超声成像设备
第七章 超声成像设备
【本章要求】
1. 了解超声成像设备的分类、基本成像原理及超声成像的新技术；
2. 掌握超声探头的基本结构及分类；
3. 熟悉B超各种扫查方式的扫查原理；
4. 熟悉超声多普勒成像设备的主要结构及工作原理。
【内容提要】
超声成像设备分为超声诊断仪和超声CT两大类。超声诊断仪是依靠超声在人体内传播，遇到不同的组织和器官时，会因声阻抗不同而产生声强有差异的回波来建立影像的；还可借助多普勒效应进行超声血流测量。临床应用较多的有B超、脉冲多普勒技术、彩色多普勒超声成像设备（彩超）等。
超声探头是超声成像设备的关键部件，具有超声发射和接收双重功能。探头基本结构主要是由换能器、壳体、电缆和其他等几部分组成。超声换能器由声透镜、匹配层、压电晶体和吸收块组成，完成机械能与声能相互转换，接收超声波利用的是正压电效应，发射利用的是逆压电效应。压电晶体（振子）是超声换能器的核心部件，由压电材料制成，目前用的最多的是PZT压电多晶体。
探头按工作原理分为脉冲回波式和多普勒式。脉冲回波式探头超声的发射和接收由同一晶片完成，主要形式有①单晶探头；②机械探头；③电子探头；④术中探头；⑤穿刺探头；⑥腔内探头。多普勒式探头分为连续波（CW）、脉冲波（PW）和梅花形。
B型超声成像设备是利用声束进行一维扫查，工作时探头平行移动或扇形转动，用灰阶表示回波幅度大小，显示组织或器官的切面图。B超的声束扫查方式：①机械矩形扫查；②机械扇形扫查；③机械径向扫查；④线阵直线扫查；⑤凸阵扇形扫查；⑥相控阵扇形扫查。
超声多普勒技术在医学上主要用于测量血流。检查时，根据频移情况对血流和心血管病变进行诊断。连续多普勒超声技术是连续发射和接收超声的一种多普勒系统，超声的发射和接收采用不同的晶片。脉冲多普勒超声技术发射和接收信号可以由探头中的同一个晶振单元完成，同一时间能完成许多通道的收、发工作。PW称为一维多普勒，对多普勒血流信号进行频谱分析后，可得到声谱图，将声谱图冻结后经测量和计算，可获得血流的最大流速、平均流速、加速度和阻力指数等多种临床诊断信息。彩色多普勒超声成像设备对血流的多种信息，具有很好的探测、处理和成像能力。目前彩色多普勒诊断仪有红绿蓝三种基本颜色。规定血流的方向用红色和蓝色表示，朝向探头的运动血流用红色，远离探头运动的血流用蓝色，而湍动血流用绿色。还规定血流的速度与红蓝两种彩色的亮度成正比。
测试题
一、A型题（最佳选择题）。每题只有一个最佳答案，答题时，只能把最符合要求的选项选择。
1. 超声波是一种（ ）
A.电磁波 B.机械波 C.合成波 D.电波 E.低频波
2. 人的听觉可以听到的声波的频率范围（ ）
A. 1Hz～10Hz B. 20Hz～20k Hz C. 20k Hz～30k Hz
D.小于20Hz E. 1MHz～10MHz
3. 超声诊断用的超声波的频率是（ ）
A. 1k Hz～10k Hz B. 0.5k Hz～15k Hz C. 0.5MHz～15MHz
D. 15MHz～20MHz E. 20Hz
4. 一般人们把声音频率超过（ ）的声波称为超声波
A. 10k Hz B. 20k Hz C. 10MHz D. 20MHz E. 20Hz
