北航10系1超声测量基础.ppt
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1、第七章、生物医学超声测量与成像,生物与医学工程学院,现代三大医学成像技术,医学成像技术 X-CT MRI ULTRASOUND 生物医学工程学重要的分支之一。,什么是超声波?,频率低于20赫兹的机械波称为次声波。,大多数医学超声设备所用的频率在0.5-15MHz之间。 超声波波长短,决定了其具有一些重要特性。,可听声波,频率在20-20000赫兹之间。,频率高于20000赫兹称为超声波。,超声成像 ultrasonograghy,定义: 利用超声波的物理特性和人体组织器官的声学特性相互作用而产生的信息,经处理后形成图形和曲线,借此进行疾病诊断的一种物理检查方法。,超声波成像的特点和优点,特点:
2、 对软组织的分辨能力强 信息的显示有多种方法,特别适用于腹部脏器、心脏、眼科和妇产科的诊断,而对骨骼或含气体的脏器组织如肺部,则不能较好地成像,优点: 无损伤、无痛苦、无辐射 实时、快捷、准确、方便,生物医学超声测量与成像,本章内容 绪论 (医学超声基础、组成、发展、仪器分类等) 医学超声测量仪器 (A、B、D、M等型号超声仪器原理) 超声的物理基础 (超声波的物理基础与基本物理量) 超声波的产生与接收 (压电效应、超声换能器构成及声场特性) 生物组织的医学超声测量 (超声参量(声速、声衰减、声特征阻抗等参量)的测量方法) 现代超声成像技术 (着重介绍B超成像技术),第1节 绪论,医学超声理论
3、基础 医学超声的组成 医学超声的发展 医学超声测量仪器的分类 医学超声测量过程 生物组织的医学超声成像,1、医学超声的理论基础,医学超声是一门将声学中的超声学与医学应用结合起来形成的边缘学科。,8,理论基础:振动与波动理论,1-绪论,2、医学超声的组成,绪论,医学超声诊断,超 声,透 射 transmission,反 射 reflection,折 射 refraction,衍 射 difration,散 射 scattering,衰 减 attenuation,吸 收 absorption,H U M A N B O D Y,U L T R A S O U N D,对应设备:医院中的普通B超/
4、D超等等,绪论,医学超声治疗,超 声,U L T R A S O U N D,H U M A N B O D Y,热机制,力学机制,空化机制,对应设备:超声刀,绪论,3、医学超声的发展,法国科学家朗之万,绪论,4、超声测量仪器的分类,医学超声的包含有相当丰富。根据原理、任务和设备体系,可划分成很多类。,绪论,按用途可分为诊断超声和治疗超声两大类。 按波形分有连续波超声和脉冲波超声设备。 按物理特性分有回波式和透射式超声诊断仪。 按医学超声设备的体系分类 A型、M型、型、C型、D型和F型、超声CT、超声外科设备、超声全息诊断设备、超声显微镜、超声治疗设备。,A、B型仪器主要给出了探查区域内有关解
5、剖结构和组织特性的信息; M型仪器和多普勒(D型)超声仪器反映体内运动界面和血液流动的动态变化。 3D 三维超声,目前医院最常用的设备主要包括:A型、B型、M型和D型 (多普勒) 超声诊断仪, 另外还有C型、F型、三维超声也开始有利用。,绪论,5、医学超声成像过程,通过超声探头(换能器)产生压力波型(超声) 声波在组织中传播 接收换能器“听” 反射波 利用算法进行回波处理并成像,绪论,6、生物组织的医学超声特性,超声成像主要运用了超声传播特性与人体组织之间某些关系: 人体不同组织中传播速度 不同组织中声衰减系数, 不同组织界面间的反射率, 非线性参量等等。 后面的学习中我们会从理论角度详细介绍
6、上述关系。,绪论,第2节,常用医学超声测量仪器,1、A型超声,(Amplitude modulation mode)超声,即幅度调制型超声,A超,利用超声波的反射特性,获得人体组织内有关信息,进行疾病诊断。,1.1 诊断疾病方式,1.2 A型超声诊断诊断原理,超声波-人体组织中传播-不同声阻抗界面反射回声-波形显示。,界面介质的声阻抗差大-回波幅高;反之则低,根据回声波幅的高低、多少、形状等对组织状态作为判断。,1.3 A型超声特点,临床上目前主要用此法测量组织界面的距离、脏器的直径,眼科及颅脑疾病的探查。,同时A型超声是实验室 常用的研究方法。,我们实验室的A型超声测量系统,1.4 A型超声
