超声成像波束形成的基本理论
声场在成像场域的分布称为波束形成(beam forming)。波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图2.1。
本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法(聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径)及成像质量的评价标准。.
1 延时叠加波束形成算法
延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间(至少需要几分钟)，不符合实时成像的要求。因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图2.2 所示。
1.1 声场分布的计算
图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的[25]。超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。本节以常用的凸阵探头(离散阵)为例介绍超声空间发射声场的计算
如图2.3 所示，设阵元数为N，阵元的半径为R，相邻两阵元间的距离为d，由于d << R，可近似得到相邻两个阵元之间的夹角为Q=d/R。那么探头上任一阵元i 与中心线的夹角
考虑到换能器的空间响应特性满足互易原理，它的接收空间响应特性与其发射空间响应特性是一致的。因此，关于接收声场的计算，基本上和发射声场的计算方法相同，只是接收焦点的深度总是和计算深度z 相同。
1.2 波束仿真
凸阵探头参数，参考图2.3。超声波的中心频率f=3 MHz，探头曲率半径R=60mm，阵元间距d=0.48 mm，声速c=1540 m/s，阵元数N=32，探测范围为20~200 mm，
焦点在120mm 处。图2.4 为凸阵探头的声场分布示意图。
图2.4 中，横轴z 表示深度，纵轴x 表示横向距离，白色区域越亮表示在域内声场越强；而黑色区域越暗表示声场越弱。由图可知，在焦点周围，声场最强，离焦点越远，声场扩散越快。描述声场分布有两个主要指标，即主瓣(波束)宽度和旁瓣幅度。主瓣宽度是指两侧的声场幅值相对声束轴线方向上的极大值下降3dB(半功率点)的宽度，该宽度值越窄，成像侧向分辨率越高；旁瓣幅度是指声场分布图中最大旁瓣的归一化幅值，该幅值越小，伪像越少，对比度越高。取图2.4 中深度z=120mm 处的截面图，反映声场分布的两个指标，如图2.5所示。由图可知，主瓣宽度约为3mm，旁瓣幅度约为
13dB。
2 波束控制方法
由2.1 节波束仿真介绍，可以了解到波束主瓣宽度和旁瓣幅度对成像质量的影响。控制波束的有效方法有聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径。本节将做简单介绍。
2.1 聚焦与偏转
聚焦(focusing)，是指将换能器子阵中各阵元的接收回波经适当延迟后相加起来，使焦点处发射或散射的信号形成同相位相加，获得最强的合成信号，而不在焦点处的信号因不是同相位相加，合成信号大大削弱，甚至互相抵消[26]。偏转(steering)，也称方向控制，即控制波束扫描的方向，可以沿着垂直于换能器子阵中心的方向(中心轴)，如线阵扫描，也可以偏离中心轴的方向，如凸阵和相控阵扫描[27]。偏转常与聚焦结合起来使用，使得既可以对中心轴上的目标点进行聚焦，也可以对非轴上的目标点进行聚焦，从而保证整幅图像的清晰度。医学超声成像中的各种聚焦方法也代表波束形成的不断进步。
①定点聚焦
这种方式主要应用于最初的超声成像系统中，采用单元式换能器来实现，而不是通过电子聚焦和延时，其延时是固定的，所以只能实现固定的发射和接收聚焦。
定点聚焦的实现过程，如图2.6 所示。
②多区域聚焦
由于多阵元换能器的引入，使得多区域聚焦成为可能。在早期的分段聚焦系统中，发射和接收声束分别在近距离、中距离和远距离聚焦，进行了几次成像[28]，其实现过程如图2.7 所示。分段聚焦需要通过开关延迟线形成多个接收焦点，而开关会引入噪声，实时性很差。
③动态聚焦
临床应用中，为了提高图像的分辨率，要求在整个探测深度上超声波束都有良好的聚焦效果。因此，实际中多采用动态聚焦。动态聚焦是指接收焦点随深度变化，聚焦延时也随着深度变化。理想的动态聚焦效果是能达到保持每条扫描线上的所有点都在焦点上，这就要求控制系统能以回波相同的速度沿扫描线追踪目标，以形成一个滑动的焦点。随着集成电路的发展，数字动态聚焦成为可能。数字动态聚焦的前端工作模式是：采样→延迟→求和→检测→至数字部分，即将接收电路接收到的信号经过放大后立即由A/D 转换器变成数字信号，再经延时后进行数字信号叠加[29]。数字延时器的延时量是由软件控制，可将延时量分的很细，能实现全线程的动态跟踪聚焦。理论上动态聚焦可以应用在发射和接收两个阶段，大幅度提高成像质量。而实际中，只有采用合成孔径成像时，才能实现发射和接收的动态聚焦；对于传统的延时叠加波束来说，考虑到声束的传播，采用发射的动态聚焦就意味着漫长的数据采集时间，这是不现实的，所以一般只在接收时采用动态聚焦，如图2.8 所示。分段动态聚焦是动态聚焦一种改进方式。因为在传统延时叠加波束生成时，很难在发射时采用动态聚焦，而如果用定点聚焦，则成像质量很差。为了弥补这一缺陷，一般采用分段动态聚焦，即将成像空间划分为多个区域，在发射模式下，对每个区域中的一点进行聚焦，在接收模式下，采用动态聚焦，如图2.9 所示。分段动态聚焦相对动态聚焦，成像的分辨率和对比度有所提高，但是帧率有所下降。假设接收动态聚焦的帧率为N，分段数量为K，则分段动态聚焦的帧率降为N/K。在医学超声成像中，发射分段的分段数一般不会超过4。
由于引入主瓣宽度的概念，接下来将要分析研究不同聚焦方式的成像分辨率。图2.10 给出了定点聚焦、多区域聚焦、动态聚焦3 种聚焦方式的接收模式主瓣宽度的示意图。图2.10(a)为定点聚焦，接收焦点定在120mm 处，所以只有在远场处才能获得较好的图像分辨率。图2.10(b)为多区域焦点，在20~80 mm 的深度内，接收焦点取60 mm，在80~140 mm 的深度内，接收焦点取120 mm，在140~200mm，接收焦点取
180mm。多区域聚焦相对于定点聚焦，成像分辨率稍有改善。图2.10(c)为动态聚焦，焦点在探测深度20 ~200 mm 内以1 mm 为步距变化。三图对比可知，只有动态聚焦在整个探测深度有很好的图像分辨率。但考虑到三种聚焦方式的实现过程，可以发现：定点聚焦在发射模式和接收模式下都只需要一组延时参数，多区域聚焦在发射模式和接收模式下需要几组延时参数；而动态聚焦虽然在发射模式下只需一组延时参数，但在接收模式下需要多组延时参数。因此，完成延时参数的存储是实现动态聚焦的难点。
2.2 幅度变迹
幅度变迹技术是一种控制发射和接收声场分布的手段。当发射子阵中各个阵元施加相同幅度的激励信号，就形成了声场中的等幅度相干叠加。理想的等幅相干叠加有-13dB 的旁瓣，影响成像的质量。降低旁瓣等级的方法是收发通道的幅度加权，这样每个阵元的激励信号幅度就可能不一样，这种方法称为幅度变迹。一般地，幅度变迹可以使子阵中中心阵元的激励信号幅度强，而两旁位置阵元的激励信号幅度逐渐减弱。常用的幅度变迹函数有Hanning 函数、Hamming 函数、Blackman 函数，它们的数字表达式为Hanning 窗：
