B超基礎(chǔ)知識總結(jié)

超聲基礎(chǔ)(操作手法、體位、標準切面、測量位置等)

一．操作手法1．體位

（1）平臥位：最常用。

（2）左側(cè)臥位：是一個必要的補充體位。（3）右側(cè)臥位：顯示左外葉特別有用。（4）坐位或半臥位。2．探頭部位可分為右肋下、劍突下、左肋下、右肋間四處二．肝臟右葉最大斜徑

1．測量標準切面：以肝右靜脈和肝中靜脈匯入下腔靜脈的右肋緣下肝臟斜切面為標準測量切面。

2．測量位置：測量點分別置于肝右葉前、后緣之肝包膜處，測量其最大垂直距離。3．正常參考值（cm）：正常成年人12－14cm。三．肝臟右葉前后徑

1．測量標準切面：第五或第六肋間肝臟右葉的最大切面為標準測量切面。

2．測量位置：測量點分別置于肝右葉前、后緣之肝包膜處，測量其最大垂直距離。3．正常參考值（cm）：正常成年人8－10cm。四．肝臟左葉厚度和長度經(jīng)線

1．測量標準切面：以通過腹主動脈的肝左葉矢狀縱切面為標準測量切面，向上盡可能顯示隔肌。

2．測量位置：左葉厚度測量點分別置于肝左葉前后緣最寬處的肝包膜（包括尾狀葉），測量其最大前后距離，左時長度測量點分別置于肝左葉的上下緣包膜處與人體中線平行。3．正常參考值（cm）：肝左葉厚徑不超過6cm，肝左葉長徑不超過9cm。

五．門靜脈及膽總管的寬度

1．測量標準切面：以右助緣下第一肝門縱斷面為標準測量切面，膽總管要求盡量顯示其全長至胰頭后方。

2．測量位置：門靜脈測量要求在距第一肝門1-2cm處測量其寬徑，膽總管測量要求在其全長之最寬處測量。3，正常參考值（cm）：門靜脈主干寬度（內(nèi)徑）1.0～1.2cm，膽總管寬度（內(nèi)徑）0.4～0.6cm。六．脾臟厚度

1．測量標準切面：左肋間脾臟斜切面，要求顯示脾靜脈出脾門部圖像。

2．測量位置：測量點選在脾門邊緣至脾對側(cè)緣之垂直距離測量。

3．正常參考值（cm）：正常成年人不超過4cm。七．脾臟長度

1．測量標準切面：左助間脾臟斜切面。盡量顯示脾的全長，同時顯示脾靜脈出脾門部圖像。

2．測量位置：測量點選在脾上下極的包膜處。3．正常參考值（cm）：正常成年人不超過12cm。第二節(jié)膽系超聲檢查測量方法與正常值一．膽囊測量

1．膽囊長徑。膽囊頸部到底部的長度。在膽囊有折疊的時候，應分段測量，長徑應為各段的和。正常值：小于8cm。

2．膽囊橫徑：為膽囊體的最寬徑。正常值：通常小于3.5cm。3．膽囊壁厚徑：正常值：小于2.5mm。二．膽管測量

1．肝外膽管：上段與門靜脈腹側(cè)伴行，其內(nèi)徑小于同水平門靜脈內(nèi)徑的l/3；下段與胰頭后方（胰腺段）、下腔靜脈前方下行，其內(nèi)徑小于8.smm。正常膽總管內(nèi)徑隨年齡增加，老年人可達10mm。

2．肝內(nèi)膽管：位于門靜脈左、右支腹側(cè)，其內(nèi)徑多小于2mm。第三節(jié)胰腺超聲檢查測量方法與正常值目前關(guān)于正常胰腺的超聲測值尚無統(tǒng)一的標準，多數(shù)作者以測量胰腺的厚度（前后徑）為標準。具體方法：一．胰頭的測量

1．選擇切面。胰腺長軸切面，將胰頭部顯示清楚；

2．測量部位:在下腔靜脈的前方測量，測量一般不包括鉤突3．正常參考值（成人）：≤2.5二．胰體的測量�。�選擇切面：胰腺長軸切面，將胰體部顯示清楚：2．測量部位：在腹主動脈的前方垂直線進行測量。3．正常參考值（成人）：≤2.0cm三．胰尾的測量

1．選擇切面：胰腺長軸切面，將胰尾部顯示清楚：2測量部位：在腹主動脈的左緣或脊柱左緣進行測量；3．正常參考值（成人）：≤2.0cm

第四節(jié)腎臟超聲檢查測量方法與正常值一．腎臟長度（上下徑）測量

1．測量切面：腎臟冠狀切面或矢狀切面的最長切面。

2．測量位置：將測量游標分別放置在腎臟上下極頂端的包膜處。

3．正常參考值（成年、cm）：男性：10.6土0.6：女性：10.4土0.6。

二．腎臟寬度（左右徑）測量

1．測量切面：腎門部短軸切面，或腎臟冠狀切面

2．測量位置：測量游標分別放置在近腎門與腎臟最寬部的兩側(cè)包膜處。

3．正常參考值（成年、cm）：男性：5.6土0.5；女性：5.4土0.4。

三．腎臟厚度（前后徑）測量

1．測量切面：腎門部短軸切面，或腎臟矢狀切面。2．測量位置：將測量游標分別放置在腎臟最厚部的兩側(cè)包膜處。

3．正常參考值（成年、cm）：男性：4.2土0.4：女性：4.0土0.5。

正常腎的大小有較大出入。一般男性腎臟大于女性，左腎大于右腎。在實際超聲診斷中，并不因為腎的大小略有出入而影響其診斷結(jié)果，只有當腎臟過分巨大或縮小時才有診斷意義。而對腎實質(zhì)的厚度，尤其是腎皮質(zhì)的厚度減薄意義較大。第五節(jié)膀胱超聲檢查測量方法與正常值膀胱徑線和容量測量1．測量切面與部位：

膀胱的最大縱斷面：測量膀胱長徑（上下徑d1）膀胱的最大橫斷面：測量膀胱厚徑（前后徑d2）測量膀胱寬徑（左右徑d3）2．按容積公式計算膀胱容量：V（ml）＝0.5dld2d33．正常值：350～500ml

注；有多種膀胱容量計算公式，各有其特長。第六節(jié)前列腺超聲檢查測量方法與正常值

正常前列腺的超聲測值，可因檢查途徑及超聲儀的類型和檢查位置、探測角度的不同而有所差異。在此介紹經(jīng)腹部檢查的測量方法。

一．測量切面與部位

1．腹部橫斷面（前列腺的斜冠狀斷面）寬徑測量（左右徑）：左側(cè)邊界至右側(cè)邊界的最大徑。厚徑測量（前后徑）：前緣邊界至后緣邊界的最大徑。2．腹部縱斷面：（前列腺的矢狀斷面）長徑測量（上下徑）：上緣邊界至下緣邊界的最大徑。二．前列腺測量正常值為簡化的平均值：長徑3cm，寬徑4cm，厚徑2cm。三．前列腺體積計算（V）：

三徑乘積的半數(shù)值。即V＝l/2（LDW）第七節(jié)婦科超聲檢查測量方法與正常值一．子宮

需測量三條徑線，子宮體縱徑、橫徑及前后徑。1．子宮縱徑（上下徑）測量；

（1）測量切面：子宮矢狀切面。需清晰顯示子宮底至宮頸內(nèi)口、肌層與子宮內(nèi)膜前后兩層對稱切面。

（2）測量位置：宮體：子宮底外緣至子宮頸內(nèi)口之間距離．宮頸：宮頸內(nèi)口至宮頸外口之間的距離。

（3）正常值：宮體5.0土1.0cm。宮頸2.5－3.0cm。2．子宮體橫徑（左右徑）測量：

（1）測量切面：子宮冠狀切面。需橫切子宮，于宮體中部、圖像呈橢圓形最大切面時（不能在呈三角形圖像處）進行測量。（2）測量位置：通過子宮體的最大左右徑。（3）正常值：4.3土0.73cm

3、子宮作前后徑測量（也是測量子宮內(nèi)膜前后兩層外緣之間的距離）：

（1）測量切面：與子宮縱徑測量平面相同。

（2）測量位置：與子宮縱經(jīng)相垂直，測量最大前后距離。（3）正常值：4.3士0.9Cm二．卵巢

也需測量三條徑線，縱徑、橫徑及前后徑。

1．測量切面：與子宮測量切面相同，進行縱徑、橫徑及前后徑的測量。當卵巢不易辨認時，可讓患者斜臥位，通過充盈的膀胱作透聲窗掃查對側(cè)的卵巢，并進行測量。2．測量位置：通過卵巢的最大徑線。

3．正常值：由于卵巢大小與年齡等因素有關(guān)，常用體積公式：長×寬×厚／2，正常應小于6ml。成年婦的卵巢大小約4cm×3cm×1cm。

4．觀察并判斷有無卵泡發(fā)育及是否成熟和排卵。

第八節(jié)產(chǎn)科超檢查測量方法與正常值一．妊娠囊（GS）

胎囊一般在5~6周可見。

1．測量切面：在膀膠適度充盈下，取子宮縱切面測量妊娠囊最大縱徑及前后徑，在子宮橫切面測量最大橫徑。2．測量位置：各條徑線均應測量其內(nèi)徑二．雙頂徑（BPD）測量