5. 通常B超仪器的工作频率在（ ）之间
A. 0.4～15k Hz B. 15～100k Mz C. 0.5～15MHz
D. 15～100MHz E. 20～100MHz
6. 利用超声检查较浅部位如眼球，应选择（ ）较高频率的超声波
A. 5MHz B. 8MHz C. 10MHz D. 15MHz E. 20MHz
7. 超声波在人体内是以（ ）方式传播的
A.横波 B.纵波 C.柱面波 D.电磁波
8. 下列不属于超声波特点的是（ ）
A.频率高 B.不能向某一方向发射 C.像光一样传播
D.波长短 E.很好的指向性
9. 超声传播时单位面积上介质受到的压力称为（ ）
A.声阻 B.波长 C.声压 D.声强
10. 声波在介质中传播时，两个相邻同相位点之间的距离称为（ ）
A.声速 B.波长 C.声压 D.声强
11. 超声在单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的超声能量称为（ ）
A.声阻 B .波长 C.声压 D.声强
12. 每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积的能量称为（ ）
A.声压 B.声强 C.声速 D.声阻抗率 E.声压级
13. 声波在介质中单位时间内传播的距离，称为（ ）
A.声速 B.波长 C.周期 D.声压 E.声强
14. 声场中某一位置上声压与该处质点振动速度之比称为（ ）
A.声压级 B.声阻抗率 C.声强级 D.声强 E.声速
15. 超声设备的帧频除了和贯穿距离P有关，还和（ ）有关
A.声波频率 B.线数N C.动态范围 D.纵向分辨力
16. 超声设备的纵向分辨力与（ ）有关。
A.超声频率 B.介质密度 C.声波速度 D.介质厚度
17. 超生探头发射超声波利用的是（ ）
A.电离作用 B.荧光效应 C.压电效应 D.逆压电效应
18. 超声的生物效应中由于高强度超声引起的振动效应，有可能超过组织材料的弹性极限，使之破裂，造成损伤的效应是（ ）
A.机械效应 B.温热效应 C.空化效应
D.化学效应 E.阵子效应
19. 在超声的生物效应中，当施加足够超声功率时，会将组织材料烧伤是由（ ）引起的
A.机械效应 B.温热效应 C.空化效应 D.化学效应 E.振子效应
20. 下列不属于超声的生物效应的是（ ）
A.机械效应 B.温热效应 C.空化效应 D.压电效应 E.化学效应
21. 超声波在人体内传播时当两个组织之间声阻抗相差很小时声波大部分被（ ）
A.反射 B.透射 C.散射 D.绕射 E.辐射
22. 超声波在人体内传播，障碍物的界面尺寸D与入射超声波波长λ满足（ ）发生散射
A. D＞λ B. D=λ C. D＜λ D. D=2/3λ E.与D无关
23. 超声波在（ ）中传播速度最快
A.空气 B.水 C.血液 D.头颅骨 E.软组织
24. 实时成像系统要求图像的帧频在每秒（ ）
A. 10帧以下 B. 15帧 C. 20帧 D. 24帧以上 E. 18帧
25. DSC是一种完整的（ ）系统
A.数字胃肠 B.数字减影 C.数字断层
