CDFI彩色多普勒上岗证培训-p课件.ppt
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1、全国大型医疗设备使用人员全国大型医疗设备使用人员 彩色多普勒技术考试彩色多普勒技术考试 辅导材料第一章第一章 物理基础物理基础第一节第一节 超声波的概念超声波的概念一、基本概念一、基本概念1、人耳的听觉范围:、人耳的听觉范围:20-20000Hz。2、超声波是频率大于、超声波是频率大于20000Hz的机械波。的机械波。3、超声波具有声波的共同物理性质。、超声波具有声波的共同物理性质。4、临床常用的超声频率在临床常用的超声频率在2MHz1010 MHz之间。之间。超声波基本物理量:1、超声波有三个基本物理量,即频率(f),波长(),声速(c),它们的关系是:c=f或或=c/f,传播超声波的媒介物
2、质叫做传播超声波的媒介物质叫做介质介质,不同频率的超声波在相同介质中传播时,声 速 基 本 相 同。在 人 体 软 组 织 中 声 速 为1540m/s。2、相同频率的超声波在不同介质中传播,声速、相同频率的超声波在不同介质中传播,声速不相同,人体软组织中超声波速度总体差异约不相同,人体软组织中超声波速度总体差异约为为5%。利用超声方法进行测距的误差也是。利用超声方法进行测距的误差也是5%左右。左右。多振子探头的声场分布呈多振子探头的声场分布呈“花瓣花瓣”状。状。1、超声波在介质中传播时,遇到不同声阻的分界面,会产生反射和折射,反射的能量由 Z2-Z1 2 反射系数RI=决定。Z2+Z1 Z1
3、、Z2为两种介质的特性声阻抗,Z=pc(密度声速)当Z1=Z2,为均匀介质,则RI=0,无反射。当当Z1 肝组织肝组织血液血液若进一步细分:骨(或钙化)若进一步细分:骨(或钙化)肌腱(或软骨)肌腱(或软骨)肝(或肾)肝(或肾)脂肪脂肪血液血液尿液(或胆汁)。尿液(或胆汁)。组织中含胶原蛋白和钙质越多,声衰减越大,液体内含蛋白成分越多,声衰减越大。6、超声波在介质中传播时,显示器上能够区分声束中两、超声波在介质中传播时,显示器上能够区分声束中两个细小目标的能力或最小距离,称为分辨力。其受多种个细小目标的能力或最小距离,称为分辨力。其受多种因素影响,如频率、脉冲宽度、声束宽度、声场远近和因素影响,
4、如频率、脉冲宽度、声束宽度、声场远近和能量分布、探头类型和仪器功能等。能量分布、探头类型和仪器功能等。(1)轴向分辨力:指在声束长轴上区分两个细小目标的)轴向分辨力:指在声束长轴上区分两个细小目标的能力,与波长密切相关。频率越高,轴向分辨力越好。能力,与波长密切相关。频率越高,轴向分辨力越好。从单纯理论上计算,轴向分辨力在数值上为从单纯理论上计算,轴向分辨力在数值上为1/2,但但实际显示的分辨力要低于理论分辨力实际显示的分辨力要低于理论分辨力5 58 8倍。倍。如遇声阻如遇声阻不同的障碍物(目标点)则声束方向和声强将发生改变。不同的障碍物(目标点)则声束方向和声强将发生改变。其改变程度与障碍物
5、之大小及声阻抗有关。其改变程度与障碍物之大小及声阻抗有关。当障碍物的当障碍物的直径大于直径大于1/2,在该障碍物表面产生回声反射。当,在该障碍物表面产生回声反射。当障障碍物的直径等于或小于碍物的直径等于或小于1/2,超声波将饶过该,超声波将饶过该障碍物障碍物而继续前进,反射很少,这种现象称为衍射,而继续前进,反射很少,这种现象称为衍射,故超声波故超声波波长越短,能发现障碍物越小。波长越短,能发现障碍物越小。四、超声多普勒效应 1、当声源与反射界面(或散射体)作相对运动时,由于超声波在一定介质中传播的速度是恒定的,故可看作超声的波长被压缩或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动(改变),它仍需满足
6、C=f的关系,这种现象称之为多普勒效应。2VcosQ 其多普勒公式为:fd=fR-f0=fO C fd为多普勒频移,fO为入射频率,fR为反射频率,V为反射物体运动速度,C为声速,Q为运动方向与入射波间的夹角。2、当fO=3 MHz fR=3.005 MHz 则fd=fR-fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音频范围内。检出fd后,利用扬声器发出响声来监听,并通过FFT对fd进行频谱分析,所以多普勒频移属于声波范畴所以多普勒频移属于声波范畴。一、一、超声声强概念:对超声诊断设备的超声辐射,针对人体不同部位,规定了限定值人体不同部位超声强度的限定值 FDA(美国食品药品局)规定 Ispp