1．測量切面：于胎頭橫切面圖，使兩側(cè)顱骨板厚度回聲一致時，需清晰顯示居中的腦中線、丘腦及第三腦室切面時進行測量。

2．測量位置：通過并垂直于腦中線，測量近側(cè)顱骨板外緣至遠側(cè)顱骨板外緣內(nèi)緣之間的最大距離，即胎頭最大橫徑。3．正常值：此徑線適用于中期妊娠至足月妊娠，即12周至足月。雙頂徑在孕31周前平均每周增加3mm，孕31～36周平均增長1.5mm，孕36周后平均每周增長lmm。三．胎兒脊柱

1．觀察切面：沿胎頭從頸椎開始縱行觀察頸椎、胸椎、腰椎及骶椎。

2．觀察內(nèi)容：縱切面時，胎兒脊柱為兩條平行排列整齊念珠狀較亮光點至尾椎合攏。側(cè)動探頭可見三條光帶，中間為椎體回聲。中期妊娠時可顯示脊柱全貌及生理孤度，晚期妊娠時需分段進行觀察。橫切面可見由兩個椎弓一個椎體的骨化中心形成的呈倒三角形的三個強光點。四．胎心

1．觀察切面：目前多采用四心腔，左室長和大動脈短軸平面。

五．羊水量的測量

羊水量能反映胎兒在宮內(nèi)的生長狀態(tài)，早中期，胎兒漂浮在羊水中，孕晚期羊水在胎兒的四周。

1．測量切面：探頭垂直于腹壁平行移動，測量羊水量大深度。2．測量位置：一般測量時，多采用垂直測量羊水的最大深度；羊水量較少時應以臍為中心將孕婦腹部分為右上、右下、左上、左下四個象限，測量每個區(qū)域羊水最大深度（測量區(qū)域內(nèi)不能包含胎體及四肢），取其平均值。

3．正常值：無必要精確計算羊水的量，檢查時只是以多、中、少來估計�！�8cm為羊水過多，3～8cm為正常量，≤3cm為羊水過少。六．胎盤

1．觀察切面：將探頭垂直于腹壁移動，妊娠早期時，可探及一附著于某一側(cè)子宮內(nèi)壁的半月形彌漫細小光點，直至妊娠足月時，回聲逐漸增強，并于其間可探及散在或密集的線狀、片狀、環(huán)狀強回聲或無回聲區(qū)。2．觀察內(nèi)容及正常范圍：

（1）胎盤厚度：正常厚度為2～4cm，一般不超過5cm。（2）胎盤位置：胎盤可位于子宮壁的任何一側(cè)。

（3）胎盤成熟度：超聲檢查以絨毛膜、胎盤實質(zhì)及基底層回聲變化來判斷胎盤的成熟度，胎盤成熟度常被分為四級。表8－1－7胎盤成熟度分級標準度級別絨毛膜板胎盤實質(zhì)基底層

0平直光滑線狀回聲均勻分布的點狀回聲無增強回聲Ⅰ稍有波浪樣線狀回聲散在分布的點狀回聲無增強回聲Ⅱ明顯波浪狀，切跡伸入胎盤實質(zhì)，未達基底層散在不均勻點狀強回聲線狀強回聲

Ⅲ顯著切跡伸入胎盤實質(zhì)，達基底層環(huán)狀強回聲，散在無回聲區(qū)大而融合的強回聲第九節(jié)淺表器官超聲檢查測量方法與正常值甲狀腺超聲檢查測量方法

（一）甲狀腺的厚度（前后徑）及寬度（左右徑）測量

1．標準測量切面：在甲狀腺的一系列橫斷面中選擇甲狀腺實質(zhì)最厚和最寬處為標準切面，要求探頭壓力要盡可能輕。2．測量位置：分別選在甲狀腺最厚和最寬處的包膜高回聲線邊緣上。

3．正常成人參考值（cm）：左右兩葉厚度各為1.5~2.0cm，寬度2.0~2.5cm，峽部厚度小于0.5cm。（二）甲狀腺的長徑（上下徑）測量

1．標準測量切面：在甲狀腺的一系列縱斷面中選擇甲狀腺實質(zhì)最長處為標準切面，要求探頭壓力要盡可能輕。

2．測量位置：分別選在甲狀腺最長處的包膜高回聲線邊緣上。3．正常成人參考值（cm）:左右兩葉長度各為4.0~6.0cm，峽部長度1.5~2.0cm。

第十節(jié)血管超聲檢查測量方法與正常值

由于血管走行有長有短，同一根血管隨著近心和遠心，管徑有粗有細，血流速度有快有慢，因此，超聲測量時均要描述哪段血管、哪點測量。

現(xiàn)列舉幾條常見的外周血管的測量方法及正常參考值：一．頸動脈

1．頸總動脈：正常頸總動脈血流頻譜曲線形態(tài)呈三峰形，為層流頻譜，收縮期有兩個峰，第一峰大于第二峰，雙峰間有切跡，舒張早期增速形成第三峰，三個峰均為正向頻譜，舒張期全程有持續(xù)低速正向血流。收縮期峰值流速91.3士20.7cm／s，舒張期峰值流速27.1土6.4cm／s，阻力指數(shù)0.7土0.05。頸總動脈內(nèi)徑約為6.6~7.5mm，管壁厚約1mm。二．腹主動脈

正常腹主動脈血流頻譜曲線形態(tài)呈正向單峰型，頻帶窄，為層流頻譜，收縮期血流加速度及減速度均較快，舒張早期可有較小的負向頻譜，舒張期呈正向低速血流。正常峰值流速范圍約為90~130cm/s。腹主動脈近心段內(nèi)徑約為2.0~3.0cm，中段(胰腺水平)為1.6~2.2cm，遠心段（分叉處）為1.3~1.7cm。三．下腔靜脈

正常下腔靜脈血流頻譜線為收縮期向心性血流，心臟快速充盈期，其流速再次增快出現(xiàn)第二個向心性血流，心臟舒張中晚期呈低速離心血流，位于基線上方。第一峰流流速可達31.3±8.2cm/s，第二峰流速可達25.0±8.1cm/s，第三峰流速可達8.6±2.2cm/s。內(nèi)徑（肝臟后段）呼氣是為18.8±3.9mm，吸氣時為11.3±4.9mm。四．下肢深靜脈

包括股深靜脈血流頻譜曲線在靜息狀態(tài)下為自發(fā)性收血流頻譜，其特點為隨呼吸運動變化的單相、低速向心血流，曲線形態(tài)隨呼吸有波浪有起伏變化。深吸氣或Valsalva試驗時，大、中靜脈內(nèi)血流停止，遠心端肢體加壓或抬高時，近心段血流加速。

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B超基礎(chǔ)知識

醫(yī)用超聲診斷儀是將聲納原理、雷達技術(shù)、電子技術(shù)三者相結(jié)合而研制生產(chǎn)的設備，主要應用在臨床診斷中，其基本原理是將一束高頻超聲脈沖發(fā)射到生物體內(nèi)，再接收來自生物體內(nèi)各組織之間界面處反射的回波，經(jīng)放大、處理、顯示，可觀察內(nèi)臟器官的形狀、大小、及各器官的相互位置、器官的活動以及器官內(nèi)的異物等，從而判斷器官的是否正常。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)應用于這種設備的研究制造中，因此，超聲診斷儀的發(fā)展也由起初的一維超聲掃描及其顯示方式發(fā)展為二維甚至三維的超聲掃描和顯示方式，大大增加了回波信息量，使生物體內(nèi)的病灶清晰、易辨，在臨床上被越來越廣泛地應用在各科門診的診斷檢查方法中，成為與X-CT、同位素掃描、核磁共振并列的四大醫(yī)學成像技術(shù)之一。其中超聲成象因為具有以下三個特點：①超聲波為非電離輻射，在診斷用功率范圍內(nèi)對人體無傷害，可經(jīng)常性地反復使用；②超聲波對軟組織的鑒別力較高，在對軟組織疾患診斷時具有優(yōu)勢；③超聲成象儀器使用方便、價格便宜，使得醫(yī)學超聲成象具有強大的生命力和發(fā)展前途，是其他成象技術(shù)所無法替代的現(xiàn)代診斷技術(shù)。

超聲診斷儀類型

超聲波在醫(yī)學方面，除了用于治療和手術(shù)外，主要是用于臨床診斷。在診斷學方面，現(xiàn)有的醫(yī)學超聲技術(shù)可以分為兩大類：即基于回波掃描技術(shù)和基于多譜勒頻移原理的超聲診斷技術(shù)。