Hanning 窗：
Hanning 窗：
仿真参数设置与图2.5 一致。采用定点聚焦方式，发射焦点为F(0,120) mm，计算深度在z=120mm 处，整个探测深度为20~200 mm。图2.11(a)为分别引入不同的幅度变迹函数后声场分布示意图，(b)对应各自的波束宽度示意图。
由图2.11 可知，引入幅度变迹后，旁瓣幅度有了不同程度的下降，但是增加了波束宽度，成像的分辨率稍有下降。因此，引出了人们对自适应波束形成的研究，希望由接收到的数据计算出动态的加权值，从而达到减小波束宽度，提高图像分辨率的目的。2.3 动态孔径
动态孔径是指在接收过程中动态改变孔径的大小。理论证明，孔径越大，所形成的波束主瓣越窄，旁瓣越低，然而随着孔径的增大，波束在近场区的扩散角也增大了，头附近的分辨率就会急骤降低，得不到体表(近场)附件组织的良好声像图。因此，提出动态孔径技术，即在接收开始时只有位于接收子阵中心的少数通道打开，其他通道处于关闭状态，随着接收深度的增加，越来越多的接收通道开启，接收孔径逐渐加大。这个过程如
图2.12 所示。
最常用的是F- number=2，此时bw=4l，最佳横向分辨率是轴向分辨率的4 倍。动态孔径最大的好处是在采用动态聚焦的接收波束形成中保持F- number(F=fl/ap)为常数。由式(2.15)可知，波束宽度与F- number 成正比，而波束宽度又决定了图像的横向分辨率，因此当焦点深度不断增加时，孔径ap也随着fl 的增大而动态增大，从而保证最大扫描深度范围以内的波束宽度近乎为常数，整幅图像的横
向分辨率比较均匀动态孔径技术除了保持整幅图像的横向分辨率比较均匀外，还可以减少最大延时量，增加近场区的焦区深度及减小TGC 的控制范围。
3 成像质量的评价标准
3.1 轴向分辨率(Axis Resolution)
轴向分辨率，也称纵向分辨率，是指沿超声波轴线方向上可识别的两个靶点或界面的最小距离，用DR 来表示。对于连续超声波，轴向分辨率的理想值为半个波长。显然，提高超声频率可以提高分辨率，但提高频率导致衰减增强，穿透深度减小。所以实际上达不到理论分辨率数值，而是相当于2--3 个波长的数值。
对于超声脉冲回波系统，在声束轴线上可以识别的最小距离DR 将与超声脉冲
的有效脉宽有关，即轴向分辨率ra为
小，就可以分辨轴向方向上靠得越近的两个物体。要改善纵向分辨率，就必须减小脉冲的波长或者脉冲周期。提高发射脉冲的频率可以减小脉冲的波长，但人体组织对超声波传播时的衰减也会随着频率的增大而增加，这样势必会减小最大成像深度。后来的理论发展证明，决定系统距离分辨率的更本质因素是所用信号波形的带宽。因此，如果我们能设计一个脉冲信号，其持续时间可以相当长，但只要所占频谱很宽，仍然可以得到很高的距离分辨率
.2 横向分辨率(Lateral Resolution)
横向分辨率，也称侧向分辨率，它是在超声扫查平面内沿着与超声波束垂直方向上可区
分两个靶点或界面之间的最小宽度[15]
侧向分辨率与超声波束的有效宽度成正比，因此，采用动态聚焦可以提高侧向分辨率。
3.3 对比度(Contrast Resolution)
对比度，即反差。它是超声图像中相邻两个结构能够加以区别程度的量度，也就是画面上最大亮度与最小亮度之比。影响对比度的主要因素有，空间分辨率、系统动态范围、旁瓣电平和噪声电平[31]。提高对比度的主要途径在于电路技术、成像方法及数字信号处理技术等方面的改进。
3.4 时间分辨率(Temporal Resolution)
时间分辨率，反映实时成像能力，通常用帧率来表示。
其中，c 表示声速，R 表示扫描深度，Tb表示一条扫面声束的传播时间，M 表示扫描声束总数。当c 为定值时，扫描深度越深，波束越密，则帧率越低。提高时间分辨率的最有效方法就是采用多波束形成技术，即发射一次超声脉冲，能够形成多条扫描线，从而提高图像帧率。
2.3.5 动态范围
主要包括回波信号的动态范围和超声诊断仪的动态范围。受生物组织的声界面特性、吸收衰减以及探测深度的影响，回波信号的动态范围一般为40-120dB[32]。但是超声诊断仪的动态一般都比较小，在10-60dB 左右，所以在超声成像系统中，为了要接收到回波信号的所有信息，系统必须具有大的输入动态范围，另一方面为了能更清晰的显示断层图像，又必须使接收通道具有小的动态范围。基于以上两种说法，系统一般采用增益补偿和对数压缩来分别实现两种功能。
4 本章小结
动态聚焦、幅度变迹、动态孔径等对波束的控制效果显而易见。从控制波束
方法出发，我们可以认识到传统延时叠加算法的不足以及改进算法的思想：
①在传统延时叠加波束形成，为了在整个探测深度获得良好的分辨率，一般
采用动态接收聚焦。但是，动态聚焦延时参数的存储容量大，很难实现高精度的动态聚焦。
②幅度变迹虽然压制了旁瓣，但代价却是增加了主瓣宽度，降低了成像的空
间分辨率。产生这个问题的根源在于，用于幅度变迹的加权值都是固定的，同空间中散射点的分布以及接收到的数据是无关的。改进的思路是，如何实现真正的动态幅度变迹。
在第三章和第四章中，针对这两个问题，分别提出聚焦延时参数的压缩存储
方法和自适应波束形成。
超声波基础知识的一般讲解 一、超声波探伤物理基础 1、超声波是一种机械波 机械振动：物体沿直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动称为机械振动。 机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波；如水波、声波、超声波等。 产生机械波的条件：（1）要有作机械振动的波源（2）要有能传播机械振动的弹性介质2、波长、波速、频率 1）波长：同一波线上相邻两振动相位相同的质点之间的距离，符号λ 2）波速：波动在弹性介质中单位时间内所传播的距离，符号C 3）频率：波动过程中，任一给定点在1秒内能通过的完整波的个数，符号f 三者的关系：C=λ·f 3、次声波、声波和超声波 1）次声波：频率低于20Hz的机械波 2）声波：频率在20～20000Hz的机械波 3）超声波：频率高于20 KHz的机械波 4、超声波的特性 1）方向性好，犹如手电简灯光在黑暗中寻找到所需物品 2）能量高 3）能在界面上产生反射折射和波型转换 4）超声波穿透能力强 5、超声波的类型 a、按质点的方向分类 1）纵波：介质中质点的振动方向与波的传播方向相同的波 2）横波：介质中质点的振动方向与波的传播方向垂直的波 3）表面波：当介质表面受到交变应力作用时产生沿介质表面传播的波 4）板波：在板厚与波长相当的弹性薄板中传播的波 C、按波的形状分类 1）平面波：波阵面为互相平行的平面的波 2）柱面波：波阵面为同轴圆柱面的波 3）球面波：波阵面为同心球面的波 6、声速 纵波：钢 5900 m/s 铝 6300 m/s 水 1500 m/s 有机玻璃 2700 m/s 空气 340 m/s 横波：只能在固体中传播 钢 3200 m/s 铝 3130 m/s 有机玻璃 1120 m/s 表面波：声速大约为横波的0.9倍，纵波的0.45倍 7、超声波垂直入射到平面上的反射和透射 当超声波垂直入射到足够大的光滑平面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波 设入射波声压为P 0，反射声压为P r , 透射声压为P t , 其声压反射率r=P r / P =(z 2 -z 1 )/ (z 2 +z 1 ) 其声压透射率t=P t / P =2 z 2 / (z 2 +z 1 )
