷設備

用于超聲的探頭也稱為換能器，是用來產生和檢測超聲波的部件，即換能器既是發射器，也是接收器。結構：壓電陶瓷－發射/接收超聲波聲透鏡－軸向聚焦背襯材料〔阻尼塊〕－吸收聲能工作原理：通過在基元上施加電信號，使基元振動，發出超聲波，超聲波經反射作用在基元上，使基元兩端產生電信號，通過電纜傳送至主機處理、顯示。物體發射反射聲透鏡壓電陶瓷(基元)背襯材料襯套電纜探頭構造及相關原理37陣列式換能器的根本換能單元稱為陣元。陣元在電氣上有獨立的引線，能直接鼓勵而發射超聲信號，也能接收回波而輸出電信號。振子是由壓電材料經高溫燒結、電極化處理、打磨、加上電極等一系列加工后形成的壓電元件。為了提高各個陣元的性能，常把一個陣元再切割為幾個微元〔振子〕。探頭構造及相關原理1mm探頭構造及相關原理壓電晶片厚度與超聲波頻率成反比厚度為1mm晶片的自然頻率約為1.89MHz

厚度為0.7mm晶片的自然頻率約為2.5MHz。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導電極板超聲探頭種類線陣〔血管、小器官〕凸陣〔腹部、婦產科〕相控陣扇掃〔心臟〕經食管探頭(TEE)腔內探頭〔婦產、泌尿〕容積探頭〔三維成像〕超聲探頭與掃查方式超聲檢查前準備根據檢查部位的不同而不同⒈腹腔臟器：空腹⒉盆腔臟器：膀胱充盈⒊心臟：忌服影響心肌收縮力的藥物⒋表淺器官及外周血管：無須特殊準備探頭類型超聲探頭類型超聲掃查方式示意圖線陣型扇型凸弧型超聲掃查方式凸弧型探頭掃查凸弧型B超切面超聲掃查方式扇型探頭掃查扇型探頭B超切面超聲掃查方式線陣型探頭掃查線陣型B超切面超聲掃查方式47圖

A使用最右側的陣元組，圖

B中為了獲得后面的掃描線數鋸，把陣元組往左移動后使用１〕線陣過程：１．從探頭一側到另一側依次發射和接受超聲波束形成圖像．

２．探頭陣元組內各陣元接受的回波傳遞到波束形成器內進行時間延遲及聚焦．放大等處理后獲得單個掃描線的掃查數據．超聲探頭掃描方式48２〕凸陣探頭超聲探頭掃描方式陣元曲線排列扇形圖像可獲得更寬視野圖像49３〕相控陣探頭簡單工作原理：１．相控陣探頭全部陣元都用２．適當調節延遲時間方式那么可調節超聲波束的方向與線陣．凸陣區別：是全部陣元同時發生超聲波，全部陣元同時啟動，通過適當的時間延遲數字化旋轉超聲波束方向獲得扇形圖像超聲探頭掃描方式503D探頭三維凸陣腹部探頭

立體掃描是通過2D掃描加上機械旋轉構成擁有二維探頭的所有功能可進行靜態、動態三維掃查超聲探頭掃描方式51在發射時有一很寬的頻帶范圍，如2MHZ-10MHZ，接收時分三種選擇方式：選頻接收：在接收回聲中選擇一特定的中心頻率，保證能到達所要求的診斷深度，盡可能選擇較高頻率的回聲，以獲得最正確的圖像質量。不同掃查模式形成的聲像圖線掃扇掃弧掃頻率與分辨率和穿透力一般成像的頻率范圍：心臟：成人2~4MHz兒科：3~8MHz新生兒：4~10MHz腹部：成人2~4MHz兒科：4~8MHz新生兒：4~10MHz外周血管：5~10MHz小器官：7~12MHz腔內：4~9MHz經食管：成人3~7MHz兒科：4~8MHz低頻 高頻分辨率更好穿透力：更強超聲波的衰減：超聲波的衰減與傳播距離成正比；與頻率的2/3方成正比。高頻衰減大，低頻衰減小〔穿透力強〕超聲治療設備超聲治療設備主要由超聲發生器及聲頭兩局部構成，前者由高頻電振蕩和電源電路組成，利用“反壓電效應〞原理，將高頻電場作用于晶體薄片，使其產生相應頻率的振動，從而將電能轉換為機械能。超聲治療設備有多種類型，以輸出方式劃分，有連續輸出型、脈沖輸出型、連續脈沖輸出型。電能換能器高頻震蕩電路高壓變壓器超聲能

超聲治療設備臨床應用1.超聲波藥物透入療法2.超聲波外科療法3.聚集治療法4.超聲波穴位刺激療法5.低頻超聲治療法6.超聲波乳化治療法7.直接接觸輻射法8.間接接觸輻射法9.超聲治療癌腫瘤

GE超聲設備及成像

維超聲胎兒成像25周三維超聲胎兒成像28周

超聲影像設備展望

1.寬頻帶化2.數字化3.信息化4.多維化5.智能化胃腸超聲檢查：霧里看花

因胃不舒服去醫院就診，醫生通常會建議患者做一次胃鏡，但總有不少人因為害怕做胃鏡時的“難受〞而拒絕。時下，不少民營醫院打出了胃腸超聲檢查的廣告，宣稱做超聲也能檢出諸如胃炎、胃潰瘍、腸炎等眾多消化病，吸引了不少害怕做內鏡者前去檢查。胃腸超聲真如廣告上說的那么好嗎？它果真能代替內鏡檢查嗎？廣告語：我院引進最新胃腸超聲儀，能檢查胃炎、胃潰瘍、腸炎等各種疾病。點評：醫學上所謂的胃腸超聲檢查主要有經腹壁超聲、超聲造影和超聲內鏡等。由于胃腸是含氣臟器，當超聲波遇到臟器內氣體時會被反射，難以到達