7、a (W/cm2)Ispta (mw/cm2)Im (w/cm2)心脏 190 430 310 脉管 190 720 310 眼部 28 17 50 胎儿 190 94 310Isppa:空间峰值脉冲平均声强空间峰值脉冲平均声强Ispta:空间峰值时间平均声强空间峰值时间平均声强Im:最大声强度Iob:真实声束声强真实声束声强国际电工委员会:IEC 1157-92规定Iob 20 mw/cm2 胎儿胎儿Ispta 100 mw/cm2超出这些规定值应公布其声强输出,超声强度超出规定超出这些规定值应公布其声强输出,超声强度超出规定,将造成若干生物效将造成若干生物效应,应,如:育龄妇女早熟排卵,受
8、孕率下降,胎儿体重减轻,产后儿童发育迟缓等。二、超声对生物体影响的作用原理1、空化作用:在液体中出现强超声时,会出现一种类似雾状的气泡、空化作用:在液体中出现强超声时,会出现一种类似雾状的气泡,就如轮船推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样,这就是空这就是空化作用。生物组织由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形化作用。生物组织由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形变,以至使细胞坏死和整个生物组织坏死。变,以至使细胞坏死和整个生物组织坏死。2、热作用:生物组织在超声机械能作用下,由于沾滞吸收,将一部、热作用:生物组织在超声机械能作用下,由于沾滞吸收,将一部分超声能转化为热能,使生物组织的温度
9、上升。分超声能转化为热能,使生物组织的温度上升。3、超声的生物作用:超声对组织器官的影响超声对组织器官的影响 在强超声作用下,将使坐骨神经、脊髓、淋巴细胞、肝组织损伤。超声对细胞的影响超声对细胞的影响 超声诊断声强较强时对子宫癌HELA细胞,人羊膜的FK细胞等有影响。超声对染色体的影响超声对染色体的影响 超声对精子的影响超声对精子的影响 强超声对精子活动力及受精卵易发生危害。三、超声诊断的安全因素:三、超声诊断的安全因素:超声剂量(声强)的限定值超声剂量(声强)的限定值 Ispta100 mw/cm2 超声照射时间:通常一次超声超声照射时间:通常一次超声10-20分钟分钟 当电脉冲加至超声换能
10、器后当电脉冲加至超声换能器后,电能转变成机械能,其实质是将,电能转变成机械能,其实质是将“电电功率功率”转换成转换成“声功率声功率”。超声在生物组织中传播。超声在生物组织中传播,使介质分,使介质分子微粒发生高频机械振荡,这形成了超声能量传递或功率作用。子微粒发生高频机械振荡,这形成了超声能量传递或功率作用。一一、声强(、声强(intensity)的定义)的定义 是描述超声能量(energy)的物理量。超声束在单位时间通过单位截面积(CSA)的超声能。即指单位面积上被照射的声功率(W/cm2 、瓦/平方厘米或 J/s.cm2、焦/秒.平方厘米)。一般诊断级超声在 100mw/cm2以下,不引起明
11、显的生物效应,对人体无伤害。二二、常用的声强指标、常用的声强指标 脉冲超声声强 超声换能器发射脉冲超声,脉冲超声 的最大声强称“时间峰值”(TP)”声强和“时间平均(TA)”声强。由于声场中声强分布不均匀,而有“空间峰值(SP)”和 “空间平均(SA)”声强的概念 空间峰值时间平均声强(空间峰值时间平均声强(ISPTA)W/cm2 在声场中或是某一指定平面上的时间平均声强的最大值。空间峰值空间峰值脉冲平均声强(脉冲平均声强(ISPPA)W/cm2 在声场中或是某一指定平面内的脉冲平均声强的最大值。最大声强最大声强 (IM、ImaxImax)W/cm2 在空间最大值处 ,具有最大时间平均声强的腺
12、脉冲半周期内的时间平均声强。真实声束声强真实声束声强 (Iob)三三、热作用和空化效应指标、热作用和空化效应指标 1、热指数热指数 (Thermal index TI)超声照射到声学界面,产生温升与使界面温度升高 1oC的比值。TI在1.0以下无致伤,但对胎儿应调至 0.4以下;对眼球应调至 0.2以下。2、机械指数、机械指数(Mechanical index)超声在弛张期的负压峰值(Mpa数)与探头中心频率(MHz数)平方根数的比值。通常认为 MI值在 1.0以下无致伤性,但对胎儿应调至0.3以下;对眼球应调至 0.1以下。诊断用超声的安全性和应用原则(诊断用超声的安全性和应用原则(世界医学
13、生物学超声联合会、“世超联世超联 WFUMB”声明摘要 1992)1、目前使用的简单的 B型超声仪的声功率,不可能产生有害的温度升高作用,因此它在致热方面无禁忌征,包括经阴道、经腹壁和内镜超声的应用。2、某些 Doppler诊断仪在无血流灌注的实验条件下,可引起显著升温生物效应。将超声照射时间尽可能减少,可使升温作用降至最小,并调节到最低功率。动物实验表明,小于 38.5o C则可广泛使用,包括产科应用。第二章第二章 彩色多普勒基础彩色多普勒基础第一节第一节 多普勒超声基础多普勒超声基础一、多普勒基本概念 1、多普勒超声血流检测技术主要用于测量血流速度,确定血流方、多普勒超声血流检测技术主要用
