超声成像原理解析.pptVIP

31 10.3 超声换能器 指近场区以外的声波以某一角度扩散区域，据式 10-1 ，可 以近似估算出远场区声压幅值： 0 1 m A P P X ? ? ? （ 10-3 ） 对于给定的探头和周围的弹性介质， P 0 ， A （圆形晶片面 积）， λ 都是常数，声压随距离 X 增大而减弱。 ? 远场区 10-3 式是对晶片中心轴上的声压公式用牛顿二项式展开进 行的近似计算得到，只有当 X5L 时，反比关系表现得比较 明显。 32 10.3 超声换能器 圆形活塞晶片的辐射声压，不仅在 中心轴上的分布是不均匀的，而且 在中心轴以外的声压分布也是不均 匀的，即在中心部分的主瓣旁边出 现许多旁瓣，这种现象叫做换能器 的指向性，也可以说是声束的集中 程度。指向性因数 Dc 可以表示为： ? 超声场的角分布 1 2 ( sin ) ( , ) ( ,0) sin c J ka P r D P r ka ? ? ? ? ? （ 10-4 ） 指向性因数 Dc 可以理解为距晶片中心距离为 r ，并与声场中 心轴线成 θ 角处的声压与中心轴线上相同距离处的声压之比。 33 10.3 超声换能器 指向性因数 Dc 为零的第一点对应的角度 θ 称为半扩散角，可 由下式计算： 1 sin (1.22 ) D ? ? ? ? （ 10-5 ） 结论：超声振动频率越高（波长 λ 越短），晶片半径越大， 则近场长度 L 越大，扩散角越小，表示声束方向性好。 若被检查组织或脏器位于近场范围内，由于近场内的超声束 平行度最高，反射界面与晶片的垂直性最好，因此反射的声强 较高，失真度小。而远场有声束扩散，反射声强较弱，失真度 高，故在医学诊断上，要求超声扩散角应在 3.5 度以内，否则超 声束截面积太大，使超声的横向分辨力降低。 34 10.3 超声换能器 实际应用中，希望声束焦点直径小，而焦距大一些。 也就是说，希望得到既细又长的聚焦声束。一般可 以通过声束聚焦的办法来变窄声束，但是需要考虑 声束强度的安全性： ? 声透镜聚焦 ? 声反射镜聚焦 ? 曲面换能器 ? 电子聚焦（相控扇形扫描） 35 10.4 超声成像方法 超声诊断仪有采用连续波的，也有采用脉冲波的。 由于脉冲检测技术能够定位回声界面，还可以消除 发射信号对反射信号的影响，灵敏度高，应用广泛。 超声诊断成像的基本物理假定： ? 声束在介质中以直线传播。 ? 在各种介质中声速均匀一致。 ? 在各种介质中介质的吸收系数均匀一致。 36 10.4 超声成像方法 ? 超声脉冲回波检测技术基本原理 脉冲回波检测技术是利用超声波在传播路线上遇到介质的不 均匀界面能发生反射的物理特性检测回波信号，并对其进行接 收放大和信号处理，最后在显示器上显示。 人体组织和脏器具有不同的声速和 声阻抗，在界面会反射声波。但这 些界面两侧介质的声学性质差异通 常并不很大，所以大部分超声能量 穿过界面继续向前传播，依次可以 得到不同深度界面的回波。 37 10.4 超声成像方法 ? 超声脉冲回波成像系统的组成 ? 换能器：将电脉冲转换成超声脉冲发射到人体内，再接收 反射回声信号并转换为电信号。 ? 信号处理部分：对接收信号进行检波、放大等必要处理， 使之适合显示和记录。包括： ①时间增益补偿（ TGC ）：深度不同，衰减不同，亮度不同， 成像困难。声波在深度上幅度减少的分贝数与声波穿过该层 介质的时间成正比。接收器的增益可以按衰减幅度补偿，随 扫描时间增加而增大。即较深部位回声信号放大倍数大，较 浅部位回声信号放大倍数小。 38 10.4 超声成像方法 ② 检波器：根据终显要求检出相应信息，有幅度检波、位 相检波和频率检波之分。 对检波器的要求：波形失真小， 传输系数大，滤波性能好、输入电阻大。 ③抑制电路：用来抑制不希望有的干扰信号和杂波噪声，即 限定视频信号的下限电平，压缩动态范围。 ④视频放大：放大信号幅度，压缩动态范围，一般采用微分 电路突出信号前后沿。 ? 显示记录部分 39 10.4 超声成像方法 A 型显示是超声诊断仪最基本的显示方式，属于幅度调制， 用回波脉冲的大小决定显示器中脉冲的幅度。荧光屏上出现 的是脉冲波形，脉冲之间的距离正比于反射界面之间的距离。 A 型超声主要用于颅脑的占位性病变的诊断。 10.4.1 A 型超声 10.4.2 M 型超