7、局限性,回波图只能体现局部组织信息,无法反映解剖形态。,2、 M型超声波诊断仪,M型超声 -(Motion mode)超声, 带时间分辨特点的辉度型超声。,利用超声波的反射特性,获得人体组织内有关信息,进行疾病诊断。,2.1 诊断疾病方式,2.2 M型超声诊断诊断原理,首先把超声回波幅度大小转换为辉度(辉度调制型),然后根据辉度随时间的变化对组织状态作为判断。,2.3 M型的临床应用,主要用于心脏及大血管检查,早期将之称为M型超声心动图。目前主要用于心脏疾病的诊断,尤其用于观察心脏瓣膜的活动情况,3、B型超声诊断仪,B型超声 - (Brightness modulated Mode). 因其成
8、像方式采用辉度调制而得名。,主要利用超声波的反射特性,获得人体的解剖结构与组织内信息,进行疾病诊断。,3.1 诊断疾病方式,幅度调制改为辉度调制; 探头声束必须扫查; 得到的是人体切面声像图,在A型之上建立的一种成像方式,3.2 B型超声原理,超 目前使用最广泛的超声诊断仪,由于能得到人体内部脏器和病变的断层面,对脏器进行实时动态观察,非常直观。,B超仪器,心脏B超图像,3.3 B型超声的特点,B超图像与人体的解剖结构相似,能直观地显示脏器的大小、形态、内部结构,并可区分组织内成分(固态、液态、气态) 。,B超成像速度快,能够观察心脏的运动功能、胎心搏动,以及胃肠蠕动等。,超声根据组织间声阻抗
9、不同成像,对软组织的分辨力是X射线的100倍以上。,4、D型超声,D型超声 ( Doppler )超声 多普勒超声。,4.1 诊断方式 多普勒效应:某一频率的波的波源与接收系统产生相对运动时,所接收到的波的频率会发生变化(即频移)。,4.2 测量原理,人体运动结构(心脏瓣膜)或散射子(血液红细胞)反射回来的超声波发生多普勒频移。 检测目标的运动速度信息,分析显示人体内部器官运动状态。,4.3 D型超声在医学诊断中的应用,超声多普勒应用临床以来,应用价值愈加明显,以运动器官为主要研究对象的心血管科,成为不可或缺的诊断工具。,数字B超成像原理与设备结构图,关于数字超声设备各部分的原理与实现方法,
10、我们在后面的内容中加以介绍。,第3节,超声的物理基础,3.1 超声波的一般概念,机械振动与机械波 机械振动:物体沿着直线和曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动。 机械波:振动的传播过程称为波动。机械振动在弹性介质中的传播过程称为机械波。,产生机械波必须具备以下两个条件: 要有作机械振动的波源。 要有能传播机械振动的弹性介质。,超声波是一种机械波,超声的物理基础,生物组织中的超声特性,人体结构对超声而言是一个复杂的介质,各种器官与组织、包括病理组织,随组织的类型和形状不同,生物组织的超声特性存在差异。 声反射、折射、透射、散射;以及声强、声阻抗、声速和声衰减等特性在确定医学超声探测与成像技术
11、的有用性方面起了至关重要的作用 。,36,3.2 描述超声波的传播特性,传播特性:,波的透射、反射与散射 叠加、干涉、绕射等 障碍物的尺寸小于或近似等于超声波长时,发生散射。散射是使超声扫描成像得以实现的最基本现象。由于散射波携带了被测介质的结构信息,散射波的分析和屏幕显示就反映了组织的结构状况。,超声的物理基础,3.2.1 超声波的反射和折射(透射),当波传播到两种介质的分界面时,一部分反射形成反射波,另一部分进入介质形成折射波。,38,反射和折射(透射),超声的反射和折射声符合反射定律(i = r) 和 折射定律(斯涅儿定律):声在入射介质中的传播速度与折射介质中的传播速度之比,也就是 入
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