基于回波技術(shù)的超聲診斷技術(shù)的基本原理是利用超聲波在組織界面處產(chǎn)生的反射回波形成的圖象或信號來診斷疾病。這種技術(shù)主要用于解剖學范疇的檢測和診斷，目的是了解器官的形態(tài)學和組織方面的狀況與變化，比如檢測體內(nèi)異物和腫瘤，檢查器官的形狀及大小變化等等�；夭⊕呙柙\斷技術(shù)一般按顯示回波的方式分為如下五類型：①A型：即將回波以波形的形式顯示出來，其縱坐標為回波幅度，用以表示回波的強弱；橫坐標為回波接收的時間，該時間與產(chǎn)生回波的組織界面相關(guān)。②B型：即將回波信號用點的形式顯示在顯示器上，光點的灰度與回波強弱成正比，為輝度調(diào)制型。當探頭上的傳感器陣元以不同方式移動掃查時，可以形成二維圖象。③C型：此為透射式掃查方式，可獲得有關(guān)被測組織的聲速和衰減等信息。④M型：此法是在輝度調(diào)制型中加入一個慢掃查鋸齒波，從而使回波點從左到右自動掃描。顯示的橫坐標為慢掃描時間，縱坐標為聲波傳播時間（即對應于檢測深度位置）⑤F型：此法為用多個切面圖象構(gòu)造一個曲面的成象形式。除了單一形式外，還有復合型診斷儀，即綜合采用上述幾種方式成象，目前，回波掃描技術(shù)已大量用于對肝、脾、胃、腎、膽、甲狀腺、乳腺、眼球、子宮、卵巢、胸腔、肺、半月板、腦、心包等多種臟器官的診查之中。

基于多普勒頻移原理的超聲診斷技術(shù)的基本原理是：利用運動物體反射聲波時造成的頻率偏移現(xiàn)象來獲取人體的運動信息。這種技術(shù)主要用于了解體內(nèi)器官的功能狀況及血液動力學方面的生理病理狀況，如用于測定血液流速、心臟運動狀況及血管是否存在栓塞等。目前，超聲多普勒技術(shù)主要用于心血管疾病的診斷中。在診斷學方面，基于探測深度和分辨率兩個方面的綜合考慮，一般采用的頻率為1MHz~15MHz。低頻主要用于深部組織和器官的診查，而高頻則用于眼科等表淺部位的診查。同時，為了避免產(chǎn)生生物效應，診斷用的超聲波的功率一般在1mW/cm2~10mW/cm2。在診斷學方面如何提高成象分辨率，尋求可定量表征特異性病變的成象特征量為目前研究發(fā)展B超所需探索的目標。

第二節(jié)工作原理及基本結(jié)構(gòu)

一、工作原理

二、B型超聲診斷儀是目前臨床上最廣泛使用的一類超聲成象裝置。B型又稱為B-Mode，其中B為英

文brightness的字頭，用此表征B型成象是以輝度來表征回波的大小的。正是由于用輝度取代了幅度，B型可用一條線的不同輝度來表征A型的一系列回波及其幅度值。因此采用掃描的方式獲取組織內(nèi)部某一斷面上多個掃描線上的回波并顯示在對應的平面上，即組成了一幅組織內(nèi)某剖面的回波二維圖像。因此，B-Mode是一種二維超聲成象裝置。具體說明如下：

B型線性超聲診斷儀是在A型診斷儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，A型是用單探頭，而B型線性超聲診斷儀是用多個晶體組成的探頭，按不同的組合分組使用。B型線性超聲診斷儀的每組晶體單獨使用時，完全類似于A型單探頭的情況；而各組晶體在電子開關(guān)的控制下，有次序地排列工作，類似A型超生中單探頭的移動過程，這樣就由A型中單探頭掃查一條線變?yōu)榫�性超聲設備中迅速的發(fā)射一排超聲線束來掃查一個面，從而由一維圖像變?yōu)槎�維圖像。在A型中，反射信號的情況通過信號的波形顯示出來，而B型超聲設備中反射信號的強弱通過熒光屏中每個像素的亮度顯示出來，從而使在掃查的斷層面中把組織的分布情況和性質(zhì)對應地顯示出有灰階（或輝度）變化的超聲圖像上。雖然B型線性超聲診斷儀與A型相比在原理上是簡單的，但是完成從A型向B型的過渡在技術(shù)上是很復雜，采用了較多的新技術(shù)和新工藝。如圖2-2-1所示。

二、基本結(jié)構(gòu)

B型線性超聲診斷儀主要由以下幾個部分組成：探頭、發(fā)射／接收單元、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器、顯示照像記錄系統(tǒng)、面板控制系統(tǒng)、鍵盤和電源裝置等，如圖2-2-2所示．

圖2-2-2B型線性超聲診斷儀結(jié)構(gòu)圖

一、面板控制單元

對儀器面板上的各種旋鈕、開關(guān)、操作桿等的狀態(tài)實施編碼，并將編碼信號送至發(fā)射／接收單元和數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器，其中包括進出深度增益控制信號（或稱距離時間控制）到發(fā)射／接收單元以控制放大器的放大倍數(shù)，從而補償超聲能量在傳播過程中隨距離的衰減。

二、發(fā)射／接收單元

通過探頭發(fā)送和接收超聲波信號，并對發(fā)射和接收的超聲波信號實施電子聚焦和多點聚焦的控制；同時對探頭中的多個晶體實施電子開關(guān)控制，從而實現(xiàn)超聲束的掃描。從探頭接收的超聲回波信號在該單元中進行放大、檢波和各種預處理，然后送到數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器。

三、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器

把從發(fā)射／接收單元進入的超聲回波信號首先進行A/D轉(zhuǎn)換（即模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換）變成數(shù)字信號，并予以存貯和完成各項后處理的功能，所有將要顯示的信號，例如回波信號，鍵盤的字符信號和人體標志符號等，都在轉(zhuǎn)換器中完成D/A轉(zhuǎn)換，最后混合變?yōu)楹铣傻囊曨l信號送入監(jiān)視、照像、記錄系統(tǒng)。四、監(jiān)視、照相、記錄系統(tǒng)

是操作人員用來觀察超聲斷層圖像和各種相關(guān)信息，并對有價值的圖像進行拍照和記錄的系統(tǒng)。監(jiān)視和照像分別使用兩個略有不同的TV監(jiān)視器，照像部分一般配備通用135相機或一次性的波拉相機，記錄部分使用特殊功能的紙記錄裝置或彩色視頻打印機。

五、電源部分

提供直流電壓供各單元使用。

六、探頭

是由多晶片（陣元）排列構(gòu)成的長條狀探頭。探頭一般寬度為1cm、長度為10～15cm，探頭中的晶片個數(shù)一般在64128只范圍內(nèi)；晶片的尺寸隨使用的超聲頻率不同而不同；晶片之間不但有良好的電絕緣，同時盡可能作到完全的聲隔離。為此在制造工藝上一般采用光刻的方法，在一個大晶片上刻制成相互分離的多個晶片。晶片后面附以吸聲材料，用以吸收反向輻射的能量；晶片的前面（接觸人體部分）用透聲材料做成聲透鏡，在長條狀探頭的短軸方向形成聲聚焦。每個陣元都是獨立的，在長條狀探頭的長軸方向，用電子延遲線技術(shù)形成電子聚焦和多點聚焦，從而提高B型線性超聲診斷儀的空間分辨率。

(一)超聲波的產(chǎn)生和類型

物體的機械振動是產(chǎn)生波的源泉.波的頻率取決于物體振動頻率.振動頻率在202×104Hz范圍內(nèi)的波,為人耳可聽及的聲波.2×104Hz108Hz之間的波為超聲波.108Hz1012Hz之間的波為特超聲波.超聲和聲的物理特性在本質(zhì)上都是一致的,兩者都是機械波.它是由介質(zhì)中的質(zhì)點受到機械力的作用而發(fā)生周期性振動而產(chǎn)生的.

1.根據(jù)質(zhì)點振動方式和聲波傳播方法分類:

①縱波介質(zhì)中的質(zhì)點受到拉應力和壓應力的作用而振動,以質(zhì)點疏密相間的形式傳遞能量,聲波傳播方向與質(zhì)點振動方向相一致.這種振動和傳播方式的波稱為縱波.見圖3-1-7-1.

②橫波彈性介質(zhì)中質(zhì)點受到剪切力的作用而振動,以質(zhì)點產(chǎn)生的相對橫向位移,而出現(xiàn)波峰和波谷的形式傳遞能量,其振動方向與聲波傳播方向垂直；這種切變振動和相垂直傳播方式的波，稱為橫波，叉可稱為切變波．見圖3-17-2.