江西中医学院计算机学院08生物医学工程2班黄月丹学号2 超声诊断仪原理及其基本结构 超声成像检查技术是指运用超声波的物理特性，通过高科技电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析处理和显像，从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态作出判断的一种非创性检查技术。 超声诊断技术的发展历程 20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像(快速成像)发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的。80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。 二．超声诊断仪的种类 (一) A型这是一种幅度调制超声诊断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅的高低代表回声的强弱，以波型形式出现，称为回声图，现已被B型超声取代，仅在眼科生物测量方面尚在应用，其优点是测量距离的精度高。(二) B型这是辉度调制型超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。通过扫
描电路，最后显示为断层图像，称为声像图。B型超声诊断仪由于探头和扫描电路的不同，显示的声像图有矩形、梯形和扇形。矩形声像图和梯形声像图用线阵探头实现，适用于浅表器官的诊断；扇形声像图用的探头有多种，机械扇扫探头、相控阵探头和凸阵探头均显示扇形声像图。前二种探头可由小的声窗窥见较宽的深部视野，适用于心脏诊断；后一种探头浅表与深部显示均宽广，适用于腹部诊断，有一种曲率半径小的凸阵探头，也可用小的声窗，窥见深部较宽的视野。 (三) M型 M型超声诊断仪是B型的一种变化，介于A型和B型之间，得到的是一维信息。在辉度调制的基础上，加上一个慢扫描电路，使辉度调制的一维回声信号，得到时间上的展开，形成曲线。用以观察心脏瓣膜活动等，现在M型超声已成为B型超声诊断仪中的一个功能部分不作为单独的仪器出售。(四) D型在二维图像上某点取样，获得多普勒频谱加以分析，获得血流动力学的信息，对心血管的诊断极为有用，所用探头与B型合用，只有连续波多普勒，需要用专用的探头。超声诊断仪兼有B型功能和D型功能者称双功超声诊断仪。(五) 彩色多普勒超声诊断仪具有彩色血流图功能，并覆盖在二维声像图上，可显示脏器和器官内血管的分布、走向，并借此能方便地采样，获得多普勒频谱，测得血流的多项重要的血流动力学参数，供诊断之用。彩色多普勒超声诊断仪一般均兼有B型、M型、D型和彩色血流图功能。(六) 三维超声诊断仪三维超声是建立在二维基础上，在彩色多普勒超声诊断仪的基础上，配上数据采集装置，再加上三维重建软件，该仪器即有三维显示功能。(七) C型C型超声仪也是辉度调制型的一种，与B型不同的是其显示层面与探测面呈同等深度。超声诊断仪基本原理
第1题 当某些晶体受到拉力或压力时会产生形变，从而晶体的表面上出现电荷，这种现象称为____效应 A.压电 B.振动 C.逆压电 D.应变 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 下面的衰减类型中不属于材料特征的是 A.扩散衰减 B.吸收衰减 C.散射衰减 D.以上都是 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 Vp、Vs、VR三者的大小关系是 A.Vp>Vs>VR B.Vs>Vp>VR C.Vp>VR>Vs D.VR>Vs>Vp 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第4题 下列哪个声学参数对缺陷的反应最为敏感？ A.声时 B.声幅 C.频率 D.声速 答案:B
您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 声波透射法的波速属于 A.一维波速 B.二维波速 C.三维波速 D.以上皆是 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 纵波声速___横波声速 A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 声速(v)、波长(λ)和频率(f)三者的关系为 A.f= v*λ B.λ=f*v C.v =f*λ D.v =f/λ 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第8题 声波透射法中测得的桩身混凝土声速是声波在无限大固体介质中传播的声速。对同一根混凝土桩，声波透射法测出的声速应___ 低应变法测量出的声速。
A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 超声波在混凝土中传播时，当混凝土质量差或存在缺陷时接收到的声波信号中，一般可以具有如下特征 A.声时增大、频率变高 B.声时减小、频率变低 C.声时增大、频率变低 D.声时减小、频率变高 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第10题 声波透射法中,换能器在声测管内一般用___耦合 A.空气 B.黄油 C.泥浆 D.清水 答案:D 您的答案：D 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第11题 根据介质质点的振动方向和波的传播方向的关系，机械波的种类分为纵波、横波、表面波等，用于声波透射法检测的波是____ A.纵波 B.横波 C.表面波 D.瑞利波 答案:A 您的答案：A
