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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。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。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：及其广泛肝脏B超心脏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（P

W+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CDFI二尖瓣血流－PW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.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。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.声学聚焦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=1.75mmL2=2.5d=1.25mmL3=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：Δτ

3=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：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。1220(1[1()])cmndtF=−++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。

▪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：

▪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。▪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，使显示器的扫描方向有相应的取向。▪（2）电子扫描：▪用电子方法控制多阵元换能器实现扫描，分为线性扫描和相控阵扫描。▪（ⅰ）线阵扫描▪线阵探头长为10~15cm，宽为1cm左右▪用电子开关切换多元换能器振元，使之轮流工作，为了提高系统的分辨力和

灵敏度，通常有相应的若干个相邻的小单元同时受到激励，发射一束超声并接收其回波，然后舍去前面一个，纳入后面的一个单元，发射一束超声波，依次类推，发射许多平行声束，扫查目标区。▪（ⅱ）相控阵：阵元数较少，长度短，一般1~3cm左右，

宽1cm左右。▪工作时，同时激励所有的振元，并适当地控制加到各振元上的激励信号的相位（实际上是控制延时）来改变超声的发射方向，接收时对接收信号出作类似的相控，并形成扇形扫描。超声波束的扫描(线阵）▪一、组合顺序扫描▪设总振元数为n，振元组中振元数为m（设m=4），则激励顺序

为：1~4，2~5，3~6，4~7……▪即顺序扫描是用电子开关顺序切换方式，将相邻m个振元构成一个组合，发射一束超声，使之分时轮流工作。▪特点：扫描方法简单，但声束间的线距等于振元距，声束线数为n-m+1,较少，不利于提高分辨力。▪二、组合间隔扫描▪组合顺序扫描的缺点是：线距

较宽，线数较少，图像质量较差，要提高图像质量，必须减小声束的线距。▪1、d/2间隔扫描▪设总振元数为n，子振元组合分为二组：一组为m，一组为m+1，若m=5，▪则分组激励顺序为1~5、1~6，2~6、2~7，3~7、3~8……。▪特点：其声束间距为d/2，线数增加了一倍。

▪三、微角扫描▪设有n个振元，子振元组为m，分组情况类似组合顺序扫描，但对子振元组m个振元激励的相位略有不同，使射出的声束线与中心线有微小偏角，然后将相位的变化规律颠倒过来，就得到偏向中心线另一侧的另一条声束线，这样总共得到（n-m+1）×2各声束线，线密度提高了一倍，但由于声束线有一

个微小偏角，而显示扫描线仍然平行，故图像存在一定畸变。▪电子相控阵扇形扫查波束的时空控制：该探头中既没有开关控制器也没有子阵，这是因为相控阵所有阵元对每个时刻的波束都有贡献，而不像线阵探头那样分组、分时轮流工作。分相控发射和相控接收。电子相控阵扇形扫查▪（1）相控发射：▪（2）相控接收：回波信号时

间相位补偿叠加求和合成波束改变时间改变偏转角度二、超声诊断仪基本结构框图▪（二）基本结构▪1、探头▪2、主控电路▪3、发射电路▪4、时基电路▪5、标距电路▪6、延时电路▪7、接收电路▪8、电源