第7讲-超声成像及超声显微镜概要VIP免费

第7讲超声成像和超声显微镜2013年03月15日第一页，共四十三页。C型成像方式所得到的是与声束传播方向垂直的断面构图像。与B型成像不同的是：C型成像中，声束不仅要沿x方向扫描，而且还要沿y方向扫描，即是面扫描(二维扫描)，而不是线扫描(一维扫描)。为获得某一与声束垂直的z＝z0断面的清晰图像，扫描声束应聚焦于该平面，并由换能器接收到的散射声信号中选取对应于从z＝z0处散射回来信号幅度调制荧光屏上与物体(x，y)坐标相应光点的亮度，以获得z＝z0断面的声像显示。第二页，共四十三页。F型成像与C型成像在原理上十分相似．其区别在于，C型成像断面为与声束垂直的断面(，为常数)，而F型成像断面可为任意平面或曲面（）。为保证F型成像断面内图像的分辨率，扫描声束的聚焦位置应可调，为使焦点落在成像断面内，即对应于不同扫描位置的焦距也应满足：xyC型扫描成像0zz0z,zfxyfz,fzfxy第三页，共四十三页。由于C型及F型成像与B型成像的主要区别在于扫描方式和成像断面不同，由于C型和F型成像需用面扫描(电子扫描中，采用换能器面阵)，这带来电子线路和换能器制作的复杂性，且很费时，难以获得实时动态显示，这就限制了其实际应用，因而至今这两种方式的成像仪器尚未广泛进入市场。xyC型扫描成像第四页，共四十三页。超声CT成像是由X光CT成像引伸而来。CT是英文ComputedTomography(计算机断层像)的缩写。用这种成像方法可获得声速、声衰减系数、声散射系数及非线性参数等的定量图像。目前研究的超声CT成像法主要有透射型和反射型两种。而图像的重建则基于两种理论，射线理论和衍射理论。衍射理论即波动声学理论，将介质看成声学参量(密度、声速等)连续变化的非均匀体，其中声波的传播可通过波动方程的解来描述。c第五页，共四十三页。将这种理论用于图像重建时，必须作相应的简化假定(如为常数，的变化很小等)，并采用近似求解波动方程。而这些近似往往引入相当大的误差，致使衍射理论用于重建像的效果并不比射线理论高明，相反却带来重建计算的复杂性。因此，在实际中，射线理论的图像重建方法使用较多。在这里，我们以透射型为例。介绍射线理论的图像重建方法。c第六页，共四十三页。采用换能器阵列，各阵元作为点源发射，照射整个物体，接收来自物体各点的散射声信号并加以储存然后根据各成像点的空间位置，对各换能器元接收的信号引入适当延迟，以获得被成像物体的逐点聚焦声像，这种成像方式称为合成孔径成像。合成孔径聚焦方式又分为相延和时延聚焦两种，如图所示。第七页，共四十三页。图(a)所示的为相延聚焦，即对各换能器阵元(1，2，…n)所接收到的散射信号引入适当的相延，然后叠加输出。当的选择正好是按对聚焦时，各通道的信号正好同相叠加，因而输出最大，即通过相延实现了对点的聚焦。改变，即可移动聚焦点。12,,...n12,,...n00,xz00,xz00,xz12,,...n第八页，共四十三页。图(b)则示出时延聚焦，即按照欲成像点的位置，适当选择各通道信号的时延，使得来自该点的信号同相叠加，从而实现聚焦。12,,...n第九页，共四十三页。一般说来，采用相延的合成孔径成像，需要用较长的脉冲以保证整个孔径的有效利用，但这却会带来全息成像的缺点。因为相位相差若干个整周期的信号也可以同相叠加，造成孪生像的问题。如果采用时延方式，则可使用只有一两周或数周的短脉冲，这样，距离较远的两个点的散射信号不能互相叠加，因而旁瓣问题可以减少，孪生像可以消除。当然，如采用短脉冲，整个系统需要有足够的带宽。由于时延聚焦比起相延聚焦来优越性较多，合成孔径成像系统多用时延聚焦。第十页，共四十三页。用于获得二维断层图像的合成孔径成像系统通常采用线孔径。上图为元线阵在一个平面内(平面)成像的示意图。设换能器和物体在方向均为无穷大，故此问题为二维问题。各换能器元既作发射又作接收，用一短脉冲激励，所接收的声信号，经前后放大后记录。Nxyy第十一页，共四十三页。设物体为位于的一点源，当阵元工作时，接收信号相对于发射信号的时延为为得到整个平面内的像，需分别对该面内每一个点聚焦。0,xz,0nx...