心脏超声基础知识 切面一：胸骨旁左室长轴切面 自前向后依次为右室前壁、右窒腔、前室间隔(室间隔的前部)、左室流出道和左室腔、二尖瓣前后叶及其腱索与乳头肌和左室后壁。于心底部分则为右室流出道、主动脉根部、主动脉辩和左心房。 切面二：也叫心底短轴切面 显示主动脉根部横切面，主动脉根部后方为左右心房，中间有房间隔。 切面三：二尖瓣短轴 可见二尖瓣菲薄纤细，前后叶镜向运动，于舒张朋呈鱼口样张开，有足够的开放面积，收缩期关闭。左室呈圆形，于收缩期呈一致性向心性收缩。 切面四：乳头肌短轴切 显示左室腔内约在时钟3和8点的位置上二个突起的前外侧与后内侧乳头肌，于收缩期随心壁增厚而增厚。 切面五：心肌切面 显示规则协调的向心性收缩与舒张的圆形图像即左室心尖部 切面六：心尖四腔切面 超声束由心尖向右上心底方向作额面扫查时，可显示左右心室、左右心房、后室间隔与房间隔和二组房室瓣即二尖瓣与三尖瓣。 切面七：心尖二腔观 主要用于观察左心室的前壁及下壁的舒缩功能。 超声基础(操作手法、体位、标准切面、测量位置、及参考值） 第一节肝脾超声检查测量方法与正常值 一、操作手法 1．体位 （1）平卧位：最常用。 （2）左侧卧位：是一个必要的补充体位。 （3）右侧卧位：显示左外叶特别有用。 （4）坐位或半卧位。 2．探头部位可分为右肋下、剑突下、左肋下、右肋间四处 二．肝脏右叶最大斜径 1．测量标准切面：以肝右静脉和肝中静脉汇入下腔静脉的右肋缘下肝脏斜切面为标准测量切面。 2．测量位置：测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处，测量其最大垂直距离。 3．正常参考值（cm）：正常成年人12－14cm。 三．肝脏右叶前后径 1．测量标准切面：第五或第六肋间肝脏右叶的最大切面为标准测量切面。 2．测量位置：测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处，测量其最大垂直距离。 3．正常参考值（cm）：正常成年人8－10cm。 四．肝脏左叶厚度和长度径线 1．测量标准切面：以通过腹主动脉的肝左叶矢状纵切面为标准测量切面，向上尽可能显示隔肌。
心脏超声基础知识 切面一:胸骨旁左室长轴切面 自前向后依次为右室前壁、右窒腔、前室间隔(室间隔的前部)、左室流出道与左室腔、二尖瓣前后叶及其腱索与乳头肌与左室后壁。于心底部分则为右室流出道、主动脉根部、主动脉辩与左心房。 切面二:也叫心底短轴切面 显示主动脉根部横切面,主动脉根部后方为左右心房,中间有房间隔。 切面三:二尖瓣短轴 可见二尖瓣菲薄纤细,前后叶镜向运动,于舒张朋呈鱼口样张开,有足够的开放面积,收缩期关闭。左室呈圆形,于收缩期呈一致性向心性收缩。 切面四:乳头肌短轴切 显示左室腔内约在时钟3与8点的位置上二个突起的前外侧与后内侧乳头肌,于收缩期随心壁增厚而增厚。 切面五:心肌切面 显示规则协调的向心性收缩与舒张的圆形图像即左室心尖部 切面六:心尖四腔切面 超声束由心尖向右上心底方向作额面扫查时,可显示左右心室、左右心房、后室间隔与房间 隔与二组房室瓣即二尖瓣与三尖瓣。 切面七:心尖二腔观 主要用于观察左心室的前壁及下壁的舒缩功能。 超声基础(操作手法、体位、标准切面、测量位置、及参考值) 第一节肝脾超声检查测量方法与正常值 一、操作手法 1.体位 (1)平卧位:最常用。 (2)左侧卧位:就是一个必要的补充体位。 (3)右侧卧位:显示左外叶特别有用。 (4)坐位或半卧位。 2.探头部位可分为右肋下、剑突下、左肋下、右肋间四处 二.肝脏右叶最大斜径 1.测量标准切面:以肝右静脉与肝中静脉汇入下腔静脉的右肋缘下肝脏斜切面为标准测量切面。 2.测量位置:测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处,测量其最大垂直距离。 3.正常参考值(cm):正常成年人12－14cm。 三.肝脏右叶前后径 1.测量标准切面:第五或第六肋间肝脏右叶的最大切面为标准测量切面。 2.测量位置:测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处,测量其最大垂直距离。 3.正常参考值(cm):正常成年人8－10cm。 四.肝脏左叶厚度与长度径线 1.测量标准切面:以通过腹主动脉的肝左叶矢状纵切面为标准测量切面,向上尽可能显示隔肌。
彩色多普勒超声诊断仪技术参数 一、设备名称：数字化高档彩色多普勒超声诊断仪一台 二、设备用途：妇产科、生殖医学、腹部、泌尿科科研高端实时三维彩色多普勒超声诊断仪，尤其在胎儿心脏、生殖道畸形、盆底超声、3D/4D模式下立体输卵管造影及生殖医学具有突出优势，满足产科超声诊断，妇科疑难病例超声诊断，胎儿畸形产前诊断及科研，具有强大的定量分析功能。系统须为投标厂家高端最新型号仪器、最新软件版本，并具有升级能力的设计，以满足将来扩展临床应用的需要。 三、整体要求：国际知名品牌，提供原厂家的技术参数白皮书（Data Sheet）及相关准确证明图片,否则按虚假应标处理。 四、设备的主要性能及功能： 1. 全数字化彩色超声诊断系统主机 1.1 数字式全程动态聚焦，数字式可变孔径及动态变焦技术； *1.2 高分辨率彩色逐行液晶显示器≥23英寸； *1.3 具备≥12英寸液晶触摸屏； *1.4系统动态范围≥274dB； 2. 数字化二维灰阶成像单元： 2.1 具备声束三维聚焦和成像处理技术; *2.2 具备空间复合成像技术，能和彩色模式同时使用； 2.3 具备斑点噪音抑制技术； 2.4 具备频率复合成像技术； 2.5 具备独立角度偏转功能，B 模式、CFM 、PWD模式分别独立角度偏转； 2.6 具备自动优化技术：通过一键能够同时自动调整二维、彩色和频谱的参数； 2.7 具备原始数据采集、储存技术，能对回放的常规图像进行33种参数调节 2.8 具备组织谐波成像,可用于全部2D探头和4D探头；具有明确谐波频率显示；可视可调; 2.9 具备多普勒实时自动计算功能；具备各种双同步和三同步扫查模式；具备同屏剪
超声正常值 儿童！ (2)肝脏大小： 正常：<1岁：肋下2cm内，1~4岁：肋下1cm内，>7岁：肋下不能扪及 轻度肿大：肝脏下缘在剑突与脐连线中点水平线以上 中度肿大：肝脏下缘在剑突与脐连线中点水平线以下，但未超过脐平 重度肿大：肝脏下缘超过脐平 (3)脾大分度： 正常：一般肋下不能扪及（10%的1岁以内小儿肋下恰及） 轻度：深吸气时，脾缘不超过肋下2cm 中度：深吸气时，脾缘超过肋下2cm至脐水平线内 重度：深吸气时，脾缘超过脐水平线或前正中线 (4)头围出生：34cm、 6月：43cm、 1岁：46cm、 2岁：48cm、5岁：50cm (5)胸围出生：32cm、 1岁：=头围、 >1岁：=头围+岁数—1 腹围 <2岁：=胸围、 >2岁：<胸围 (7)身长出生：50cm、 3月：60-61cm、 1岁：75cm、2-12岁：=岁数×7+70cm 体重 1~6月=出生体重+月龄×0.7、7~12月=6+月龄×0.25、≥2岁：岁数×2+7（或8） (9)前囟 1.5岁前闭合、后囟 6-8周前闭合、骨缝 3-4月前闭
合 (10)腕部骨化中心数 1~9岁=年龄+1 (11)体表面积 <30公斤小儿体表面积（平方米）=公斤体重×0.035+0.1 >30公斤小儿体表面积（平方米）=（公斤体重—30）×0.02+1.05 成人各器官正常测量切面及测量值： 第一节肝脏和脾超声检查测量方法与正常值 一．肝脏右叶最大斜径 1．测量标准切面：以肝右静脉和肝中静脉汇入下腔静脉的右肋缘下肝脏斜切面为标准测量切面。 2．测量位置：测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处，测量其最大垂直距离。 3．正常参考值（cm）：正常成年人 12－14cm。 二．肝脏左叶厚度和长度经线 1．测量标准切面：以通过腹主动脉的肝左叶矢状纵切面为标准测量切面，向上尽可能显示隔肌。 2．测量位置：左叶厚度测量点分别置于肝左叶前后缘最宽处的肝包膜（包括尾状叶），测量其最大前后距离，左时长度测量点分别置于肝左叶的上下缘包膜处与人体中线平行。 3．正常参考值（cm）：肝左叶厚径不超过6cm，肝左叶长径不超过9cm。 三．门静脉及胆总管的宽度