橫波只能在具有剪切彈性的固體中傳播,它在生物組織內(nèi)具有很大的衰減，因此橫波無法為醫(yī)學診斷采用．人體軟組織是縱波適合傳播的媒質(zhì)，因此，醫(yī)學上正是利用了縱波這種性質(zhì)作為醫(yī)學診斷．2．根據(jù)聲波在彈性媒質(zhì)中傳播時，質(zhì)點的振動狀態(tài)分類可分為平面波、球面波和柱面波：

①平面波：波陣面為一平行平面的波,稱為平面波．②球面波：波陣面為同心球面的波,稱為球面波．③柱面波：波陣面為同軸柱面的波,稱為柱面波．

聲速

聲波在媒質(zhì)中傳播時，單位時間聲波傳播的距離叫做波速。它的大小由媒質(zhì)的性質(zhì)所決定；與媒質(zhì)的密度和彈性模量有關(guān)，單位為m/s，常用字母c來表示。對于縱向傳播的平面波，其聲速為：

Ｃ＝

（3-1-7-1）式中10是介質(zhì)密度，2是介負的體積彈性模量．對于水介質(zhì)來說,＝１g/cm,3=2.19x10達因/cm，所以超聲在水中的聲速為1480ｍ／s，在脂肪中傳播聲速為1450ｍ／s，在體液中為1496ｍ／s，在人體中傳播的平均聲速為1540ｍ／s．２．周期、頻率、波長質(zhì)點在其平衡位置來回振動一次所需要的時間，稱為質(zhì)點振動周期，符號為Ｔ，單位為ｓ．在介質(zhì)中，單位時間內(nèi)通過的波數(shù)，稱為聲波頻率．符號為ｆ，單位為Ｈz．在一個周期內(nèi)，波傳播的距離稱為波長，符號為λ,單位為ｍ．超聲波的聲速又稱為波速,它與波長、頻率三者的關(guān)系是:C=λ.f或f=C/λ或λ=C/f(3-1-7-2)當超聲波的頻率一定時,聲速(波速)越低,波長越小.超聲波的頻率自20kHz到100MHz,頻率范圍很廣,如果包括特超聲波,其頻率范圍更廣;表3-1-7-1頻率MHz波長mm周期s極限分辨力mm11.510.7520.750.50.752.50.60.40.33.00.50.330.253.50.430.290.225.00.30.20.157.50.20.130.1100.150.10.075150.10.060.05而用于人體測量的則是115MHz.表3-1-7-1給出了醫(yī)用超聲診斷設備常用的幾種超聲波頻率與其波長、周期和極限分辨力的關(guān)系.超聲發(fā)射頻率是指探頭的頻率或儀器的中心頻率或載頻頻率．３．聲壓聲波在彈性介質(zhì)中以質(zhì)點位移,周期性交替變化的方式傳播,導致了聲波傳播路徑上,介質(zhì)質(zhì)點壓強值的周期性變化,這種壓強的變化量稱為聲壓.也就是說聲壓為聲波在媒質(zhì)中產(chǎn)生的壓力與靜壓之差。常用字P來表示．聲壓分為有效聲壓,瞬時聲壓.通常的聲壓測量儀是通過測量其均方根值來測定有效聲壓的.聲壓是反映聲波強弱的物理量．聲壓級是聲壓P與基準聲壓Po之比，以10為底的對數(shù)乘以20；聲壓級以分貝（dB）為計算單位．聲壓級LP：LP＝20lgP/Po.(3-1-7-3)式中，P0是參考聲壓。４．聲強聲強（度）是在某一點上，一個與指定方向垂直的單位面積上，在單位時間內(nèi)通過的平均聲能。常用字母I來表示。單位為W/m，醫(yī)用超聲中常用mW/cm表示．聲強的大小是人們耳朵感知聲音大小成正比的．在平面波的情況下，其傳播方向的聲強是：22I=P2/ρc(3-1-7-4)式中，I聲強；P聲壓（Pa）；ρ媒質(zhì)密度（kg/m）；

3

c聲速(m/s)。

５．聲特性阻抗

聲壓與聲速的比值稱為聲阻抗.符號為Z

Z=P/u(3-1-7-5)

式中：Z聲特性阻抗，其單位為牛頓.秒每立方米，它稱為瑞利；也可用公斤每平方米秒表示，新國際單位定為帕.秒每米；

P聲壓；u質(zhì)點速度。

聲特性阻抗又定義為媒質(zhì)的密度與聲速的乘積。即

Z=ρc(3-1-7-6)

1.聲波傳播中的反射、折射和透射

聲波在無限大的媒質(zhì)中傳播僅在理論上是可能的，實際上，任何媒質(zhì)總有一個邊界，聲波在非均勻性組織內(nèi)傳播或從一種組織傳播到另一種組織，由于組織聲阻抗不同，在聲阻抗改變的分界面上便產(chǎn)生了反射、折射和透射現(xiàn)象。聲波透過界面時，其方向、強度和波形的變化，取決于兩種媒質(zhì)的特性阻抗和入射波的方向。在原媒質(zhì)中的聲波稱為入射波；在分界面處，入射波的能量一部分產(chǎn)生反射，另一部分能量通過界面繼續(xù)傳播，這就是透射。逶射后聲束的波速與波長可能發(fā)生變化，但聲束的頻率是不變的．

其反射定律及折射定律與幾何光學中的反射、折射定律相同。如圖３-1-7-4所示。圖中Ⅰ與Ⅱ是密度分別為ρ1與ρ2的媒質(zhì)，超聲波在媒質(zhì)中的聲速分別為c1(入射波速)與c2(折射波速)，θi是入射角，θr是反射角，θt是折射角，它們之間的關(guān)系為：

.θr=θt(3-1-7-7)

其反射定律及折射定律與幾何光學中的反射、折射定律相同。如圖３-1-7-4所示。圖中Ⅰ與Ⅱ是密度分別為ρ1與ρ2的媒質(zhì)，超聲波在媒質(zhì)中的聲速分別為c1(入射波速)與c2(折射波速)，θi是入射角，θr是反射角，θt是折射角，它們之間的關(guān)系為：

.θr=θt(3-1-7-9)

2.超聲波在人體組織介面上的反射特性

超聲波在人體不同組織界面上的反射系數(shù)是不同的,兩個相鄰組織的阻抗差值越大,從界面反射的能量越大.醫(yī)用超聲界就是利用超聲波的反射特性制造成各種超聲診斷儀進行診斷的．人體組織的反射可分為低檔反射和高檔反射.例如,血液的特性阻抗大約是1.65×106瑞利,而心肌的特性阻抗的典型值是1.76×106瑞利,在血液與心肌的界面上只反射入射能量的0.003%,這意味著自界面的反射回波比入射波能量弱44dB,這就是說,99.9%以上的能量透過界面達到下面的組織中.在軟組織中,反射系數(shù)從-20dB(脂肪與肌肉間)到-45dB(腎臟與脾腔間)之間變化,這些都屬于低檔反射(小于0.5%),然而在某些情況下,可能會發(fā)生很高的反射.如在骨頭與肌肉界面,其反射系數(shù)高達-4dB,絕大部分能量都反射回去.在這種情況下,只有很少的能量傳送過去,不足以對更深部位的組織進行測量,所以超聲波不易透過骨骼對下.

層的組織進行探查.又如肺組織中存在許多的空氣,肺組織與氣體之間的界面對超聲波造成很高的反射,因此,超聲波不能經(jīng)過肺組織對心臟成像.都是高反射造成的結(jié)果。超聲波垂直入射時,人體各組織的聲強反射系數(shù)見表3-1-7-2.

3.超聲波在人體組織中的衰減

超聲波在人體組織中傳播時，其強度捋隨傳播距離的增加而逐漸衰減．這是人體組織對超聲波的吸收、反射和散射等原因造成的，而其中吸收是最主要的．超聲波在人體組織中幾乎有80%被膠原蛋白所吸收．實驗證明：在頻率為1MHz15MHz范圍內(nèi),超聲波在人體軟組織中的吸收系數(shù)與超聲頻率成正比,如血液的吸收系數(shù)隨著超聲頻率的增高而增大.骨質(zhì)的吸收因數(shù)最大,衰減也最大,超聲很難通過骨骼進行傳播.

4.多普勒效應

在聲學中，當聲源（聲發(fā)射體）和聲接收器在連續(xù)介質(zhì)中作相對運動時,接收器所接收到的聲頻率不同于聲源所輻射的聲頻率,其差別與相對運動的速度有關(guān)．這種現(xiàn)象稱為多普勒效應（Dopplereffect）．如果聲源對聲接收器作相向運動,則接收頻率比聲源頻率增加；如果聲源與聲接收器作背向運動，則接收的頻率比聲源頻率減小，兩者的頻率差稱為多普勒漂移頻率．醫(yī)學上利用多普勒效應原理，通過提取多普勒的反射信號,檢測多普勒漂移頻率，用以探測運動臟器和血流的運動情況和血流方向．

二、超聲換能器

超聲診斷儀是依靠超聲換能器產(chǎn)生入射超聲波（發(fā)射波）和接收反射的超聲波（回波）的．所以在醫(yī)用超聲診斷儀中超聲換能器又稱為探頭．

超聲換能器的機械振蕩是由高頻電能激勵產(chǎn)生的．反射回來的超聲能量又通達超聲換能器轉(zhuǎn)換為電脈沖．探頭能將電能轉(zhuǎn)換為聲能，又能將聲能轉(zhuǎn)換成電能，故有換能器之稱．（一）壓電效應

1、正壓電效應

在晶體或陶瓷的一定方向上，加上杌械壓力，使其變形，晶體或陶瓷的兩個受力面上，

產(chǎn)生符號相反的電荷；變形方向相反，兩面的電荷極性隨之變換．電荷密度同施加的機械力成正比．這種因機械力作用而激起表面的電荷效應，稱為正壓電效應．２．逆壓電效應

在晶體或陶瓷表面沿軸方向施加電壓，在電場作用下引起幾何應變，電壓方向改變，機械應變方向亦隨之改變，形變與電場成比例．這種因電場作用而引起的形變效應，稱為逆壓電效應．超聲診斷儀探頭在發(fā)射超聲波時是逆壓電效應．接收超聲回波時產(chǎn)生壓電效應．

