超聲診斷物理基礎演講人：日期：目錄CATALOGUE超聲診斷概述超聲波基本特性超聲換能器原理及結構超聲信號處理技術超聲診斷系統組成及工作流程超聲診斷在醫學領域應用01超聲診斷概述PART利用超聲波在人體中的傳播特性進行診斷的一種醫學影像技術。超聲診斷定義基于超聲波的反射、折射、散射、衰減和多普勒效應等物理特性，通過接收和處理超聲波信號來獲取人體內部組織和器官的形態、結構、功能以及血流信息。超聲診斷原理超聲診斷定義與原理現階段隨著計算機技術和數字信號處理技術的飛速發展，超聲診斷技術不斷更新換代，出現了彩色多普勒超聲、三維超聲、超聲造影等新技術。初始階段20世紀40年代，A型超聲和M型超聲開始應用于醫學領域，主要用于測量組織和器官的大小和位置。發展階段20世紀60年代，B型超聲的出現使得實時成像成為可能，超聲診斷開始廣泛應用于臨床各個領域。超聲診斷技術發展歷程超聲診斷優勢無輻射、無創、實時成像、易于操作、價格相對低廉等。超聲診斷應用領域廣泛應用于腹部、婦產科、心血管、淺表器官、肌肉骨骼等部位的疾病診斷和鑒別診斷，以及介入性超聲和超聲治療等領域。超聲診斷優勢及應用領域02超聲波基本特性PART超聲波傳播特性傳播速度超聲波在介質中的傳播速度與介質的密度和彈性有關，通常情況下，固體中傳播速度最快，液體中次之，氣體中最慢。傳播方向穿透力超聲波具有束射性，其傳播方向與介質質點的振動方向一致，遇到界面時會產生反射、折射等現象。超聲波在介質中傳播時，能夠穿透一定厚度的物質，但穿透力與介質密度、顆粒大小及超聲波頻率等因素有關。超聲波在傳播過程中，由于擴散、散射和吸收等因素，能量逐漸減弱的現象稱為衰減。擴散衰減是由于聲束隨距離增加而擴散，導致單位面積上的能量減少；散射衰減則是由于超聲波遇到小于波長的微粒或界面時，發生散射現象，導致能量損失。衰減超聲波在傳播過程中，遇到不同介質或介質內部的不均勻結構時，會發生散射現象。散射的強弱與介質的性質、微粒大小及超聲波波長有關。當散射體尺寸遠小于波長時，發生瑞利散射；當散射體尺寸與波長相當或更大時，發生米氏散射。散射超聲波衰減與散射現象當超聲波遇到運動物體時，會發生頻率的偏移現象，稱為多普勒效應。當物體朝向超聲波源運動時，接收到的超聲波頻率會增高；當物體遠離超聲波源時，接收到的超聲波頻率會降低。多普勒效應多普勒效應在醫學超聲診斷中具有重要應用，如彩色多普勒超聲技術可用于檢測血液流速和方向，判斷心臟和血管的疾病情況；在胎兒檢查中，可通過觀察胎心的搏動情況來評估胎兒的健康狀況。此外，多普勒效應還廣泛應用于工業測量、無損檢測及材料科學研究等領域。應用超聲波多普勒效應及應用03超聲換能器原理及結構PART電容效應超聲換能器中的振動膜片與電極構成電容，當膜片振動時，會引起電容量的變化，從而產生電信號。壓電效應將機械能轉換為電能，或者將電能轉換為機械能。是超聲換能器實現聲能與電能相互轉換的關鍵。磁致伸縮效應超聲換能器中的某些材料在磁場中會發生長度的微小變化，由此可以產生超聲波。超聲換能器工作原理常見超聲換能器類型及特點壓電陶瓷換能器靈敏度高、穩定性好，但制作工藝復雜、成本較高。磁致伸縮換能器具有輸出功率大、機械強度高、穩定性好等優點，但效率較低、發熱量大。靜電換能器結構簡單、靈敏度高，但易受外界干擾、輸出阻抗高。電磁聲換能器利用電磁原理將電能轉換為機械能，再轉換為聲能，具有寬頻帶、大功率等特點。評價換能器在不同頻率下的輸出特性，如靈敏度、帶寬等。反映換能器將一種形式的能量轉換為另一種形式能量的效率，通常用電聲轉換效率或機電轉換效率表示。描述超聲波在傳播過程中的方向性，與換能器的形狀、尺寸和振動模式有關。評價換能器對兩個相鄰物體的分辨能力，主要取決于超聲波的波長和換能器的尺寸。