超声成像 学习要求：掌握超声成像的基本原理（超声、超声的物理特性及其应用）、超声图像的特点了解超声波的产生、超声成像、超声检查技术与设备，超声诊断的方法学目的：理解超声诊断的临床应用 超声成像的定义：利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特征相互作用后所产生的信息,经信息处理形成图像的成像技术，借此进行疾病诊断的检查方法。 一、超声波的物理特性（1）： 波可分为：电磁波（包括可见光、无线电波、X线）和机械波（包括声波、水波、地震波）声波：20~20000 Hz 超声波：>20000 Hz 医用超声波：2.5~10 MHz 二、超声波的物理特征(2) 1.超声波的物理量（波长、频率、传播速度）及其关系: 物理量: 频率(f) : Hz 声速(c) : m /s 或cm/s 波长(λ) : m 介质密度(ρ) : g／cm3 声阻抗（Ｚ）：Ｚ＝ρ×ｃ(g／cm2．s) 关系: c2=K / ρ即声速取决于波长和频率, 并与介质中的弹性(K) 和密度(ρ) 密切相关c=f ×λ即同一介质中传播(C确定),频率越高则波长越短 传播速度: 固体>液体>气体 2.束射性或指向性（超声波的直线传播） 其方向性与超声频率、声源直径及后者与波长的比值有关 扩散角越小,方向性越好 3.反射：超声在均质性介质传播中不出现反射 反射条件: ①介质声阻抗差>0.1% ②界面大于波长 声阻抗=介质密度与速度的乘积 4.散射
超声波在介质中传播如遇不规则的小界面, 或界面小于波长时,则发生散射 5.衰减： 超声波在介质中传播由于介质吸收(声能转化为热) 、反射、散射等原因,其振幅与强度逐渐降低,这种现象称为衰减。（振幅与强度的减小） 6.多普勒效应： 声束在介质中传播时，如遇到运动的反射界面，其反射的超声波频率随界面运动的情况而发生改变的现象 三、超声波的产生： 1、压电晶片(换能器) 2、压电效应：逆压电效应(电能转变为声能) 正压电效应 四、超声成象基本原理 1、器官、组织中各种界面对超声波的不同反射和/或散射是构成图象的基础。 2、仪器将接收到的含有各种声学信息的回声，经过处理，在显示器上显示为波形、曲线、图象 五、超声诊断的种类 1、A型---A mplitude 以波的形式显示出来,为幅度调制型 2、M型---M otion echocardiography 是B型超声中的一种特殊显示方式 3、B型---B rightness 以光点的形式显示出来,为辉度调制型 扫查连续, 由点, 线而扫描出脏器的解剖切面, 是二维空间显示, 又称二维法 4、D型---D oppler ( pw、cw、color doppler) 彩色多普勒血流显像CDFI(color Doppler flow imaging)： 将二维彩色血流信号重叠到二维B型扫描或M型扫描图上,实现解剖结构与血流状态两种图像结合的实时显像 用红, 黄, 蓝三种基本颜色编码,显示不同血流方向 颜色的辉度与血流速度成正比 彩色多普勒血流显像不仅能清楚的显示心脏大血管的形态结构和活动情况,而且能直观和形象地显示心内血流的方向、速度、范围、有无血流紊乱及异常通路等 ——故有人称之为非损伤性心血管造影法。 六、超声图像特点：
第一章超声成像原理和妇产超声诊断临床基础 第一节超声成像原理 一、超声波的概念和基本特性 （一）超声波的概念频率在2万赫兹以上的机械振动波，称为超声波（ultrasonic wave），简称超声（ultrasound）。能够传递超声波的物质，称为传声介质，它具有质量和弹性，包括各种气体、液体和固体；传声介质有均匀的、不均匀的；有各向同性的、各向异性的等。超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。 （二）超声波的产生医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的，这种换能器又称为探头，能将电能转换为超声能，发射超声波，同时，它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。探头具有发射和接受超声两种功能。常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型，探头的类型不同，发射的超声束形状和大小各不相同，而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。见图1-1-1。 图1-1-1 探头示意 （三）超声波的基本物理量 1．频率（f）：是指单位时间内质点振动的次数。单位是赫兹（Hz）、千赫（KHz）、兆赫（MHz）。超声的频率在20KHz以上，而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级，称为高频超声波，常用频率范围2～10兆赫。频率越高，波的纵向分辨力越好。周期（T）则是一个完整的波通过某点所需的时间。有f·T = 1 。 2．波长（λ）：表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离，也就是一个波周期在空间里的长度。波的纵向分辨力的极限是半波长，因此了解人体软组织中传
导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。 3．声速（C）：是指声波在介质中传播的速度。声速是由弹性介质的特性决定的，不同介质的声速是不同的。人体各种软组织之间声速的差异很小，约5%左右，所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时，假设各种软组织的声速是相等的，即采用了人体软组织平均声速的概念。目前，较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/s。实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的，因此声像图上显示的目标，无论是脏器或病灶，其位置及大小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论，一般可忽略 声速C、波长λ、频率f或周期T之间的关系符合 4．声强（sound intensity）：当声波在介质中传播时，声波的能量从介质的一个体积元通过邻近的体积元向远处传播。 声强是指超声波在介质中传播时，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的平均能量。声强的物理意义为单位时间内在介质中传递的超声能量，或称超声功率。声强小时超声波对人体无害，声强超过一定限度，则可能对人体产生伤害，目前规定临床超声诊断仪安全剂量标准为平均声强小于10mW/cm2。（四）超声波的传播 1. 声特性阻抗（acoustic characteristic impedance）：声特性阻抗（Z）定义为平面自由行波在介质中某一点处的声压（p）与质点速度（u）的比值。在无衰减的平面波的情况下，声特性阻抗等于介质的密度（ρ）与声速（C）的乘积。 2. 声特性阻抗差与声学界面：两种介质的声特性阻抗差大于1‰时，它们的接触面即可构成声学界面。入射的超声波遇声学界面时可发生反射和折射等物理现象。人体软组织及脏器结构声特性阻抗的差异构成大小疏密不等、排列各异的声学界面，是超声波分辨组织结构的声学基础。 3. 声波的界面反射与折射：超声入射到声学界面时引起返回的过程，称为声反射（acoustic reflection）。射向声学界面的入射角等于其反射角。而声波穿过介质之间的界面，进入另一种介质中继续传播的现象，称为声透射（acoustic transmission）。当超声的入射方向不