D.数字X线 E.数字图像处理
26. 图像的冻结功能是在（ ）电路中实现的
A. TGC B. DF C. DSC D.延迟器 E. DAS
27. 采用多振元组合发射的优点是便于实施对波束的（ ）和多点动态聚焦
A.光学聚焦 B.声学聚焦 C.电子聚焦 D.组合聚焦 E.解焦
28. 超声回波接收电路中，延迟线的作用是（ ）
A.相位调整 B.对数放大 C.增益控制 D.增强对比度 E.动态滤波
29. 波束控制电路中，延迟线的作用是控制波束的（ ）
A.幅度 B.宽度 C.聚焦 D.速度 E.方向
30. 可变孔径电路的作用是（ ）
A.相位调整 B.对数放大 C.提高分辨力 D.提高波速 E.聚焦
31. 换能器的基本结构不包括（ ）
A.聚焦元件 B.匹配层 C.压电元件 D.壳体
32. 医用超声换能器目前多数采用（ ）制成压电振子
A.压电单晶体 B.压电高分子聚合物
C.压电多晶体 D.复合压电材料
33. 下面哪种物质我们称其为压电陶瓷（ ）
A.压电多晶体 B.压电高分子聚合物
C.压电单晶体 D.复合压电材料
34. 超声探头的基本结构不包括（ ）
A.显示器 B.换能器 C.壳体 D.吸收层 E.声透镜
35. 不属于超声探头结构的是（ ）
A.滤线器 B.匹配层 C .压电振子 D. 垫衬
36. 在超声探头中完成超声发射和接收的是（ ）
A.聚焦件 B.匹配层 C.压电元件 D.背衬块
37. 在超声探头中产生超声的部分是（ ）
A.匹配层 B.压电振子 C.背衬块 D.声透镜 E.开关二级管
38. 下列那种物体有可能存在压电效应（ ）
A.石英 B.铁 C.铜 D.钛 E.铝
39. 超声探头发射超声是利用压电振子的（ ）
A.机械效应 B.逆压电效应 C.正压电效应
D.温热效应 E.化学效应
40. 动态滤波电路又称为（ ）电路
A. TGC B. DF C. DSC D. DSA E. CR
41. 超声探头采用声学聚焦时，在（ ）时用采用凸型声透镜聚焦
A. C1=1 B. C2=1 C. C1/ C2＞1 D. C1/ C2＜1 E.都不对
42. 实现对发射聚焦电路输出延迟脉冲的再分配是由（ ）电路完成的
A.二极管控制 B.延迟 C.多路转换开关
D.脉冲控制 E.脉冲产生电路
43. 超声探头中属于体内应用探头的是（ ）
A.机械探头 B.电子探头 C.穿刺探头
D.胃镜探头 E.水路耦合探头
44. 在多普勒式探头中梅花式探头的工作方式（ ）
A.中心一片是发射晶片周围六片为接收晶片
B.中心一片是接收晶片周围六片为发射晶片
C.中心一片是发射接收晶片周围六片为发射接收晶片
D.中心一片是发射接收晶片周围六片为接收晶片
E.都是发射晶片
45. 电子线阵探头所采用的聚焦方式是（ ）
A.凹面镜 B.凸透镜 C.电子聚焦 D.直接扫描
46. 超声探头中属于体表应用探头的是（ ）
A.电子探头 B.胃镜探头 C.腹腔镜探头 D. 经直肠探头
47. 在阴极射线管荧光屏上以横坐标代表被测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲深度的超声设备是（ ）