（二）壓電材料和壓電振子

具有壓電效應的材料很多，如石英、酒石酸鉀鈉等晶體，有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈮酸鋰、鈮酸鋇、鈦酸鋰、鋯鈦酸鉛等陶瓷都是具有壓電效應的材料；壓電材料有壓電效應就有逆壓電效應．自鋯鈦酸鉛問世以來，醫(yī)用超聲換能器所用的壓電材料就由鋯鈦酸鉛代替了．

在壓電體的正反表面上進行極化，覆蓋上一層激勵電極后，就成為壓電振子，就具有正壓電效應和逆壓電效應．

換能器的壓電振子相當于一個電容（具有容抗作用），在超聲發(fā)射電路中與線圈形成并聯(lián)諧振，得到高頻激勵電壓，產(chǎn)生機械振動和超聲波．壓電換能器上施加的交變電壓的頻率與換能器的壓電振子的固有頻率相等時，才能獲得最大的機械振動．

（三）診斷用超聲換能器的基本結(jié)構(gòu)形式

１．基本單元換能器

根據(jù)臨床診斷的要求，換能器有許多種不同結(jié)構(gòu)形式，而單元換能器是基本的結(jié)構(gòu)．單元換能器它由主體和殼體兩部分組成．

（１）主體：包括：①壓電振子，它是產(chǎn)生壓電效應的元件．

②吸收塊吸收背向輻射的（反射回來的）聲能，稱為背材．③保護層保護振子，減輕磨損，稱為面材．（２）殼體：包括：①外殼為換能器的結(jié)構(gòu)件．②接插件與超聲診斷儀連接的插頭

③電纜線超聲激勵電源及信號的連接

吸收塊又稱為吸聲塊．制作吸收塊的材料是有要求的，首先要求吸收塊的聲阻抗最好與壓電材料的聲阻抗接近，這樣可以使來自壓電振子背向輻射的超聲波,能全部透進吸收塊中；并且要求吸收塊對超聲能應具有大的衰減能力，使己進入吸收塊的超聲波不再反射到振子中去．

保護層是介于振子與人體組織之間的一層物質(zhì)，要求保護層既要起到防止磨損，保護振子的功能，又要在傳遞超聲波中盡量沒有衰減，具有良好的透射功能；因此，要求保護層的勝阻抗接近人體組織的聲阻抗，并且具有既有耐磨性，又有良好的透射性的最佳厚度．２．基本多元換能器

多元換能器是由多個單元振子組成．有的將振子沿直線排列為一行，組成線陣探頭；有的將振子沿弧形排列，構(gòu)成凸陣探頭；有的將振子成矩陣排列，構(gòu)成矩陣探頭等多種多元超聲換能器．

超聲探頭的結(jié)構(gòu)、型式，和外加激勵脈沖參數(shù)、工作和聚焦方式等條件，對其發(fā)射的超聲束形狀有很大關(guān)系，對超聲診斷儀的性能、功能、質(zhì)量也有很大關(guān)系．而換能器陣元材料對超聲束形狀關(guān)系不大；但對其發(fā)射和接收的壓電效率、聲壓、聲強及成像質(zhì)量關(guān)系較大．超聲探頭在每次使用后應消毒，甲醛氣體消毒方法是可取的．

（一）機械扇掃探頭

這是一個將單個圓盤形振子(其直徑為12mm20mm)安置在扇形擺動架上，由電機驅(qū)動作扇形擺動掃描的機械扇掃探頭．如圖3-1-7-6中１號至７號展示的，

美國HPSONOS-CF彩色超聲診斷儀配用的2.5MHz到7.5MHz的七種頻率的機械扇掃探頭的外形．機械扇掃探頭的前端內(nèi)部裝有高速旋轉(zhuǎn)的超聲振子，外面是一個半球面形的探測面，它是由具有良好的透射性和耐磨性的材料構(gòu)成．機械扇掃探頭己是八十年代使用的最多的技術(shù)；由于超聲振子附著在一個機械擺架

上，擺動的角度和擺動頻率都受到一定限止，如它的最大擺動角度只有６０度，比不上現(xiàn)代電子相控陣凸陣探頭的扇掃角度90度，更比不上微凸陣探頭170度，和曲陣探頭240度的扇掃角度．在機械扇掃探頭內(nèi)必須充有探頭油，探頭油要具有良好聲透性，又要是低密度、低阻力、絕緣性好的液體．機械扇掃探頭的使用壽命也不如相控陣凸陣探頭；但是在使用上，兩者都不需要移動時，就可獲得一幅圖像．機械扇掃探頭它是利用正余弦變壓器或正余弦電位器與探頭同軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生正余弦位置信號，調(diào)整鋸齒波掃描，完成與探頭位置同步掃描，這是機械扇掃探頭的基本工作原理．

(二)線陣探頭

線陣探頭有64、128、256和512振元組成的多種探頭；由于振元晶片切割的厚度不同，它的使用頻率不同，它的線陣排列的長度也不同，工作頻率低的,其尺寸就長一些．如圖3-1-7-6中的11號探頭就是2.5MHz的線陣探頭.(三)相控陣探頭

相控陣探頭有多種形狀,如圖3-1-7-7展示了六種相控陣探頭,其中第1至第4是4種不同頻率的相控陣探頭；圖中笫６號是一種5.0MHz的經(jīng)食道對心臟進行探查的相控陣探頭；圖中笫５號是一種探測平面寬度很小，表面接觸式相控陣探頭，可用于心臟手術(shù)．

（四）凸陣探頭

凸陣探頭有不同頻率、不同弧面尺寸的通用凸陣探頭和變頻凸陣探頭,還有一種適用小器官的微凸陣探頭．如圖3-1-7-８的凸陣探頭的扇掃角度達80多度,微凸陣探頭可應用于小器官探查,其扇掃角度大于90度.

目前在彩色多普勒超聲診斷儀使用變頻探頭，如有2.0/5.0MHz，2.5/5.0MHz，5.0/7.MHz，7.5/12MHz---等多種變頻探頭.變頻探頭的設計主要適用于一次探掃中，能進行多部位掃描,也適用于不同體形的超聲探查．

(五)矩陣式探頭

矩陣式探頭的振元塊是由切割成數(shù)百個方塊到數(shù)千個方塊的矩陣組成．如Philips×4Matrix型超極矩陣式探頭,是由3000個陣元塊組成；它要有150多個計算機電子板進行接

收和處理超聲回波信號．它的外形見圖3-1-7-9A，它的振元矩陣方塊的形狀和尺寸見圖3-1-7-9Ｂ．3000個陣元組成的矩陣式探頭,它可應用于二維超聲心動圖和實時三維超聲心動圖；這是當前先進的笫三代多平面超聲探頭．實時三維超聲心動圖可以即時觀察心臟的三維解剖結(jié)構(gòu)，更好地評估瓣膜、室壁和血管之間的復雜關(guān)系．

（六）超聲多普勒探頭

測量血流的超聲多普勒探頭是雙晶片分隔式或分離式的簡易式換能器。探測多普勒頻譜的超聲多普勒探頭也是專用的.現(xiàn)在許多凸陣、線陣、相控陣及腔內(nèi)探頭均具有PWD(脈沖多普勒)和HRPF超聲多普勒探掃功能,相控陣探頭還具有CWD(連續(xù)多普勒)探掃功能.脈沖多普勒的脈沖重復頻率的應用范圍是1kHz29kHz.

醫(yī)用超聲診斷儀是將聲納原理和雷達技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)的為臨床應用的醫(yī)療儀器。其基本原理是高頻超聲脈沖波輻射到生物作內(nèi)，由生物體內(nèi)不同界面反射出不同波形并形成圖像．從而判斷生物體內(nèi)是否有病變。超聲診斷儀由起初的一維超聲掃描顯示，發(fā)展為二維甚置三維、四維的超聲掃描和顯示，大大增加了回波信息量，使生物體內(nèi)的病灶清晰，易辨，因此，它將被越來越廣泛地應用醫(yī)用超聲診斷儀．

１、一維超聲掃描及其顯示

在超聲診斷設備中，人們常把A型和M型這類，采用超聲脈沖回波測距離的技術(shù)進行診斷的型式和方法，稱為一維超聲檢查．這種型式發(fā)射超聲波的方向不變，從不同聲阻抗界面反射回來信號的幅值或灰度是不同的，經(jīng)放大后，在屏幕上以水平或垂直方式顯示出來，此類圖像稱為一維超聲圖像。

（１）Ａ型超聲掃描

探頭（換能器）根據(jù)探查部位，以固定方式向人體發(fā)射數(shù)兆赫茲的超聲波，通過人體反射回波并加以放大，并將回波的幅值和形態(tài)在屏幕上顯示出來。顯示器的縱坐標顯示反射回波的幅度波形；橫坐標上有時間和距離的標尺。這樣可根據(jù)回波出現(xiàn)的位置，回波幅度的高低、形狀、波數(shù)和來自受檢體病變和解剖位置的有關(guān)信息進行判斷診斷。Ａ型超聲探頭在固定位置就可獲得波譜圖．

