《超声成像设备》PPT课件

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1、超声成像设备中山大学生物医学工程教研室伍于添第一节概述一、超声成像设备发展史一八八O年法国居里兄弟（PierreandJacquesCurie）发现压电效应。法国朗之万（PaulLangevin）于1917年应用压电原理进行超声探测，并于1921年发展成声纳（SoundNavigationandRanging）。直至1942年，奥地利KTDussik才使用A型超声装置，用穿透法探测颅脑。1952年美国DHHowry开始研究超声显像法，并于1954年将B超应用于临床。1954年瑞典IEdler首先用

2、M型检查心脏。1955年JJWild首次成功用PPI型作直肠内的体腔探查。1956年日本里村茂夫首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利用连续波多普勒法判断心脏瓣膜病。1959年DLFranklin研制出脉冲多普勒超声。1958年GBaum等开始眼球的扇形扫查法。同年英国IDonald等用BP型超声诊断盆腔肿物和妊娠子宫。1967年NBom提出电子扫描法，同年JCSoner提出相控阵扫描法，同时期德国应用双晶片旋转式探头的机械方形扫查（Vidoson）。1968年PNTWells提出TGC补偿原理，

3、同年WJFry开始应用计算机技术于B超。1972年GKossoff提出灰度回声图概念，同年HHHolm制成穿刺活检探头。1973年JPlummer提出C型超声显像法。1978年伊藤提出F型扫查法。在七十年代中后期采用了灰阶及DSC技术，明显改善图像质量，实时超声显像开始受到重视，八十年代是B型超声发展最迅速的时期。彩色血流图（CFM）直到1983年才由日本Aloka公司首先研制成功。1990年奥地利Krety公司制成3D扫描器，并使3D商品化。1991年美国ATL公司推出世界第一台全数字化超声系统

4、后，全数字化技术即成为九十年代和目前发展的方向，它使超声诊断系统的水平进入一个新阶段，在此期间又相继出现了一些新技术，诸如：显示心肌组织运动情况的CDTI（彩色多普勒组织图）技术；能显示低速血流的CDE（彩色多普勒能量图）和DPA（方向性能量图）技术；有效观察室壁运动和心肌灌注质量的对比谐波成像技术（CHI）和有效改善深部组织图像质量的组织谐波成像技术（THI）。超声诊断设备是一个信息提取、处理和显示的综合体，它需要各相关学科的补充和渗透，其中特别是压电材料、专用VLSI、计算机和信号处理技术，才

5、能实现系统的各种功能。它发展的方向是提高诊断的特异性和信息量，以及仪器的性能价格比。二、超声诊断仪的基本结构超声诊断仪的工作原理，是向被检人体组织发射超声波，并将受人体组织作用产生的回波接收，检出回波某种物理参量的变化（如幅度、频率等），然后以某种方式在显示器上显示，并由记录仪记录，供医生诊断分析。因此，超声诊断仪最基本的结构包括探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、标距电路、显示器和记录器等部分。（一）探头超声诊断仪中，同时具有超声发射和接收作用的部件，称为探头。将电振荡变成超声，穿透人

6、体组织，是探头的发射作用；将从人体组织返回的超声回波变换成电信号，馈送至接收电路，是探头的接收作用。仪器的性能，如灵敏度、分辨率和伪像的大小都与探头有关。探头是超声诊断仪的关键部件，了解它的工作原理、基本结构，以及正确使用与保养是十分必要的。医用压电材料超声探头是一种电声换能器。它实现电能与超声能的相互转换。压电振子是其核心器件，由具有压电效应的压电材料组成。用于医用超声诊断换能器的压电材料，按物理结构分为四大类：压电单晶体（如铌酸锂、酒石酸钾钠等）、压电多晶体（又称压电陶瓷，如偏铌酸铅、锆钛酸铅

7、等）、压电高分子聚合物（如聚偏二氟乙烯）和复合压电材料（聚偏二氟乙烯和锆钛酸铅复合）等。压电陶瓷也有不足之处。如使用频率不能太高；抗拉强度低，具有脆性；居里点不够高，压电性能受温度影响大；具有一定时间老化性，即压电性能会随时间而变化。医用超声换能器目前多数采用陶瓷材料制成的压电振子。它具有如下优点：（1）电声相互转换效率高。采用较低的激励电压，也具有较高的灵敏度。（2）易与电路匹配。（3）性能比较稳定。（4）非水溶性，耐湿和机械强度较大。（5）价廉。（6）易加工，可压制成各种形状、尺寸。而且，通过

8、掺杂、取代、改变材料配方等改性办法，可大范围调整压电陶瓷的性能参数，满足某些使用要求。压电陶瓷的制造工艺十分复杂。它的性能不仅取决于配方，也取决于加工工艺。陶瓷属于固体无机材料。采用适当配方的原料进行混合、成型和高温烧结成的铁电陶瓷，不具压电效应。这是由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的许多微细晶粒，各自按任意的无规则的方向排列，呈各向异性之故。但是它具有铁电性。对其施加直流电场进行极化处理后，使陶瓷的各个晶粒的自发极化方向将平行地取向于电场方向，而具有近似于单晶的极性，呈现明显