A. M超 B. A超 C. B超 D. P超
48. 超声探头主要是用来（ ）
A.只发射声波 B.只接收声波 C.发射和接收声波 D.屏蔽声波
49. 下列属于超声成像系统数字扫描变换器中前处理的部分的是（ ）
A.行相关处理电路 B.电视信号合成处理电路
C.伪色彩处理电路 D.正负像转换电路
50. 在超声探头中接收超声并产生电信号的是（ ）
A.匹配层 B.压电振子 C.背衬块 D.声透镜
51. 对超声波在人体内的衰减进行补偿的电路是（ ）
A.接收放大器 B.动态滤波电路
C.对数放大器 D.时间增益补偿电路
52. 下列结构不属于B型超声设备线阵探头结构的是（ ）
A.匹配层 B.垫衬层 C.声透镜 D.荧光层
53. 超声图像的分辨率与超声（ ）有关
A.波长 B.功率 C.阻抗 D.介质
54. 在线阵式超声探头（多元探头）中其短轴方向采用（ ）聚焦
A.声学聚焦 B.电子聚焦 C.两维聚焦 D.不用聚焦
55. 在线阵式超声探头（多元探头）中其长轴方向采用（ ）聚焦
A.声学聚焦 B.电子聚焦 C.两维聚焦 D.不用聚焦
56. 在超声接收和预处理电路中将超声在人体内的衰减进行补偿的部分是（ ）
A.相位调整 B.增益控制 C.对数放大 D.检波器
57. 超声探头中采用动态聚焦的方法是（ ）
A.声学聚焦 B.光学聚焦 C.电子聚焦 D.光子聚焦
58. 在超声设备中为了抑制随着传播距离的增加而图像变暗，所增设的电路为（ ）
A. DAS B. DF C. TGC D. AEC
59. 超声探头的聚焦所用的声透镜利用超声的（ ）原理
A.反射 B.折射 C.衍射 D.散射
60. 错误使用B超诊断仪的是（ ）
A.冬天要保暖 B.夏天要空调 C.机房要有遮光设备
D.机房要防尘 E.可在机房内烧开水
61. B型超声是指（ ）
A.振幅调制型 B.多普勒血流频谱显示 C.彩色血流显像
D.亮度调制型 E.以上都不是
62. 下列数字扫描变换器（DSC）所实现的功能描述中哪个是错误的（ ）
A.容易实现图像放大 B.完成线性内插补并实现丰富的灰阶
C.增强了滤波器性能 D.实现字符显示及图像存储
E.实质上是一个带有图像处理的数字计算机系统
63. 超声探头中匹配层的声阻抗为（ ）
A. Z1+Z3B. Z1/ Z3C. Z1—Z3D.
64. 全数字化超声技术的核心（ ）
A.波束发射接收都是数字量 B.以数字化技术形成精确的延时发射
C.用多个开关电路形成延时 D. A/D转换是最关键的技术
E.三维傅里叶变换技术
65. B型超声仪器的图像所显示的是人体组织脏器的（ ）断层图
A.一维 B.二维 C.三维 D.四维
66. 诊断中应用最普遍的超声设备类型为（ ）
A. A超 B. B超 C. M超 D. D超
67. 应用声波探测进行成像的设备（ ）
A. B超 B.γ相机 C. DSA D. DR
68. 到现在为止，在医疗诊断应用的设备中还没有发现对人体有损伤的设备是（ ）
A. X线机 B. CT C. CR D.超声诊断仪
69. 超声成像中为了获得高质量的图像，对浅表部位成像可用（ ）
A.中频探头 B.低频探头 C.高频探头 D.都可使用
70. 人体中不会产生多普勒效应的是（ ）
A.胎心 B.瓣膜 C.血管壁 D.静止不动的肝组织 E.血流
71. 下列超声诊断仪中，探头超声的发射和接收不是由同一晶片完成的是（ ）
A. A型超声诊断仪 B. B型超声诊断仪
C.连续波超声诊断仪 D.彩色多普勒超声诊断仪
二、B型题（公用选项选择题）。每题只有一个最佳答案，答题时，只能把最符合要求的选项选择。
1. A. M超 B. A超 C. B超
超声成像系统中二维成像的设备是（ ）
超声成像系统中一维成像的设备是（ ）
2. A.数字调制 B.速度调制 C.辉度调制 D.幅度调制 E.伪色彩
A型超声诊断仪的显示是采用（ ）
B型超声诊断仪的显示是采用（ ）
M型超声诊断仪的显示是采用（ ）
三、X型题（多项选择题）。每题有多项选择符合题目要求，答题时，必须把符合要求的选项全部选择。
1. 超声成像中发生超声散射的小障碍物主要有（ ）
A.红细胞 B.脏器内的微小组织结构
C.白细胞 D.脏器等其他大界面组织
2. 超声成像中，下列叙述中正确的是（ ）
A.波长越大图像的分辨力越高 B.采用高频率探头对深部组织成像
C.波长越小图像的分辨力越高 D.采用低频率探头对深部组成成像
