不同扫查模式形成的声像图
线扫
弧扫
扇扫
频率与分辨率和穿透力
一般成像的频率范围： 心脏：成人 2 ~ 4 MHz 儿科：3 ~ 8 MHz 新生儿：4 ~ 10 MHz 腹部：成人 2 ~ 4 MHz 儿科：4 ~ 8 MHz 新生儿：4 ~ 10 MHz 外周血管：5 ~ 10 MHz 小器官：7 ~ 12 MHz 腔内：4 ~ 9 MHz 经食管：成人 3 ~ 7 MHz 儿科：4 ~ 8 MHz
发射和接收超声波 电/声转换
主机：
声束形成 信号处理 图像处理 存储和传输
显示
显示器 外围设备
打印机、录相机等
超声设备的构成
探头（换能器）
种类、用途 参数：频率、振元数等 其他：材料、新技术等
探头构造及工作原理
压电晶片厚度与超声波频率成反比
厚度为1mm晶片的自然频率约为1.89MHz 厚度为0.7mm晶片的自然频率约为2.5 MHz。
受角度影响、受其他运动影 响、易混迭、
彩色多普勒能量图
彩色多普勒能量图（CDE） Color Doppler Energy 利用散射回来的多普勒信号中的振幅（能量） 彩色多普勒能量图显示的不是速度参数，而是 与血液散射量相关的能量信号。
彩色多普勒能量图
速度图与能量图的区别
彩色多普勒速度图
0.41 cm/s
灰度（对比度）分辨率：
是指对两个相似密度的物体的识别能力 识别相似密度组织之间细微差别的能力，看到细微的差别 描述256灰阶的不同灰阶图用于组织结构的对比分辨
一般来说，轴向分辨率为波长的2到4倍
侧向（横向）分辨率：
是指对垂直于超声波束轴方向上可区分的两 个点目标的最小距离 侧向分辨率取决于超声波束的宽度和波束 聚焦情况（探头的晶片数量及种类有关）
换能器 超声束 声透镜
一维电子聚焦
动态孔径
换能器 阵元
换能器 阵元
从一维到二维结构的演变
从一维到二维结构的演变
厚度方向聚焦
宽频成像
融频成像
动态接收：近场接收高频，远场接收低频，组合成一幅图像。
宽频成像－变频成像
宽频带探头是变频的基础 多个中心频率，可视可调
• 操作者可根据不同病人、不同部位、不同深度的需要，灵活 选择
所谓曲别针试验
发射声束
接收声束
发射复合
接收空间复合成像
发射声束方向保持不变 从不同角度接收回波信号
孔径1B 孔径1A 孔径2A 孔径2B
频率复合成像
利用不同频率的图象复合（基波）及基波、谐波复合成像。 基波复合具备高低频率成像的高分辨力及高穿透力的优点。 基、谐波复合可获得基波、谐波成像的优点。
利用造影剂微泡在超声的作用下产生的二次谐波信号进行成像 发射频率 fo 探头
信号 强度
fo
基波
谐波 深度
2fo 接收频率 2fo
组织谐波成像
优点：
谐波提取－滤波
Step1: 发射宽频基波
2 5
–
消除近场伪像和噪声干扰
– 提高穿透力、提高对比分辨率 – 临床上对成像困难的病人，可明显改善二维图像质量， 增强心内膜、肿块等边界显示
超声的物理特性
超声波是机械波，必须在介质中传播 在不同密度的介质分界面上，声波将发生反射、折射、 干涉、衍射、散射等现象 随着超声的传播，超声信号强度不断衰减 超声在密度越高的介质中传播越快，在空气中迅速衰减
海洋
潜艇
空气
液体
固体
超声设备工作基本原理
探 头
超声设备的构成
探头（换能器）：
历史－医学超声 50 年
超声基础原理
市场部 娄玉强
分辨率逼近物理极限（1540米/1400万＝0.001米）
什么是超声
概念：超声波是一种机械振动，可以通过介质进行传播。 声音频谱
0Hz 次声波 次声武器 20Hz 20KHz 1MHz 超 无损探伤 图像诊断 30MHz 400MHz 声 声学显微镜 可听见声音 耳朵
正频移
负频移
彩色多普勒成像
CFM
快 色标 迎向 慢 背向 快
彩色多普勒成像－速度图
彩色多普勒速度图 （CDV） Color Doppler Velocity
通过信号的自相关运算获得速 度、加速度、方差等信息 彩色编码血流的方向 朝向探头的为红色 背离探头的为蓝色
平均值
彩色血流成像（CFM）是在二维声像图上叠加彩色实时血流显像 每一个彩色的点表示小区域内血液流量的平均值，不同的颜色代表不同的速度 通常红色表示朝向探头的血流方向，蓝色表示背离探头血流方向
低频 分辨率 穿透力： 更强 高频 超声波的衰减： 更好 超声波的衰减与传播距离成正比；与频 率的2/3方成正比。 高频衰减大，低频衰减小（穿透力强）
超声成像模式
成像模式：
A型（Amplitude modulation） M 型（Time-motion mode） B 型（Brightness modulation） 彩色多普勒（Color Doppler） 能量多普勒（Power Doppler） 频谱多普勒（Spectral Doppler）
Xmit MHz
Wide Band
Step 2: 接收宽频基波和谐波
2 4 Harm. 5 10 Rcv
Step 3: 滤波器滤除基波
2 5 10 Filter
Step 4: 显示窄频谐波
Narrow Band
5 10 Result
基波成像
自然组织谐波成像
谐波提取－脉冲反相谐波
Spectrum
Spectrum
Pulse Wav
发射和接收是同一个晶片 卓越的距离分辨率 (Range Resolution) 流速测量上限值受奈奎斯特频率限 制 脉冲重复频率（PRF）决定流速的 测量范围，极限约 5 ~ 7m/s 单晶片
最高峰
收缩 舒张 舒张结束
v