（２）Ｍ型超聲掃描儀

探頭（換能器）以固定位置和方向?qū)θ梭w發(fā)射接收超聲波束。該波束途經(jīng)不同深度的回波信號對顯示器垂直掃描線進行輝度調(diào)制，并按時間順序展開，形成一幅一維空間各點運動按時間展開的軌跡圖。這就是Ｍ型超聲．人也可以理解為：Ｍ型超聲是同一方向沿途不同深度點隨時間變化的一維軌跡圖．Ｍ型掃描系統(tǒng)特別適用于對運動器官的檢查。例如對心臟的檢查，在所顯示的圖形軌跡上，可進行多種心功能參數(shù)測量，所以Ｍ型超聲．又稱為超聲心動圖。

２、二維超聲掃描及顯示

由于一維掃描只能依據(jù)圖形中超聲波回波幅值的大小和回波的疏密對人體臟器進行診斷，這樣一維超聲（即Ａ型超聲）在超聲醫(yī)學診斷上受到了很大限制．二維超聲掃描顯像其原理是采用超聲脈沖回波，亮度調(diào)節(jié)的二維灰階顯示，它形象地反映出人體某一斷面的信息。二維掃描系統(tǒng)使探頭內(nèi)的換能器以固定方式向人體發(fā)射數(shù)兆赫茲的超聲波，并以一定的速度在一個二維空間運動，即進行二維空間掃描，再把人體反射回波信號加以放大處理后送到顯示器的陰極或控制柵極上，使顯示器的光點亮度隨著回波信號大小變化，形成二維斷層圖像，在屏幕上顯示時，縱坐標代表聲波傳入體內(nèi)的時間或深度，而亮度則由對應空間點上的超聲回波幅度調(diào)制，橫坐標代表聲束對人體掃描的方向。如圖3-1-7-１０所示：

１．線陣式線性掃描（1）原理

線陣式線性掃查時，探頭中的陣元是依次進行工作的,也就是說,每次發(fā)射超聲或接收回波時，由電子多路開關(guān)控制，只有相鄰的一部分陣元參加工作，這一部分陣元稱之為子陣。一個子陣究竟包含多少陣元，這是在B超儀的系統(tǒng)設計所選定的。這種依次控制陣元工作的電子多路開關(guān)安裝在線陣探頭內(nèi)．進行超聲收、發(fā)的子陣，其聲束是垂直于子陣中間的一條直線（不考慮束寬時）。當子陣中的陣元從左至右依次移動一個陣元，則超聲束將掃查出一個矩形平面，由此即可得到一個矩形的超聲圖像，所以稱這種掃查方法為線性掃查。這種B超儀的原理框圖如圖3-1-7-11所示。圖中，多路開關(guān)陣列包括發(fā)射電路或發(fā)射信號的多路開關(guān)和接收前級電路或接收信號的多路開關(guān).．線陣探頭的最大陣元數(shù)已達到512個。（２）掃描方式

線陣掃描方式有順序掃描方法、間隔掃描方法和收發(fā)交叉掃擋方法．以64陣元的換能器為例，順序掃描方法在64陣元的換能器中，把陣元1～8作為第一個子陣，2～9為第二個子陣，3～10為第三個子陣……最后一個子陣為57～64陣元。在整個超聲掃查周

期中，先由第一個子陣完成收、發(fā)超聲波；接著由第二個子陣完成收發(fā)超聲波；如此繼續(xù)下去，使每個子陣依次輪流收發(fā)，直至第五十七個子陣完成收發(fā)后，即完成了一個超聲掃描周期。掃查聲場方向被稱為超聲掃描線，每條超聲掃描線都是垂直于換能器平面的平行線，具有確定的幾何位置，相鄰兩超聲掃描線間的距離等于相鄰陣元間的中心距

間隔掃查方法是：首先是第一個子陣1～7進行收發(fā)，隨后第二個子陣1～8進行收發(fā)，接下去是第三個子陣2～8，第四個子陣2～9……直至第一百一十三個子陣57～63，第一百一十四個子陣57～64。第一個子陣工作時，波束位于第四個陣元的中心。第二個子陣工作時，波束位于第4與第5陣元中間。第三個子陣工作時，波束位于第5個陣元的中心，依比類推的工作．在這種間隔掃查中，掃查線間距為d／2，64個陣元可得114條掃查線，比順序掃查方式增加一倍。

收發(fā)交叉掃描方法。這種方式的發(fā)射子陣為8個陣元，而接收子陣為7個陣元。同一組的8個陣元連續(xù)發(fā)射兩次。先用前面7個陣元接收第一次回聲信號，再用后起7個陣元接收第二次回聲信號。對于8個陣元的子陣，其發(fā)射聲場的波峰中心處于第4與第5陣元中間，而兩次接收時的子陣方向，分別指向第4和第5陣元的中心位置。掃查線在第4陣元中心向第5陣元移動．從最終的接收效果看，收發(fā)交叉掃描也可使掃描線加倍。２．凸陣式扇形掃查

凸陣式探頭的前部為圓弧形，許多陣元沿該圓弧面排列，陣元的前部是圓弧形的匹配層，匹配層外面裝有二維弧形的聲透鏡，探頭厚度方向的圓弧形聲透鏡是為了獲得厚度方向的聲聚焦。凸陣式換能器的圓弧半徑將決定于使用場合，常用的有R76mm、R40mm、R20mm等。換能器所具有的陣元數(shù)通常為64、80、128、256等。也有高達512陣元的。

使用凸陣換能器作超聲掃查時，其視野比線陣式線性掃描及機械（或相控陣）扇掃都大。圖.3-1-7-12給出了R40mm（a）和R76mm（b）兩種探頭的發(fā)射聲束與線陣探頭及機械扇掃探頭發(fā)射聲束的比較圖。

凸陣式換能器作超聲掃查時，可以采用與線陣式線性掃描相似的幾種掃查方法。但由于各陣元排列成弧形，所以子陣中各陣元同時激勵時，發(fā)射聲束的波陣面為凸弧形，它是一種發(fā)散的聲束。為使發(fā)射的聲束收斂及聚焦，子陣中各陣元不能同時激勵，并應使發(fā)射聲束的波陣面為凹弧形，這就是電子聚焦應解決的問題。３．相控陣扇形掃查

相控陣扇掃所使用的換能器是小尺寸的線性陣列式換能器，其陣列長度一般為2cm左右，陣元數(shù)從32～256不等，有的己達512個陣元,相鄰陣元的中心距在0.1mm～0.6mm之間。

超聲相控陣掃描原理可以用圖.3-1-7-13來說明。如果在各陣元上同時加上激勵脈沖而產(chǎn)生超聲波發(fā)射，則換能器的作用與單個振子構(gòu)成的換能器一樣，它們所發(fā)射的超聲波形成合成波束，合成波束的方向垂直于換能器的表面．如圖.3-1-7-13（a）所示。如果激勵脈沖在到達各個陣元之前，依次延遲一個固定的很小的時間間隔τ，則各陣元上所產(chǎn)生的聲脈沖也獲得相應的延遲。此時，整個換能器所發(fā)射的超聲波的合成波束方向與法線之間就有一偏向角θ，如圖.3-1-7-13（b）所示。隨著發(fā)射延遲時間τ值的改變，偏向角θ也將隨著改變。如果使首端與末端（即左右兩邊）的激勵脈沖互易，則合成波束的方向移至法線的另一側(cè)。

如果對各陣元的激勵脈沖實行延遲時間控制，就可使發(fā)射的超聲波束方向，在一定角度范圍

內(nèi)發(fā)生變化。這種用控制激勵脈沖延遲時間的方法，獲得和操縱超聲波波束方向變化的掃查。方式就叫做相控陣掃描。相控陣掃描時，探頭內(nèi)部的振子是在不（需要）擺動角度的情況下，通過電子控制延時，而獲得一定角度（扇掃角度）的超聲束掃描，所以相控陣掃描又稱電子相控陣扇掃掃描．激勵脈沖的延遲時間τ與波束偏離法線方向的角度θ之間的關(guān)系可由圖３-1-7-13.求出，即

式中，c等于1540m/s，是超聲在人體軟組織中傳播速度的平均值；d相鄰陣元的中心間距；θ合成波束的偏向角。

在相控陣超聲診斷儀中，通過切換各陣元的發(fā)射激勵脈沖的延遲時間τ，可使發(fā)射的超聲束在±θmax范圍內(nèi)作扇形掃查。通�？砂吹取鳓确绞阶黜樞驋卟椋�但也可設計某種τ的變化函數(shù)，使聲束按所需的“跳躍”式掃查，這在機械扇掃中是無法實現(xiàn)的。（三）超聲回波信號的處理方法１．回波信號的影響因素

由超聲探頭發(fā)射聲束，在人體組織的不同器官的界面上產(chǎn)生反射返回的回波信號．回波信號的大小取決于三個因素：組織衰減、反射體的后散射和多重反射．

①組織衰減組織衰減限定了能檢測到多深的回波信號，即決定了探測深度．在超聲診斷應用的整個頻率范圍內(nèi)（115MHz）,軟組織和肌肉的衰減率與頻率的關(guān)系,可近似按1dB/cmMHz來估算．這關(guān)系式含有兩重意思：一是在同一深度情況下，對于不同頻率，其組織衰減率不同，組織衰減率是隨頻率的增加而增加的．例如：對于頻率為3.5MHz的聲束其能量是每cm衰減3.5dB；對于10MHz的超聲波每cm要衰減10dB．由此可見，生物組織對于不同的超聲頻率，其衰減不同．對高頻衰減大，對低頻衰減�。�二是，同一頻率的超聲回波，來自不同深度其聲波能量亦不同；對于頻率為3.5MHz的超聲波，探測深度每增加1cm，回波就要減小7dB(往返距離計算)；對20cm深度物體的成像,往返回程的衰減高達140dB．實際上各種器官的衰減系數(shù)有差別，例如對于3.5MHz的聲束,肝組織的衰減系數(shù)為0.7dB/cmMHz，當深度為20cm,衰減98dB．所以在Ｂ超儀中普遍采用增益控制來補償組織的衰減．