14、于测量血流速度,确定血流方向,确定血流种类:如,层流、射流等;获得速度、时间积分,向,确定血流种类:如,层流、射流等;获得速度、时间积分,压差等有关血流的参数。压差等有关血流的参数。2、多普勒方式表达血流速度的公式如下:c(fd)V=2cosQ fo式中C为声速(1540m/s)fo:发射频率(已知)COSQCOSQ是血流与声束夹角的余弦函数,当相对固定时,是血流与声束夹角的余弦函数,当相对固定时,则则fd与流速成与流速成正比,正比,fd即影响流即影响流 速值速值V。当多普勒入射角(Q)恒定时,频移fd 仅决定于发射频率fo。对于某一定的对于某一定的fd,fo越小,则可测的血流速度越小,则可测
15、的血流速度V就越大。欲测高速血就越大。欲测高速血流,流,fo就应选择低频率的探头。就应选择低频率的探头。当血流速度保持恒定时,如:当血流速度保持恒定时,如:100 cm/s(以及恒定的(以及恒定的fo和和C),那影响),那影响fd的参数的参数只有只有COSQCOSQ,即频移的数值依赖于入射角,即频移的数值依赖于入射角的变化,而速度的数值与入射角无关。的变化,而速度的数值与入射角无关。Q角改变的一般规律:a)当OOQ900时,COSQ为正值,即血流迎超声探头而来,频率增加,fd为正向频移。b)当900 Q2 fd,或写成,或写成fdc0c2。介质中各点传播的声速不同而导致声波传播过程中形态上发生
16、轻微变化,。介质中各点传播的声速不同而导致声波传播过程中形态上发生轻微变化,即产生畸变。图即产生畸变。图11波峰变尖,这就意味着谐波频率的产生,这种尖峰特征比波的圆饨的波谷传播更快。波峰变尖,这就意味着谐波频率的产生,这种尖峰特征比波的圆饨的波谷传播更快。此种现象与海浪涌向岸边时逐渐演变为尖而陡的波浪类似,浪尖峰代表较高的谐波频率,而近海岸边的则代此种现象与海浪涌向岸边时逐渐演变为尖而陡的波浪类似,浪尖峰代表较高的谐波频率,而近海岸边的则代表基波频率。表基波频率。2).谐波能量的非线性改变:谐波能量的非线性改变:超波在弹性介质中传播时,不仅产生谐波频率,而且谐波频率能量随传超波在弹性介质中传播
17、时,不仅产生谐波频率,而且谐波频率能量随传播距离而呈非线性改变。在近场表浅处,超声波仅由基波频率组成。但播距离而呈非线性改变。在近场表浅处,超声波仅由基波频率组成。但传播后,能量会在二次谐波频率处产生。传播后,能量会在二次谐波频率处产生。其基波强度随传播距离而减少,但谐波强度呈非线性改变。在表浅处谐波能其基波强度随传播距离而减少,但谐波强度呈非线性改变。在表浅处谐波能量较低,采用谐波成像,可克服来源于腹壁和接近腹壁的反射和散射的量较低,采用谐波成像,可克服来源于腹壁和接近腹壁的反射和散射的基波伪象,而传播数厘米后,谐波能量明显增加,产生具有一定强度的基波伪象,而传播数厘米后,谐波能量明显增加,
18、产生具有一定强度的谐波频率。谐波频率。谐波能量变化示意图谐波能量变化示意图3)基波能量与谐波能量的非线性改变基波能量与谐波能量的非线性改变 谐波频率能量的高低与基波频率能量有关,弱的基波频率几乎谐波频率能量的高低与基波频率能量有关,弱的基波频率几乎不产生谐波频率能量,而强的基波产生较大的谐波能量。不产生谐波频率能量,而强的基波产生较大的谐波能量。这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波,则极少会使谐这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波,则极少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。波成像产生旁瓣伪像影响。基波能量与谐波能量关系示意图基波能量与谐波能量关系示意图2.二次谐波的接收二次谐波的接收
19、 1)二次谐波接收是提取2f0的谐波回声信号,包括自然组织与造影剂的谐波信号。谐波信号的接收示意图谐波信号的接收示意图 现在已在彩超中采取多种技术措施使二次谐波与基波相分离,而现在已在彩超中采取多种技术措施使二次谐波与基波相分离,而提取纯净的二次谐波成像,它可以是一个仅使谐波频率能通过的提取纯净的二次谐波成像,它可以是一个仅使谐波频率能通过的锐利接收滤波器。同时,接收系统应具有很宽的动态范围,才能锐利接收滤波器。同时,接收系统应具有很宽的动态范围,才能更好地接收非常弱的谐波信号成像。更好地接收非常弱的谐波信号成像。锐利滤波器的过滤作用锐利滤波器的过滤作用 若是宽带滤波,使基波和谐波混合,而窄带
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