超聲換能器性能指標評價方法頻率特性靈敏度指向性分辨率04超聲信號處理技術PART超聲信號采集與預處理超聲信號產生利用壓電效應或電磁效應將超聲能量轉換為電信號。信號接收通過探頭接收超聲回波信號，并轉換為電信號進行處理。預處理包括信號放大、濾波、去噪等，以提高信號質量。采集參數設置如采樣率、增益等參數的設定，影響信號采集的精度和有效性。時域分析提取信號的振幅、時間等時域特征，用于區分不同組織和病變。頻域分析將信號轉換為頻譜，分析信號的頻率成分和能量分布，用于診斷疾病。統計分析通過統計學方法提取信號的特征參數，如均值、方差等，用于定量評估信號特性。機器學習算法利用機器學習算法自動提取信號特征，并進行分類和識別，提高診斷準確性。超聲信號特征提取方法超聲圖像重建與后處理技術圖像重建將采集到的超聲信號進行圖像重建，生成可視化的超聲圖像。圖像增強對重建后的圖像進行增強處理，如對比度增強、邊緣銳化等，以提高圖像質量。圖像分割將圖像中的不同組織或病變區域分割出來，便于測量和分析。三維重建與可視化將二維超聲圖像轉換為三維圖像，實現立體可視化，為醫生提供更直觀的診斷信息。05超聲診斷系統組成及工作流程PART超聲探頭將電信號與機械振動相互轉換，向人體發射超聲波并接收回波信號。超聲診斷系統基本構成01信號處理器對接收到的回波信號進行放大、濾波、檢波等處理，提取有用的信息。02圖像顯示與記錄裝置將處理后的信號轉換為可見的圖像，供醫生分析和診斷。03輸入/輸出接口用于連接各種外設，如打印機、存儲設備、網絡等，實現數據的傳輸和共享。04發射超聲波通過探頭向人體發射高頻超聲波，穿透人體組織并產生回波。接收回波信號探頭接收經過人體組織反射回來的超聲波信號，并轉換為電信號。信號處理對接收到的電信號進行放大、濾波、檢波等處理，提取有用的信息。圖像生成與顯示將處理后的信號轉換為可見的圖像，醫生根據圖像進行診斷和分析。報告輸出醫生根據診斷結果，編寫診斷報告，并通過接口輸出到打印機、存儲設備或網絡等。超聲診斷工作流程0102030405A型超聲診斷儀B型超聲診斷儀將B型超聲與彩色多普勒技術相結合，可實時顯示血流方向和速度，提高診斷準確率。彩超診斷儀主要用于檢測血液流速和流量，如多普勒超聲診斷儀等。D型超聲診斷儀主要用于測量心臟功能，如心肌運動速度、心臟瓣膜運動等。M型超聲診斷儀主要用于測量人體器官或組織的徑線距離，如眼科、婦產科等領域。主要用于獲取人體器官或組織的二維圖像，廣泛應用于腹部、婦產科、心臟等領域。典型超聲診斷設備介紹06超聲診斷在醫學領域應用PART腹部超聲檢查肝臟疾病診斷包括肝囊腫、肝血管瘤、肝癌等，超聲檢查可確定病變位置、大小、形態及性質。膽道疾病診斷如膽囊結石、膽囊炎、膽管擴張、膽道腫瘤等，超聲檢查可顯示膽道梗阻部位及原因。胰腺疾病診斷胰腺炎、胰腺癌、胰腺囊腫等，超聲檢查有助于病變的發現及鑒別診斷。脾臟疾病診斷包括脾大、脾囊腫、脾破裂等，超聲檢查可觀察脾臟大小、形態及內部結構。心肌病診斷擴張型心肌病、肥厚型心肌病等，超聲檢查可評估心室壁厚度、心腔大小及心功能。心臟腫瘤診斷如左心房粘液瘤等，超聲檢查可確定腫瘤位置、大小及與周圍組織關系。先天性心臟病診斷如房間隔缺損、室間隔缺損等，超聲檢查可發現心臟結構異常及血流動力學改變。心臟瓣膜病診斷如二尖瓣狹窄、關閉不全等，超聲檢查可觀察瓣膜形態、活動度及功能。心臟超聲檢查婦科疾病診斷如子宮肌瘤、卵巢囊腫、盆腔炎等，超聲檢查可顯示病變部位、大小及與周圍組織關系。婦科腫瘤診斷如子宮頸癌、子宮內膜癌等，超聲檢查有助于早期發現及評估腫瘤范圍。計劃生育手術并發癥診斷如人流不全、節育器異位等，超聲檢查可提供準確診斷依據。孕期檢查可觀察胎兒生長發育情況，包括胎位、胎盤位置、羊水量等，及時發現胎兒畸形及宮內發育遲緩。婦產科超聲檢查淺