②反射體的后散射反射體的后散射決定了從同一深度獲取的回波信號的動態(tài)范圍．反射體形狀及大小，界面與入射聲束的傾斜度對后散射有很大影響．

③多重反射多重反射的混合影響造成了回波信號的背景干擾，限制了有效回波信號同其他途徑來的干擾回波的分離．２．超聲回波信號的基本處理

B型超聲診斷儀從探頭到顯示器間的信號處理過程，基本上有三個階段；,即前處理、掃描變換和后處理．

(１)前處理前處理包括對回波電信號的放大、衰減補償、信號壓縮和檢波等部分．

①前置放大前置放大處于整個電路的最前端，將從換能器聲束轉(zhuǎn)換的微弱電信號進行放大．為提高信噪比，前置放大器必須是低噪聲的；并要求有大于100dB的動態(tài)放大范圍.

②放大與增益控制回波信號的動態(tài)范圍為100dB110dB，放大器的輸出范圍為40dB,兩者相差6070dB，這就要求放大器的可變增益有60dB--70dB的范圍．放大與增益控制有兩種方案來實現(xiàn)，一是先進行衰減補償，后進行信號動態(tài)范圍壓縮；另一種是先壓縮回波信號動態(tài)范圍，然后進行衰減補償和擴展．放大與增益控制中的放大器是一種對數(shù)放大器．增益控制的基本功能是跟蹤預期深度距離上的回波信號，提供一個隨時間變化的控制電壓，來改變放大器的增益．這種增益控制補償有許多名稱，如T.G.C(時間增益補償)；D.G.C(深度增益補償；T.V.G(可變時間增益)；S.T.C(強度時間增益)等．它的衰減補償方法是對放大斜率進行控制．超聲圖像的分辨力與放大器的級數(shù)和放大倍數(shù)關(guān)系不大．③檢波回波信號是雙極性的，將其中有用的診斷信息通過一種單向通過的電路檢測出來，這就是檢波．檢波方法有包絡檢波和斜率檢波．在包絡檢波的同時，對回波脈沖前沿（斜率）微分，并捋這微分信號按一定百分比加到原始回波信號的前沿，便得到混有短微分的回波脈沖視頻信號，從而起到邊界增強的效果，使組織邊界的輪廓線加強顯示．

（２）掃描變換掃描變換有兩種，即：模擬掃喵變換（Ａ．Ｓ．Ｄ）和數(shù)字掃描變換（Ｄ．Ｓ．Ｃ）．其目的是將聲波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于后處理，模擬掃描變換是捋掃描超聲信號和位置信號轉(zhuǎn)換為可顯示信號．數(shù)字掃描變換的核心是一個可變的數(shù)字存儲矩陣，它可將接收的數(shù)字圖像信號按一定矩陣（如512X512）存放和顯示.

（３）后處理在超聲信號數(shù)字化后要進行后處理．后處理功能很多，如像素亮度后處理（包括γ校正，非線性亮度視覺校正）、灰階變換、圖象平滑、復合視頻、顯示方式、圖像反轉(zhuǎn)———等．

1．電子聚焦和可變孔徑技術(shù)

聚焦技術(shù)是超聲診斷儀設計中的一項技術(shù)．如在相控陣扇掃中，它將陣元分組延時發(fā)射，如果每組之間的延時時間選的非常合適，就能獲得一束聚焦的超聲束，這是電子控制發(fā)射聚焦．在接收每組回程的聲波時，為了消除各組回波聲程的差異，采用回波信號疊加技術(shù)，提高接收靈敏度和聚焦效果，這是接收聚焦．還有在聲束成像中使用如同光字凹面透鏡形式進行聚焦，減小折射增加直線反射都可提高聚焦性能．接收波束電子聚焦時各陣元的電路延遲量，與發(fā)射波束電子聚焦時完全一樣，所不同的是，發(fā)射時是采取數(shù)字延遲方式，而接收時必須采用具有大動態(tài)范圍的模擬延遲，以達到對波束指向性和聚焦控制，并要使聲束聚焦點沿指定方向上的移動速度等于聲速，焦點移動與回波同步，這就是電子動態(tài)聚焦．電子動態(tài)聚焦提高了橫向分辨力．

電子動態(tài)聚焦雖然提高橫向分辨力，但是增大了發(fā)射和接收時換能器的有效孔徑，隨著孔徑的增大聲束在近場區(qū)也增大了，這樣在探頭近區(qū)的分辨力急驟降低，得不到體表區(qū)組織的良好圖像．因此，利用改變孔徑的技術(shù)來提高近場分辨力；發(fā)射時，以一定數(shù)陣元組合進行，接收時，在近場區(qū)減少陣元接收，然后，隨著距離的增加，分段增加接收波的陣元數(shù)，達到可變孔徑的接收，這樣，既改善近區(qū)的分辨力．又提高中、深處的橫向分辨力．

２．諧波成像技術(shù)

近年來，多家超聲診斷儀生產(chǎn)公司開發(fā)了能在血液中產(chǎn)生微小氣泡的超聲對比劑（造影劑），這種微小氣泡在超高頻（2050MHz）的超聲束的輻射下,會發(fā)生向各個方向的散射超聲波,散射波的聲強IS，正比于入射波的聲強IＯ，而散射波的頻率ＦS不變（忽略多普勒頻移時，ＦS=FＯ）.在此條件下，與其他任何一種散射體相似，氣泡在散射過程前后不發(fā)生變化。直徑為0.5μm~7μm的微氣泡對幾兆赫的脈沖振蕩具有強烈的諧振特性。因此，上面所說的線性范圍僅限于很低幅度的超聲，并且其極限與周圍液體的粘度有關(guān)。在適度聲強幅度情況下，氣泡響應變?yōu)榉蔷�性，在發(fā)射頻率Ｆ0的倍數(shù)處可以測到較大的譜峰，隨著入射聲強的增加，諧波譜峰快速增加。

超聲與微氣泡間的互作用是非常復雜的，可呈現(xiàn)出聲化學、聲致發(fā)光等各種物理現(xiàn)象。在較大幅度聲壓作用下，微氣泡呈現(xiàn)非線性現(xiàn)象．

對比度增強溶劑可使回波信號增強10dB～25dB，這對于頻譜多普勒和彩色血流圖的影響十分驚人．過去不能檢測到的小血管血流或很深的血管情況，現(xiàn)在可以在彩色血流成像儀中看到了．這就是諧波成像在現(xiàn)代超聲設備的很重要的標志性功能．諧波成像中有反向脈沖成像、相干相位成像,能量反相脈沖和脈沖消減等技術(shù)．諧波成像具有許多優(yōu)點，如：成像頻率高，分辨力高，噪聲干擾少，固有圖像信噪比高，它采用較低的基頻，可以穿透較深的距離等．

高頻和超高頻超聲成像，主要應用于眼科和皮膚科，對眼前房角膜和皮膚等淺表組織進行成像．３、圖像的幀相關(guān)處理技術(shù)

眾所周知，由于超聲束的空間分辨力有限，及噪聲等因素造成了超聲圖像中的斑點噪聲，這是超聲顯像系統(tǒng)中一個固有的問題。隨機出現(xiàn)的亮點屬于圖像中的高頻噪聲，消除的方法自然是做低通濾波。低通濾波可以在空域中或者在頻域中進行。在超聲圖像處理中考慮到實時處理的要求，及盡量減小存貯器容量等因素，比較實用的方法還是遞歸濾波方法。所謂“幀相關(guān)”就是一種簡單的遞歸濾波方法．

４．多維超聲成像技術(shù)

多維超聲成像技術(shù)分為靜態(tài)三維超聲成像和動態(tài)三維超聲成像．．三維超聲掃描是通過旋轉(zhuǎn)或擺動兩維掃查平面而實現(xiàn)的，也就是說，三維超聲成像必須通過立體掃描來實現(xiàn)．要構(gòu)成完整的三維體積圖像，通常需要60～120幀二維截面圖，構(gòu)成靜態(tài)三維超聲成像；三維圖像的采集時間需要數(shù)秒鐘．因為目前的超聲成像技術(shù)中，要采集完成一個完整的三維體回波信息需要數(shù)秒時間，為了對心臟等運動臟器作三維成像，一些公司推出了用心電信號同步的動態(tài)三維成像系統(tǒng)，其中最成熟的是采用食道探頭掃查來產(chǎn)生心臟的動態(tài)三維圖象，動態(tài)三維也稱四維圖象，除了空間的三維外，增加了時間維．動態(tài)三維探頭是由一組半圓形塑料環(huán)組成的一個易于彎曲的柔韌的食道探頭，換能器置于探頭的末端，并且放在水囊內(nèi)，以便獲得最好的聲耦合。當探頭插入食道后，探頭的遠端部分應用拉緊、伸直的原理而被拉直成堅挺的管道，此時換能器便可自由地在管道內(nèi)上下移動。圖像的采集從管道的最末端位置作為起點，換能器作扇形掃查，在一個完整的心電R-R間隔內(nèi)，在排除呼吸影響的情況下，采集30幀扇形圖像存入存貯器，然后，步進電機按預先選好的進程量將換能器向上移動到下一個掃查平面位置，進行第二個平面的圖像采集。這樣一個平面一個平面的圖像逐一采集和存貯，直至完成全部采集過程，形成了一個四維圖像數(shù)據(jù)陣列。假定R-R間隔為600ms（掃查一個平面），設效率為50％時，完成100個平面圖像的采集時間約為2min。