3. B型超声诊断仪中，凸阵探头与线阵探头相比的优点有（ ）
A.相同的体表接触面，在深部的视野宽得多
B.能避开骨头引起的死角进行观察
C.可自由选择方向压迫探头，能方便地排除死角
D.以上都对
4. 下列超声诊断仪中，探头超声的发射和接收是由同一晶片完成的是（ ）
A. A型超声诊断仪 B. B型超声诊断仪
C.连续波超声诊断仪 D.彩色多普勒超声诊断仪
5. 下列探头中可以实现扇形扫查的是（ ）
A.电子线阵探头 B.晶片往复摆动式探头 C.单晶探头
D.电子凸阵探头 E.相控阵探头
6. 下列不属于线阵探头结构的是（ ）
A.匹配层 B.压电振子 C.声透镜 D.准直器 E.滤线器
四、名词解释题。
1. 正压电效应
2. 逆压电效应
3. B型超声成像设备
4. 机械扇形扫查
5. 多普勒频移（Doppler shift）
五、简答题。简明扼要的回答问题，可分条回答或列表。
1. 医用超声探头基本结构的各部分作用？
2. 超声换能器的功能及基本组成各部分的作用？
3. 电子线阵探头如何完成扫查？
4. 凸阵探头与线阵探头相比的优点？
5. CWD超声诊断仪的优缺点？
参考答案
一、A型题
1.B 2.B 3.C 4.B 5.C
6.E 7.B 8.D 9.C 10.B
11.D 12.B 13.A 14.B 15.B
16.A 17.D 18.A 19.B 20.D
21.B 22.C 23.D 24.D 25.E
26.C 27.C 28.A 29.E 30.C
31.D 32.C 33.A 34.A 35.A
36.C 37.B 38.A 39.B 40.B
41.D 42.B 43.D 44.C 45.C
46.A 47.B 48.C 49.A 50.B
51.D 52.D 53.A 54.A 55.B
56.B 57.C 58.C 59.B 60.E
61.D 62.C 63.D 64.B 65.B
66.B 67.A 68.D 69.C 70.D
71.C
二、B型题
1.C B
2.D C C
三、X型题
1.ABC 2.CD 3.ABCD 4.ABD 5.BDE
6.DE
四、名词解释题
1. 答：因机械力作用引起表面电荷的效应。
2. 答：因电场作用而引起形变的效应。
3. 答：B型超声成像设备简称B超，是利用声束进行一维扫查，工作时探头不动而发射的超声束不断变动传播方向，即作平行移动或做扇形转动。
4. 答：是以电机为动力，借助机械传动机构，使换能器发射的声束做一定角度的扇形扫查，可在CRT上显示一幅扇形的切面图像。
5. 答：当用声波测量血流速度时，声波在运动的血液细胞上发生背向散射回波频率与静止组织的反射回波存在一个频移△f，称为多普勒频移。
五、简答题。简明扼要的回答问题，可分条回答或列表。
1. 答：换能器是探头的核心部件，是超声探头完成机械能和声能相互转换的部件，其功能是发射超声和接收超声回波信息。主要由三部分组成：
1) 壳体：其功能主要是支撑、屏蔽、密封和保护换能器。
2) 电缆：其功能是连接换能器和主机。
3) 其他部分：它因探头功能类型而异，主要由机械探头的动力、位置信号检测和传动机构等部分组成。
2. 答：换能器是探头的核心部件，是超声探头完成机械能和声能相互转换的部件，其功能是发射超声和接收超声回波信息。
声透镜：它为凸透镜或凹透镜，作用：将换能器发出的波束聚焦（收敛、变细），以提高超声诊断仪的分辨力；
匹配层：人体组织和压电材料的声特性阻抗差异较大，为解决它们之间的声学匹配，在晶片前方需加上一层或多层匹配层，以使声能高效的在压电晶片和人体软组织之间传输，从而提高换能器的灵敏度减少失真；
压电晶体：是用来产生压电效应的元件；
吸收块：其作用是吸收压电晶体背向辐射的超声波。
3. 答：电子线阵扫查模式采用线阵排列的多阵元的分时技术。在电子开关的控制下，阵元按一定的时序和编组受到发射脉冲的激励，发射超声波，并按既定的时序和编组控制多阵元探头接收回声，回声信号经放大处理后输入显示器进行亮度调制。显示器的垂直方向表示探测深度，水平方向表示声束的扫查位置。
4. 答：相同的体表接触面，在深部的视野宽的多；能避开骨头引起的死角进行观察；凸阵探头的前部是圆弧形，可自由选择方向压迫探头，能方便的排除死角(肺、胃、十二指肠等)内的部分气体进行观察。
5. 答：灵敏度高、速度分辨力强，能测量很高的血流速度，且不受深度限制，只要在波束内运动的任何物体的回声信号都能探得。
缺点：所有运动目标所产生多普勒信号混叠在一起，无法辨识信息产生的确切部位。