心脏超声基础知识切面一：胸骨旁左室长轴切面 自前向后依次为右室前壁、右窒腔、前室间隔(室间隔的前部)、左室流出道和左室腔、二尖 瓣前后叶及其腱索与乳头肌和左室后壁。于心底部分则为右室流出道、主动脉根部、主动脉 辩和左心房。 切面二：也叫心底短轴切面 显示主动脉根部横切面，主动脉根部后方为左右心房，中间有房间隔。 切面三：二尖瓣短轴 可见二尖瓣菲薄纤细，前后叶镜向运动，于舒张朋呈鱼口样张开，有足够的开放面积，收缩期关闭。左室呈圆形，于收缩期呈一致性向心性收缩。 切面四：乳头肌短轴切 显示左室腔内约在时钟 3和8点的位置上二个突起的前外侧与后内侧乳头肌，于收缩期随心壁增厚而增厚。 切面五：心肌切面 显示规则协调的向心性收缩与舒张的圆形图像即左室心尖部 切面六：心尖四腔切面 超声束由心尖向右上心底方向作额面扫查时，可显示左右心室、左右心房、后室间隔与房间 隔和二组房室瓣即二尖瓣与三尖瓣。 切面七：心尖二腔观 主要用于观察左心室的前壁及下壁的舒缩功能。 超声基础(操作手法、体位、标准切面、测量位置、及参考值) 第一节肝脾超声检查测量方法与正常值 一、操作手法 1体位 (1)平卧位：最常用。 (2 )左侧卧位：是一个必要的补充体位。 (3)右侧卧位：显示左外叶特别有用。 (4 )坐位或半卧位。 2 ?探头部位可分为右肋下、剑突下、左肋下、右肋间四处 二?肝脏右叶最大斜径 1测量标准切面：以肝右静脉和肝中静脉汇入下腔静脉的右肋缘下肝脏斜切面为标准测量切面。 2 ?测量位置：测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处，测量其最大垂直距离。 3.正常参考值(cm):正常成年人 12— 14cm。 三?肝脏右叶前后径 1.测量标准切面：第五或第六肋间肝脏右叶的最大切面为标准测量切面。 2 ?测量位置：测量点分别置于肝右叶前、后缘之肝包膜处，测量其最大垂直距离。 3.正常参考值(cm):正常成年人 8 — 10cm。 四?肝脏左叶厚度和长度径线 1 ?测量标准切面：以通过腹主动脉的肝左叶矢状纵切面为标准测量切面，向上尽可能显示隔肌。 2 ?测量位置：左叶厚度测量点分别置于肝左叶前后缘最宽处的肝包膜（包括尾状叶），测量其最大前后距离，左叶长度测量点分别置于肝左叶的上下缘包膜处与人体中线平行。
1. 请叙述常见的医用超声探头有哪几种类型？每种探头的用途。 （凸阵－腹部妇产科、线阵－浅表器官术中、相控阵－心脏及颅脑、微凸阵-腔内） 2. 医生在使用超声设备时，非常关注设备的分辨率和穿透力，请叙述工 作频率与二者的关系。 （频率越高，分辨率越好，穿透力越差，频率越低，分辨率越差，穿透力越好） 3. 请叙述现代超声设备是如何解决分辨率和穿透力这对矛盾的。 （宽频带探头+ 变频技术） 4. 请简述超声设备用于医学诊断的优点（三条以上）。 （实时成像、无辐射、可移动/成本低、应用多普勒技术检测血流）5. 请简述超声显示模式中，B模式、M模式的工作原理。 （B模式：将回声信号以光点的形式显示出来，回声强则光点亮，回声弱则光点暗，光点随探头移动连续扫查，呈现出脏器的解剖切面，是二维空间显示，又称二维法）。 （M模式:系在单声束B型扫描基础上加入慢扫描锯齿波，将光点转换成曲线，使回声光点从左向右自行移动扫描，在示波器上显示。 横轴（X）代表光点慢扫描时间；纵轴（Y）代表被测结构所处的深度位置，曲线向上示界面前移，曲线向下示界面后移。当探头固定一点扫查时，从光点的移动可以观察反射体的深度及其活动情况，显示出时间位置曲线图）。 6. 请简述探头作为能量转换器件的工作原理。 （经过人工极化过的压电陶瓷即探头在机械应力的作用下会在电极
表面产生电荷，反之，若对陶瓷施以一个电场，陶瓷也会产生应变，这种机械能转变成电能，电能转变成机械能的现象称为压电效应，由机械能转化成电能称正压电效应，由电能转化成机械能成逆压电效应，超声波的发射应用了逆压电效应，接收应用了正压电效应，探头应用这种压电效应原理发射并接收超声波，经过主机处理在显示屏上得到图象）。 7. 简述医用超声诊断设备的构成。 （由探头、主机、监视器、记录设备组成）。 8. 什么叫帧频？高帧频对于临床诊断有何益处？ （单位时间内获得图象的数量，高帧频可以更细致的观察快速运动的组织结构，获得细小的信息，提高诊断的准确性）。 9. 多普勒技术应用于超声诊断有哪些益处？ （多普勒技术应用多普勒原理用于观察运动的组织，如血管中血液的流动）。 10. 超声波的物理特性有哪些？医用超声波成像主要利用哪两个物理特性成像？ （反射、折射、散射、衍射、绕射。主要应用前两个特性成像）。 11. 脉冲多普勒和连续多普勒的主要不同点是什么？ （脉冲多普勒/PW：间断发射/接收，获取在取样点处多普勒频移信息并分析、显示。主要用于检测低速血流。脉冲波多普勒具有距离选通能力。但不能测量一条线上最大血流速度的信息）。 （连续多普勒/CW：连续发射/接收，获取在取样区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度血流并显示。主要用于检测高速血流）。 12. M 型超声的临床用途是什么？ （用于心脏及胎儿心率的测量，应用M型检查将心脏各层组织结构回
超声多普勒成像原理 当声发射源与声接收器有相对运动时，接收器所接收到的声波频率与发射频率有所不同，这一现象称为多普勒效应。超声多普勒法成像就是应用超声波的多普勒效应，从体外得到人体运动脏器的信息，进行处理和显示。现已普遍用于血流、心脏和产科等方面的检查。超声血流测量仪、起声胎心检测仪、超声血管显像仪以及超声血压计、超声血流速度剖面测试仪等多种仪器在临床上广为应用。 超声波对血管内流动的红血球接收散射，根据多普勒效应，即反射频率于 ，由下式给出：发射频率之间将产生偏移即多普勒频移f d f =2v f0cosθ/C d 式中v为红血球的运动速度，C为超声波的速度。由公式可以看出，与血流 就可求得v。 速度成正比，若检出f d 超声多普勒法分连续多普勒和脉冲多普勒。前者的缺点是没有距离分辨能力，在射线方向上的所有多普勒信号总是重叠在一起；后者具有距离分辨能力，能够捡出某特定深度的多普勒信号，可用于清洁箱内部和大血管血流信号的检测。但由于采用脉冲波，受重复频率产生的重叠幻像的影响，测定深部高速血流具有一定的困难。
现在的超声多普勒成像装置大多采用与B超相结合的方法，在B超上一边设立多普勒取样，一边捡出血流信息。多普勒波束是与B超超声波束一起发射的。由同一探头接收放大，经延迟线和加法器后，进入混频电路和低通滤波器进行相位检波，然后通过取样状态设定电路和带通滤波器取出特定深度的多普勒信号，并将从心脏壁和血管壁来的运动滞后的低频多普勒信号滤除。取出的多普勒信号一路可以送到扬声器进行监听，一路可以经过A/D转换送到频谱分析器进行快速傅里叶变换(FFT)，通过变换后便可得到多普勒频谱。以横轴表示时间，纵轴表示多普勒频移（速度），各个多普勒频率强度（功率）用辉度显示。由于FFT变换频谱范围宽，可以判断是紊流还是层流。最后，经D/A变换后与B型、M型图像一起显示。 彩色多普勒成像装置
