第5讲 B型超声诊断仪扫描原理a

2 延 时 时 间
A
B
振元 1 8
延迟时间与波束偏角
微角扫描过程 扫描顺序 第1次 第2次 第3次 3 … 第57次 波束偏角 奇数场Ａ 振元1～8 振元2～9 振元3～10 3 10 … 振元57～64 +α 偶数场Ｂ 振元1～8 振元2～9 振元3～10 3 10 … 振元57～64 -α
微角扫描的有什么缺点？
超声波束的扫描、聚焦和控制
Scanning, Focusing & Controlling For Ultrasonic Beam
为什么要多振元组合发射？
原因——辐射面积小，对超声扩散角的影响 辐射面积小， 原因 辐射面积小 例如：对于圆形辐射器而言， 例如：对于圆形辐射器而言，其发散角为
θ1 = arcsin 1.22 = arcsin 0.61
假设：振元为128个，8个振元组合发射
将振元分成A、B两个部分； A、B同时开始扫描，由于间隔较远，波束 互相干扰的可能性较小； 这种方法可以使帧频提高一倍。
本节课小结
1. 2.
电子线阵扫描是以振元组合方式进行的； 采取不同的组合方式可以获得不同的声束 的间隔，从而改变图像的质量（b，b/2， b/4，…）； 电子线阵扫描的核心器件是电子开关电路。
轴线的夹角； a、b分别为矩形振元的长和宽
结论：振元的尺寸越小、面积越小，波束 结论： 的扩散角越大，波束的指向性越差。 这势必影响仪器的横向分辨力，从而导致 反射能量的减弱，使灵敏度降低。 因此，在现代的超声仪器中常常将多个振 元组合应用。
多振元组合发射带来的问题
——辐射面积，对超声近场的影响 辐射面积， 辐射面积 辐射面积加大， 辐射面积加大，超声近场也增大
…
微角扫描
设有一个N个振元的线阵换能器。 将一幅图像分奇(A)、偶(B)两场进行扫描。 奇(A)场相对于中心线有一微小的偏角+α，可得N 条偏角为+α 的扫描线； 偶(B) 场相对于中心线有一微小的偏角-α ，可得N 条偏角为-α 的扫描线。 两场扫描可得2N条扫描线。
扫描方向
1 2 3 4
N
A1 A2
微角扫描（A场）示意图来自扫描方向1 2 3 4
N
B1 B2
微角扫描（B场）示意图
扫描方向
1 2 3 4
N
A1 A2 B1 B2
微角扫描示意图
如何产生偏角？
设总振元数 N=64 选取8个相邻的振元，按照一定的时差 ∆τ 被同 一脉冲激励，根据惠更斯原理，波束产生偏角 α。 奇数场和偶数场延迟相反。
m1
m2 探头
d
(n-m+1)d
问题？ 问题？电子开关的相关知识 14051B 多路电子开关14051的原理和应用 实现电子扫描的工作过程
几种扫描方式
对振元不同顺序分组激励，可以形成不同 的发射波束扫描。
组合顺序扫描 组合间隔扫描 微角扫描
组合顺序扫描
振子驱动定时信号 电子开关 超声脉冲发生器 1 b 2 3 4 5 6 7 8 N 振子
m1 m2 m3
b
扫描
每 n 个扫描一次
电子开关顺序切换方式 将ｍ（这里 m=4 ）个振元构成一个组合， 接入发射/接收电路的振子 使之分时组合轮流工作，从而产生合成超 声波束发射和接收
组合顺序扫描工作过程 发射/接收顺序 第一次 第二次 第三次 第四次 … 第ｎ次 工作振元 1~4 2~5 3~6 4~7 … (n-4+1)~n 声束中心 振元2、3中间 振元3、4中间 振元4、5中间 振元5、6中间 … (n-2)、(n-1) b b b 波束位移
3.
