医学超声成像原理
3.4 超声波成像原理
超声波成像技术
超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声探 测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。
基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、 了解器官的组织形态学方面的状况和变化。 基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功 能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态、 心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。
心脏B超 肝脏B超
D型（超声多普勒法）
机理：利用Doppler原理对心血管内血流进行探测分
析
频谱多普勒（PW+CW）
以频谱曲线显示，检测血流动力学参数
彩色多普勒血流显像（CDFI）
彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质
二尖瓣血流－PW 二尖瓣血流 CDFI
声束的聚焦
要提高超声成像系统的灵敏度和分辨力，除了对线阵
探头实施多振元组合发射外，还需要对超声进行聚焦， 使声束变细，使强度聚焦收敛，提高声束的穿透力和 回波强度，从而提高灵敏度和分辨力 声束聚焦分为： 1、声学聚焦 2、电子聚焦
超声波束处理技术 在超声波发射和接收时.采用多种波束处理技术， 使主波束变窄，旁瓣变小.现在，先进B超设备中 已采用的具有实际效果的波束处理方法有:(l)使 晶体表面凹陷;(2)采用声学透镜聚焦;’(3)可变孔 径;(4)电子聚焦;(5)动态聚焦;(6)实时动态聚 焦;(7)动态变迹等.


2、全深度分段动态电子聚焦：
全深度分段动态电子聚焦就是将探测深度分成 若干 ，只对每个段分别进行聚焦，接收时只取每 个焦区的回波信号，最后将各段焦区的回波信号迭 加合成一行回波信号。


优点是：分段数少，延迟线分段段数少，
操作简便，成本低。 缺点是：成像速度慢，精度低。 但可以TV方式显示，以慢入快出的方式对 存贮器进行续写，并进行各种图像处理，从而就得


动态电子聚焦
为了提高成像系统的分辨力，需要进行聚焦，焦
区以内的声束变细了，确实提高了分辨力，但焦区
以外，声束不仅没有变细，反而变得更粗了，焦区 以外的分辨力不仅没有得到提高，反而变得更差了，
因此需要整个穿透深度上都要进行聚焦，使整个深
度上的分辨力都得到提高。 动态电子聚焦又分为：


进 波
中 线 波
底 波
肿 瘤 波
Ｍ型（超声扫描法）
机理：
以单声束取样，获得活动界面回声， 再以慢扫描方式展开 特点：一维－时间运动曲线图 用途：分析心脏和大血管的运动幅度
M型曲线图
Ｂ型（超声显象法）
机理：
不同的光点反映回声变化， 用切面显示正常组织与异常组织 特点：二维断面图像，灰阶/彩阶 实时显示，直观 用途：及其广泛
稳定清晰图像。
四 可变孔径技术
变孔径技术，在近场采用小孔径，在远场采用 大孔径。
扫描方式 一、扫描：换能器在被探查区域获取人 体信息的运动过程叫扫描。 机械扫描与电子扫描


机械扫描与电子扫描
（1）机械扫描：

借电机带动换能器旋转或摆动，同时位置传感器连
续地检测换能器的瞬时取向，并产生位置信号，使显示
1、等速动态电子聚焦
2、全深度分段动态电子聚焦


1、等速动态电子聚焦
等速动态电子聚焦是通过计算机控制，以一
定的速度改变发射和接收的延迟时间，使焦点随发
射波和接收同步移动，使整个深度的所有位置，都 有良好的横向分辨力，显然这种聚焦最为理想，但 由于焦点移动速度快，延时分级细，延时程度高， 故电路更复杂，成本更高。
τ1+τ2

τ2=13.9+9.27=23.17ns
4、5号振元延时时间为： τ3=Δτ1+Δτ2+Δτ3=27.81ns 那么延时量是如何实现的，是通过延迟线来实现的。
cm

nd (1 [1 ( ) ] ) t0 F
1 2 2
三 聚焦探度和焦点直径
在聚焦点，声束宽度最小。在焦点附近一个有限 的范围内，聚焦声束宽度小于同一阵列换能器同 时被激励，即未聚焦时所产生的声束宽度。离焦 点越远，聚焦声束宽度越宽，直至大于同一阵列 换能器未聚焦声束宽度。
一．凹面晶体
用这种聚焦方式，焦点的声束比较细，横向分辨性 能好.但是，一旦偏离聚焦范围，声束比未聚焦 的还粗，因此，采用这种聚焦型探头，要注意聚 焦范围的深度、一般可分成近距离、中距离和远 路离3个档次。
声学聚焦
与光学聚焦原理类似，在平面晶体表面附加声学 透镜，可使超声波束汇聚到一点，即焦点.焦点 深度，即焦距。由声学透镜曲率半径、超声波在 声学透镜中的传播速度和人体中声速所决定.
医学超声波诊断仪
A型超声波诊断仪 M型超声波诊断仪 B型超声波断层显像仪 超声多普勒血流仪、成像仪与彩超 超声三维成像系统（超声CT）
Ａ型（超声示波法）
机理：以波幅变化反映回声情况
特点：一维波形图，不直观 用途：鉴别液、实性包块，测距 目前临床不再使用
显示特点：探头不 动向人体反射并接 收声波，根据回波 出现的位置，回波 幅度的高低、形状、 多少和有无，确定 被检体病变或解剖 部位的信息，但特 异性不突出，还缺 乏解剖学特征。
L3=1.5d=0.75mm
设声速c=1540m/s 则第1号振元与第2号振元的相差延时量为：
Δτ1=ΔS1/c=0.02141/1540×103=13.9ns 同理2号振元与3号振元之间的延时量为： Δτ2=ΔS2/c=9.27ns 3号与4号振元延时差为： Δτ3=ΔS3/c=4.64ns 设第1号及第8号振元无延时，则2号振元延时时间为： τ1=13.9ns 3、6号振元延时时间为：
１、电子聚焦

对线性换能器
阵的各阵之上 加上适当延时 的激励脉冲， 则可在预定的 距离上获得聚 焦波。
二、电子聚焦 所谓电子聚焦，就是控制各振元的相位，使其发射的 超声束在焦区得到同相相长加强，达到聚焦的目的，实际上 是通过控制延时达到控制相位的。 延时量的计算： 分别为L1，L2，L3，焦距F=35cm，阵元间距d=0.5mm，由图可得 L1=3.5d=3.5×0.5=1.75mm L2=2.5d=1.25mm