血管
v

血管
脉冲波与连续波
发射与接收 脉冲波PW 连续波CW 一个晶片完成 一个晶片发射 一个晶片接收 优点 距离分辨率 高流速无混迭 缺点 流速上限低 无距离分辨率 适用部位 腹部、外周血管 心脏
变频成像
选频接收：选择某一频率发射、并进行接收，形成图像。
二维、彩色多普勒、频谱多普勒独立变频
• 对彩色多普勒、频谱多普勒的调节不影响二维图像质量
宽频＋变频－－有效地解决探头分辨率与穿透力的矛盾
名词解释－时间增益补偿
随着超声穿透组织，信号逐渐衰减。 时间增益补偿（TGC）可以对特定深度的信号进行放大。
频谱多普勒
V (cm/s): 血流速度 C (cm/s): 声速(1530m/s) (度): 血流与超声波束之间的夹角 Δ f(Hz): 多普勒频移 f 。(Hz): 超声频率 角的调整： cos 误差变化 30° 0.866 3.2% 33° 0.839 70° 0.342 17.1% 73° 0.292
名词解释－分辨率
分辨率是指对两个靠近物体的识别能力，即对图象的区分
轴向分辨率 空间分辨率 分辨率 对比分辨率 时间分辨率 侧向分辨率
PW
CW
名词解释－空间分辨率
轴向（纵向）分辨率：
是指沿超声波束轴方向上可区分的两个 点目标的最小距离
轴向分辨率由波束的波长及脉冲宽窄所决定
轴向分辨率 高 低
名词解释－对比分辨率

有速度 有方向 敏感度低 易混迭、伪像 角度依赖性

无速度 无方向 敏感度高 无混迭 角度非依赖性
V C θ=
fD
2 v cos f0 c
皮肤
0.41 cm/s 0.41 MHz
v

血管
频谱多普勒的角度依赖
C•Δf V(cm/s)= 2cos • f。 血流 血管 V 超声波束
最早的工作方式：A型
皮肤
工作方式：M型
探头 时间轴
深度
M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一 个光标，然后在以时间为轴线的波形图上表示其运动状 态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。
工作方式：M型
工作方式：B型
二维灰阶成像
多普勒效应（Doppler）
超声在探测移动的目标时，其回声的频率会发生变化 利用多普勒效应可检测物体有无运动，及运动的方向和速度 比如检查有无血流、血流的方向和速度，以及心肌运动
孔径1的视线
孔径2的视线
改善图象分辨力、穿透力、抑制噪声。
接收复合
超声扫描线
频率复合成像－基波复合
频率复合成像－基谐波复合
发射1
谐波成像
发射复合
复合成像
发射2
基波成像
谐波成像
组织谐波：Tissue Harmonic Imaging
利用超声在人体内传播和反射过程中产生的二次谐波信号进行成像 例：发射2MHz，接收4MHz
压电晶片的两面镀有银层，作导电极板
1 mm
主机
功能 外形、超作面板、探头接口等
显示器
种类、大小、调节等
外围设备
超声探头种类
线阵（血管、小器官） 凸阵（腹部、妇产科） 相控阵扇扫（心脏） 经食管探头(TEE) 腔内探头（妇产、泌尿） 容积探头（三维成像）
多普勒血流流速测量
彩色多普勒成像可定性的观测血流走行、速度快慢以及方向等信息 但无法定量的获得血流的速度等重要生理参数 fd F0 = 多普勒频移 = 探头发射的多普勒频率 = 血流的速度 = 声波的速度（1540 米/秒） 声束和血流方向之间的夹角 f0 fD f0