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超声与多普勒技术基础知识（转载）
一、超声波的基础知识
超声波:频率高于20kHz振动的声波。
医用B超的频率范围:0.5-32MHz,声能以纵波的形式在人体内传播.
超声在人体软组织中的传播速度为1540米／秒,与水接近.在骨骼中的传播速度比在软组织中快三倍.对同一介质,温度升高则声速增大.B超是反映人体组织断层各截面的反射率的图像.超声多普勒的信号基础就是反射回波的频率变化.声波在介质中传播时其能量会随着传播距离的增加而逐渐减小,叫作衰减.临床试验得知,癌组织对超声的吸收较大,炎症组织次之,正常组织最小.超声波在人体内的衰减系数随着频率的增高而增大.故对深部组织或厚度大的脏器不宜使用很高的频率,对浅层组织可用较高频率.
二、超声多普勒原理
超声多普勒效应:声源与声接收器在连续介质中作相对运动时,接收器所接收到的声频率会不同于声源所辐射的声频率,其差别与相对运动的速度有关,这种现象叫做多普勒效应.
f=(c vcosφ)f0/(c-ucosφ)
式中c 为声波在介质中的传播速度, v为接收器的运动速度, f0 为波源频率, u为声源运动速度, f为接收到的频率.
Φ为接收器与声源连线的夹角.当声源与接收器靠近时接收频率增加,反之减小.在医学诊断中,可利用多普勒效应检查心脏,血管,横隔的运动及血流速度和胎儿的呼吸.
在超声系统中,由换能器完成超声波的产生和接收任务.它将高频电能转换成超声振荡,发射超声波;接收反射回来的超声,并将其转换为人们便于处理的信号.故换能器即探头是一种电-声,声-电转换器件，目前超声换能器普遍应用的是压电效应式,石英晶体或压电陶瓷材料.压电材料在不受外力时不带电,当其两端受到压力或拉力时,材料受压缩或拉伸,两个电极上产生电荷,这种现象称为正压电效应.
压电效应可逆.
当给压电材料两端加上交变电场时,材料便会出现与交变电场频率相同的机械振动,这种现象称为逆压变效应.压电体几乎全是压电陶瓷,因其能做成任何形状,并能在所需要的方向极化.换能器由晶片,吸收背块,匹配层及导线四部分组成.
换能器的灵敏度取决于晶片的机电转换系数,而工作频率主要取决于晶片的厚度,晶片越薄则频率越高.
三、B型超声系统
B超诊断仪是一种超声切面显像仪.在探测时超声探头在人体表面以一定规律运动,超声束切面扫查人体,以回波信号调辉显示,获得明暗光点,这光点在显示屏上按探头同样的规律运动,则构成一幅超声切面图像.它是二维图像.B型超声根据其扫描方式分为线性电子扫描,相控聚焦扫描,机械或电子扇扫.在临床应用中,扇形扫描在探查心脏方面有独到好处,线性和相控聚焦扫描适用于腹部区域大面积的探测.
B超均获取三种信息:由换能器接收的回波信息,换能器的位置数据和脉冲发射到回波接收之间的时间数据.回波信息提供反射界面的组织密度的变化情况,换能器的位置数据确定声束的位置;时间数据确定声束的穿透深度.由超声探头所接收到的回波信号需经过预处理,扫描变换,和后处理三个信号处理过程才能显示B型超声断层图像。预处理是模拟信号的时域处理，包括射频信号放大，检波和视频信号放大，实现信号衰减补偿和动态范围压缩。数字扫描变换将模拟信号转换成数字数据存入图象存储器，并实现扫描制式变换。后处理阶段对象素信号进行变换和显示图像。扫描变换和后处理属于数字图像处理过程。
四、彩色超声多普勒血流成象仪
简称彩色多普勒或彩超，属于实时二维血流成象技术，与B超图象相互结合同时显示。彩超用一高速相控阵扫描探头进行平面扫查，以实现解剖结构和血流状态两种现象。接收时提取的信号被分为两路：一路经放大处理后按回声强弱形成二维黑白解剖图像，另一路对扫描线全程作多点取样，进行多普勒频移检测，信号经自相关技术处理，并用彩色编码法用红绿蓝三色显示血流频移信号。朝向探头的正向血流以红色表示，背向探头的负向血流用蓝色表示，湍流方向复杂多变用绿色表示。速度越快，彩色越鲜亮，由彩色的类型和亮度即可了解血流情况。彩超的优点是血流图像实时二维显示，直观形象，一目了然，检查快速，漏点较少。但其对血流速度只是粗略估计，不能测其确切数值，故目前彩超均有频谱型脉冲多普勒和连续多普勒，使用时以二维彩色血流成象作宏观巡视，迅速发现异常血流的位置方向角度和范围，然后在二维图像的引导下对重点部位进行采样容积选择，从微观上更精确的测量与计算血流方向速度及其衍生的各种参数。
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