1.请叙述常见的医用超声探头有哪几种类型？每种探头的用途。（凸阵 －腹部妇产科、线阵－浅表器官术中、相控阵－心脏及颅脑、微凸阵-腔内） 2.医生在使用超声设备时，非常关注设备的分辨率和穿透力，请叙述 工作频率与二者的关系。 （频率越高，分辨率越好，穿透力越差，频率越低，分辨率越差，穿透力越好） 3.请叙述现代超声设备是如何解决分辨率和穿透力这对矛盾的。（宽频 带探头+ 变频技术） 4.请简述超声设备用于医学诊断的优点（三条以上）。（实时成像、无 辐射、可移动/成本低、应用多普勒技术检测血流） 5.请简述超声显示模式中，B模式、M模式的工作原理。（B模式： 将回声信号以光点的形式显示出来，回声强则光点亮，回声弱则光点暗，光点随探头移动连续扫查，呈现出脏器的解剖切面，是二维空间显示，又称二维法）。 （M模式:系在单声束B型扫描基础上加入慢扫描锯齿波，将光点转换成曲线，使回声光点从左向右自行移动扫描，在示波器上显示。 横轴（X）代表光点慢扫描时间；纵轴（Y）代表被测结构所处的深度位置，曲线向上示界面前移，曲线向下示界面后移。当探头固定一点扫查时，从光点的移动可以观察反射体的深度及其活动情况，显示出时间位置曲线图）。 6.请简述探头作为能量转换器件的工作原理。（经过人工极化过的压电 陶瓷即探头在机械应力的作用下会在电极
表面产生电荷，反之，若对陶瓷施以一个电场，陶瓷也会产生应变，这种机械能转变成电能，电能转变成机械能的现象称为压电效应，由机械能转化成电能称正压电效应，由电能转化成机械能成逆压电效应，超声波的发射应用了逆压电效应，接收应用了正压电效应，探头应用这种压电效应原理发射并接收超声波，经过主机处理在显示屏上得到图象）。 7.简述医用超声诊断设备的构成。 （由探头、主机、监视器、记录设备组成）。 8.什么叫帧频？高帧频对于临床诊断有何益处？ （单位时间内获得图象的数量，高帧频可以更细致的观察快速运动的组织结构，获得细小的信息，提高诊断的准确性）。 9.多普勒技术应用于超声诊断有哪些益处？ （多普勒技术应用多普勒原理用于观察运动的组织，如血管中血液的流动）。 10.超声波的物理特性有哪些？医用超声波成像主要利用哪两个物理特性成像？ （反射、折射、散射、衍射、绕射。主要应用前两个特性成像）。11.脉冲多普勒和连续多普勒的主要不同点是什么？ （脉冲多普勒/PW ：间断发射/接收，获取在取样点处多普勒频移信息并分析、显示。主要用于检测低速血流。脉冲波多普勒具有距离选通能力。但不能测量一条线上最大血流速度的信息）。 （连续多普勒/CW ：连续发射/接收，获取在取样区域内多点多普勒频移信息，检测出最高速度血流并显示。主要用于检测高速血流）。 12.M型超声的临床用途是什么？ （用于心脏及胎儿心率的测量，应用M型检查将心脏各层组织结构回
超声成像波束形成的基本理论 声场在成像场域的分布称为波束形成(beam forming)。波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图2.1。 本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法(聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径)及成像质量的评价标准。. 1 延时叠加波束形成算法 延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间(至少需要几分钟)，不符合实时成像的要求。因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图2.2 所示。
1.1 声场分布的计算 图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的[25]。超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。本节以常用的凸阵探头(离散阵)为例介绍超声空间发射声场的计算
如图2.3 所示，设阵元数为N，阵元的半径为R，相邻两阵元间的距离为d，由于d << R，可近似得到相邻两个阵元之间的夹角为Q=d/R。那么探头上任一阵元i 与中心线的夹角
“三基”训练——超声诊断学～基础理论和基本知识问答（一） 1.什么是波长？ 波长是指两个相邻波峰或波谷之间的距离。即波在振动一次的时间内所传播的距离称为一个波长。 2.何谓超声声强和第二次声源？ （1）超声声强又称强度，它是指垂直于单位面积的声能量，单位为W/cm2或mＷ/cm2。（2）超声在传播途中遇到各种大小不同界面产生反射或散射，即再一次向周围发出超声时，则该物体称为第二次声源。 3.试说明逆压电效应。 给晶体施加交变电压后可造成机械变形并产生超声，此现象称为逆压电效应。 4.何谓声阻抗？ 声阻抗系指超声波通过介质遇到的阻力。一般它随介质和声波频率等不同而异，但在平面上的纵波的声阻抗与频率无关，而是等于组织的密度乘以声波在组织中的传播速度。公式：Z＝ρ×C(Z为声阻抗，ρ为物质密度，C为声速) 5.试述超声探头的作用。 超声探头又称换能器，它具有发射超声和接受返回超声的能力，也就是能够将电能转变成机械能（声能），又把声能转变成电能。 6.试述超声束在聚焦区能量的变化。 在超声聚焦区的声束直径较小，胜强是指单位声束截面积上的能量。声束截面积减少，强度增加。 7.试说明超声在软组织中传播的平均速度。 在标准大气压和室温（17~25℃）控制下测定人体不同软组织，具有不同的声速，如肝1549m/s、血1570m/s、肌肉1581m/s…故仪器上对软组织取其平均值1540m/s。 8.超声传播产生衰减的原因是什么？ 是由于声速的扩散、散射以及反射造成，也可因组织吸收造成衰减。 9.增加脉冲重复频率（周期）的作用是什么？ .增加脉冲重复频率（周期）并不能改善分辨力，但可以增加最大显示深度，故有利于深部位的检查。 10.试说明超声轴向分辨力和横向分辨力的含义。 （1）轴向分辨力是指超声能区分平行于声束的两个物体的能力，也称纵向分辨力。它取决于波长，通常频率越高，波长越短，轴向分辨力越高。 （2）横向分辨力指区分垂直于声束的两个物体的能力，也称方位分辨力。它取决于声束直径的大小，声束直径随离开探头的距离而变化。如声束直径大横向分辨力差。 “三基”训练——超声诊断学～基础理论和基本知识问答（二） 11.何谓超声脉冲宽度、动态范围和宽带？ 脉冲宽度指超声周期与某个脉冲的循环周期数之积。 动态范围指超声系统可控制的最大能量与最小能量之比。 超声宽带是指一个超声脉冲所包含的频率范围。 12.超声出现镜面反射的含义是什么？ 当物体界面大于波长时，称为镜面反射体。当超声束落在镜面反射体上时其反射角等于入射角，因此在形成声像图时反射就成为一个关键因素，当探头垂直于界面时，可得到最强反射回声。 13.试解释彗星伪像、边缘伪像和混响伪像。