课后思考题 1. 矩形振元 ×b)的横向分辨力 矩形振元(a× 的横向分辨力 的横向分辨力b 可以由扫描方式提高， 可以由扫描方式提高，但是纵向 如何改变？ 如何改变？ 2. 电子线阵扫描的单片机控制的 解决方案。 解决方案。
d
其中：θ１为半扩散角， 其中： 为半扩散角，
λ
λ
d
ｄ为振元的辐射面直径， 为振元的辐射面直径， λ为媒质的波长。 为媒质的波长。
a Y s X
b L
对于矩形振元，其声束垂直和水平的扩散角与边长 的关系：
α = 2arcsin
其中：
λ
a
,
β = 2arcsin
λ
b
α、β分别为为垂直方向、水平方向与中心
波束与显示光栅在空间位置上不一一对应，图 像存在一定的畸变； 远场可能产生波束的交叉，探测深度需要注意。
飞越扫描
问题的提出：
当扫描线较多时，成像一幅图像的时间较长， 也就是帧频会降低，影响实时显示效果。
1 2 3 4
n
1 2 3 4
n
飞越扫描过程 扫描顺序 第1次 第2次 第3次 … 第57次 发射振元A区 1~8 2~9 3~10 … 57~64 发射振元B区 65~72 66~72 67~74 … 121~128
问题？ 问题？ 如何降低超声近场的长度？ 如何降低超声近场的长度？
电子线阵的扫描如何进行？
电子线阵 Electronic Linear Array 由多个压电振元成线阵 或弧形排列构成的，发 射时在控制信号的作用 下，各振元按一定的方 式被分组组合激励，产 生合成波束发射。
电子开关选通单元 CRT
…
组合间隔扫描—2
进一步提高图像清晰度，将扫描线密度提 高到4倍。 本例子中，m = 3，m+1=4 扫描结果声束的间距为 b/4
b 1 1 2 3 4 2 3 4 5 6 7 n
b/4
组合间隔扫描－2 工作过程
发/收顺序 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 … 发射振元 1~3 1~3 1~3 1~4 2~4 … 接收振元 1~3 1~4 2~4 2~4 2~4 … 声束中心 振元2中心 2、3间b/4处 2、3间b/2处 2、3间3b/4处 振元3中心 … b/4 b/4 b/4 b/4 波束位移
第五讲 B型超声诊断仪扫描原理 型超声诊断仪扫描原理
Principle of Type B Ultrasonic Diagnostic Scanner
卢广文 南方医科大学 2007年12月
Contents
1 2 3 4 5 3 超声波束的发射、聚焦和控制 超声回波的接收和与处理 数字扫描变换器 系统控制 仪器实例
…
b
组合顺序扫描方式是线阵探头和凸形探头 均可采用的一种最基本的扫描方式。 这种扫描方式的优点是，
① 实现了电子扫描； ② 多元组合发射可以保证功率，提高灵敏度。
但是，组合顺序扫描方式发射所获得 的图像质量不高。 假设换能器总长为100毫米，振元数 n=64，并设每次由 m=5 个振元发射，则一 帧图像总共才有60条扫描线，每厘米宽度 仅6线，线间位移量 b 约为1.5毫米。 这样的声像图分辨力和清晰度都不高， 图像质量是很差的。
摆动方向
1 2 3 4 5
n
1
1
2
1 2 3 4 5
n
3
4
振元线性排列
扇形扫描
n
1
复习问题？ 复习问题？ 1.两条扫描线间隔的时间和那些参数有关？ 两条扫描线间隔的时间和那些参数有关？ 两条扫描线间隔的时间和那些参数有关 条扫描线完成的时间决定了什么时间？ 2.n 条扫描线完成的时间决定了什么时间？
组合间隔扫描—１
设总振元为n，子振元分两组：一组为m， 一组为m+1。 本例子中，m = 5，m+1=6 扫描结果声束的间距为 b/2
组合间隔扫描－1 工作过程
发/收顺序 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 … 发射振元 1~5 1~6 2~6 2~7 3~7 … 接收振元 1~5 1~6 2~6 2~7 3~7 … 声束中心 振元3中心 振元3、4中间 振元4中心 振元4、5中间 振元5中心 … b/2 b/2 b/2 b/2 波束位移