5．其他成像技術(shù)

（１）全數(shù)字探頭這是一種在探頭內(nèi)能進行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，并由計算機控制的全數(shù)

字化波束形成器，來控制脈沖產(chǎn)生的超聲探頭．實現(xiàn)全數(shù)字化探頭，能大大降低圖像噪聲，目前超聲診斷儀的熱噪聲約是5--10V的水平．

（２）SonoCT技術(shù)這是一種由Philips公司首先推出(發(fā)明)的，超聲計算機斷層掃描成像技術(shù)．（３）CodeScan技術(shù)這是一種由GE公司首先推出(發(fā)明)的，能進行B-flow灰階血流成像技術(shù)．

(一）盲區(qū)

盲區(qū)是指B超設備可以識別的最近回波目標深度。盲區(qū)小則有利于檢查出接近體表的病灶，這一性能主要取決于放大器的特性和可變孔徑技術(shù)的牲能。此外減小進入放大器的發(fā)射脈沖幅度和調(diào)節(jié)放大器時間常數(shù)，也會影響盲區(qū)大小。但是，對加有水囊的換能器測試，其盲區(qū)無意義。

(二)探測深度

B超設備在圖像正常顯示、允許的最大靈敏度和亮度條件下，所觀測到回波目標的最大深度稱為探測深度。該值越大，越能在生物體內(nèi)更大范圍進行檢查。影響這一性能的因素有以下幾種原因：1．換能器靈敏度

換能器在發(fā)射和接收超聲波過程中，實現(xiàn)了電→聲和聲→電轉(zhuǎn)換效能。靈敏度越高，探測深度越大。靈敏度主要取決于晶片的機電性能和換能器聲、電匹配層的匹配狀況。2.發(fā)射功率

提高換能器輻射的聲功率可提高探測深度。但是提高聲功率要增大電路的發(fā)射電壓。這不僅給整機設計帶來困難，而且必須限制聲功率在安全劑量閾值內(nèi)，其安全劑量閾值的技術(shù)指標常用聲強來表示，即聲強應不大于10mW/cm2。3.接收放大器增益

提高接收放大器增益可提高探測深度。但是放大器增益的提高，在放大回波弱信號的同時，也放大了系統(tǒng)噪聲信號，從而使有用信號淹沒在噪聲中，故增益要適中。4.工作頻率

生物體內(nèi)組織的聲衰減系數(shù)與頻率成直線性關(guān)系。頻率越低，波長越長，其幅值衰減越小，則探測深度越大，但分辨力變差了。相反，頻率越高，探測深度越小，但分辨力變好了。為了提高整機的工作性能，一般采取動態(tài)頻率掃描和動態(tài)跟蹤濾波技術(shù)，使高分辨力和探測深度得以兼顧應用。盡管如此，為了滿足臨床的需要，仍需要設計不同頻率的換能器來診斷生物體的不同部位。

(三)軸向分辨力（縱向分辨力）

指沿聲束軸線方向，在B超圖像顯示中能夠分辨兩個回波目標的最小距離。該值越小，聲像圖上縱向界面的層理越清晰。對于連續(xù)超聲波，可達到的理論分辨力等于半個波長。因此，頻率越高，分辨力越好。由于生物組織界面并不是完全相同的靶點，所以實際中不可能達到理論分辨力的數(shù)值，而是相當于2～3個波長數(shù)值。在超聲脈沖回波系統(tǒng)，軸向分辨力與超聲脈沖的有效脈寬（持續(xù)時間）有關(guān)。脈沖越窄，軸向分辨力越好，為了提高這一特性，目前換能器普遍采用多層最佳阻抗匹配技術(shù)，同時在改善這一特性中，為了保證脈沖前沿陡峭，在接收放大器中各廠家都采用了最好的動態(tài)跟蹤濾波器。(四)側(cè)向分辨力（橫向分辨力）

指在超聲束的掃查平面內(nèi)，垂直于聲束軸線的方向上能夠區(qū)分兩上回波目標的最小距離。該值越小，聲像圖橫向界面的層理越清晰。其影響因素包括：1．聲束寬度

聲束越窄，側(cè)向分辨力越好。而聲束寬度與晶片直徑和工作頻率有關(guān)。但是換能器尺寸不可能做得很大，頻率不能無限高。因此設計者采取了透鏡、可變孔徑技術(shù)，在設計中應用了分段動態(tài)聚焦和連續(xù)動態(tài)聚焦，從而提高了側(cè)向分辨力。2.系統(tǒng)動態(tài)范圍

在換能器產(chǎn)生的有方向性聲場內(nèi)，聲壓（或聲強）并不是均勻分布的。一般有這樣的規(guī)律，隨著增益的升降聲束寬度相應地變寬和變窄，而目標回波聲像的橫向尺寸也相應地拉長和縮短。3.顯示器亮度和媒質(zhì)衰減系數(shù)

顯示器亮度和媒質(zhì)衰減系數(shù)等都會影響側(cè)向分辨力，所以在測量側(cè)向分辨力時，一定要將設備的增益和亮度調(diào)到最佳狀況。

（五）幾何位置示值誤差

指B超設備顯示的和測量的實際目標尺寸和距離的準確度。在實際應用中主要測量縱向

幾何位置示值誤差和橫向幾何位置示值誤差。這個技術(shù)參數(shù)對測量生物體內(nèi)病灶尺寸是很有影響的，涉及到診斷與治療的一致性。影響這一準確度的因素,與聲速設定和掃描規(guī)律形式有關(guān)的扇形圖像的均勻性，它比平面線陣掃描幾何位置準確度差些。

(六)聲束切片厚度

指線陣、凸陣和相控陣換能器在垂直于掃描平面方向上的厚度。切片越薄，圖像越清晰，反之會導致圖像壓縮，產(chǎn)生偽像。切片厚度取決于晶片短軸方向的尺寸和固有頻率。解決方法：通常在晶片前加裝聚焦聲透鏡和在整機中采用聚焦技術(shù)。

(七)對比度分辨力

指在圖像上能夠檢測出的回波幅度的最小差別。對比度分辨力越好，圖像的層次感越強，細節(jié)信息越豐富，圖像越細膩柔和。影響這一因素的原因,主要取決于聲信號的頻寬和顯示電路的灰階。

(八)工作頻率、帶寬、重復頻率

１．工作頻率

工作頻率是指超聲探頭發(fā)射頻率，它既與探頭晶振的固有頻率有關(guān)，也與發(fā)射振蕩電路的其他參數(shù)有關(guān)．２．帶寬在脈沖回波系統(tǒng)中所發(fā)射的是脈沖超聲波，這種脈沖群只有很短的持續(xù)時間．根據(jù)頻譜分析可知，一個脈沖包含有許多諧波，即有一個頻帶的寬度；這個含有許多諧波的寬帶就稱為帶寬；其最大能量集中在中心頻率附近．同時也可推知：當脈沖頻率為１.MHz時，其脈沖群的持續(xù)時間只有1s(微秒)；而Ｂ型超聲診斷儀的實際脈沖（工作）頻率是大于１.MHz的，則持續(xù)時間是小于1s(微秒)．．３．重復頻率

超聲診斷儀發(fā)射的超聲波是脈沖信號；按一定時間間隔重復地發(fā)射同樣的脈沖信號，此時間間隔稱為重復周期Ｔ，脈沖每秒鐘出現(xiàn)的次數(shù)稱為重復頻率Ｆ，脈沖持續(xù)時間稱為脈沖寬度Ｗ．重復頻率越小，超聲探測深度越深．超聲發(fā)射脈沖的帶寬（頻帶）越寬，其縱向分辨力越高．

(九)發(fā)射功率

提高換能器輻射的聲功率可提高探測深度。但是提高聲功率要增大電路的發(fā)射電壓。這不僅給整機設計帶來困難，而且必須要限制聲功率在安全劑量閾值內(nèi)設計和使用，尤其對胎兒和兒童要減少和避兔使用超聲作檢查，必要使用時必須使用低功率的超聲診斷儀；超聲發(fā)射功率的技術(shù)指標用聲強來表示，超聲診斷儀的聲強不得大于10mW/cm2。

超聲診斷儀的發(fā)射功率，與探頭晶片的機電轉(zhuǎn)換系數(shù)，發(fā)射電路儲能電容的容量及發(fā)射脈沖的重復頻率是正比關(guān)系，與探頭晶片面積成反比。

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