超声基础知识入门_超声基础知识总结 超声基础知识总结物理基础基本概念――人耳听觉范围：20-20000HZ 超纵声波频率＞20000HZ――纵波（疏密波）：粒子运动平行于波传播轴； 诊断最常用超声频率：2-10MHZ 基本物理量：频率（f）、波长（λ）、声速（c）； 三者关系：λ＝c／f 人体软组织的声速平均为1540m/s，与水的声速相近； 骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。 超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；简称声场，又称声束。 声束的影响因素：探头的形状、大小； 阵元数及其排列； 工作频率（超声的波长）； 有无聚焦及聚焦的方式；
吸收衰减； 反射、折射和散射等。 声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声； 旁瓣的反向总有偏差，容易产生伪像。 声场可分为近场和远场两部分（1）近场声束集中，呈圆柱状； 直径――探头直径（较粗）； （横断面声能分布不均匀）长度――超声频率和探头半径。 公式：L＝（2r·f）／c L为近场长度， r为振动源半径， f为频率， c为声速（2）远场声束扩散，呈喇叭状； 声束扩散角越小，指向性越好。 （横断面声能分布较均匀）声束两侧扩散的角度为扩散角（2θ）； 半扩散角（θ）。 超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。
影像因素：增加超声频率； ――近场变断、扩散角变小； 增加探头孔径（直径）――但横向分辨率下降。 采用聚焦技术――方法：固定式声透镜聚焦； 电子相控阵聚焦； 声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和（或）侧向分辨力。 固定式声透镜聚焦――将声透镜贴附在探头表面。 常用于线阵探头、凸阵探头； 可提高横向分辨力，但远场仍散焦。 电子相控阵聚焦――（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚焦或多点聚焦； 可提高侧向分辨力； 常用于线阵探头、凸阵探头； （2）动态聚焦：在长轴方向上全程接收聚焦。
超声基础知识总结 物理基础 基本概念――人耳听觉范围：20-20000H Z 超纵声波频率＞20000H Z――纵波（疏密波）：粒子运动平行于波传播轴； 诊断最常用超声频率：2-10MH Z 基本物理量：频率（f）、波长（λ）、声速（c）；三者关系：λ＝c／f 人体软组织的声速平均为1540m/s，与水的声速相近；骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。 超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；简称声场，又称声束。 声束的影响因素：探头的形状、大小； 阵元数及其排列； 工作频率（超声的波长）； 有无聚焦及聚焦的方式； 吸收衰减； 反射、折射和散射等。 声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的反向总有偏差，容易产生伪像。 声场可分为近场和远场两部分 （1）近场声束集中，呈圆柱状；直径――探头直径（较粗）； （横断面声能分布不均匀）长度――超声频率和探头半径。 公式：L＝（2r·f）／c L为近场长度， r为振动源半径， f为频率， c为声速 （2）远场声束扩散，呈喇叭状；声束扩散角越小，指向性越好。 （横断面声能分布较均匀） 声束两侧扩散的角度为扩散角（2θ）；半扩散角（θ）。 超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。 影像因素：增加超声频率；――近场变断、扩散角变小； 增加探头孔径（直径）――但横向分辨率下降。 采用聚焦技术――方法：固定式声透镜聚焦； 电子相控阵聚焦； 声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和（或）侧向分辨力。 固定式声透镜聚焦――将声透镜贴附在探头表面。 常用于线阵探头、凸阵探头； 可提高横向分辨力，但远场仍散焦。 电子相控阵聚焦――（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚 焦或多点聚焦；可提高侧向分辨力； 常用于线阵探头、凸阵探头； （2）动态聚焦：在长轴方向上全程接收聚焦。 （3）利用环阵探头进行环阵相控聚焦； 可改善横向、侧向分辨力； （4）其他聚焦技术：如二维多阵元探头。
三维超声成像技术的基本原理及操作步骤 230031安徽合肥解放军 105医院罗福成 1基本原理 三维超声成像分为静态三维成像 (static three 2 dimensional imaging 和动态三维成像 (dynamic three 2dimensional imaging , 动态三维成像由于参考时间因素 (心动周期 , 用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像 , 则又称之为四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。 111立体几何构成法该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合 , 需要大量的几何原型 , 因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合 , 现已很少应用。 112表面轮廓提取法是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接 , 形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法 , 曾用于心脏表面的三维重建。该技术所需计算机内存少 , 运动速度较快。缺点是 :(1 需人工对脏器的组织结构勾边 , 既费时又受操作者主观因素的影响 ; (2 只能重建比较大的心脏结构 (如左、右心腔 , 不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建 ; (3 不具灰阶特征 , 难以显示解剖细 节 , 故未被临床采用。 113体元模型法 (votel mode 是目前最为理想的动态三维超声成像技术 , 可对结构的所有组织信息进行重建。在体元模型法中 , 三维物体被划分成依次排列的小立方体 , 一个小立方体就是一个体元。任一体元 (v 可用中心坐标 (x ,y ,z 确定 , 这里 x ,y , z 分别被假定为区间中的整数。二维图像中最小单元为像素 , 三维图像中则为体素或体元 , 体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。与平面概念不同 , 体元素空间模型表示的是容积概念 , 与每个体元相对应的数 V (v 叫做“ 体元值” 或“ 体元容积” , 一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大 , 而体元数目的多少 (即体元素 空间分辨率决定模型的复杂程度。目前 , 国内外大多数使用 Tom Tec Eeno view computer -work station 来进行体元模型三维成像。