超声诊断设备原理与设计PDF电子书下载

绪论 冯若 1

第1章 声学基础 4

提要 张德俊 4

1.1 声学术语、定义、物理关系 董彦武 4

1.1.1 一般术语 4

1.1.2 医学超声及超声成像 8

1.1.3 超声诊断设备与元件 15

1.2 基本声学量及公式 夏献华 17

1.2.1 声压 18

1.2.2 理想流体媒质中的声波方程 18

1.2.3 声速与质点振动速度 20

1.2.4 特性阻抗与声阻抗率 20

1.2.5 声场中的能量关系 21

1.2.6 声辐射压力 22

1.3.1 引言 23

1.3 超声的传播特性 张德俊 23

1.3.2 声波的基本形式 24

1.3.3 声波在平界面上的反射与透射 28

1.3.4 声波通过平面层状媒质的反射与透射 31

1.3.5 声波在传播过程中的衰减 34

1.4 超声的辐射声场 张德俊 35

1.4.1 引言 35

1.4.2 单源换能器的辐射声场 35

1.4.3 换能器阵的辐射声场 48

1.4.4 脉冲声场问题 53

1.5 超声的散射声场 张德俊 56

1.5.1 超声散射的定义与内容 56

1.5.2 超声散射声场的基本计算方法 56

1.6.1.1 理想流体媒质中的线性方程 61

1.6.1.2 理想流体媒质中的非线性方程 61

1.6.1 非线性声学基本方程的回顾 61

1.6 超声的非线性问题 董彦武 61

1.6.2 非线性声参量B/A 62

1.6.3 不同元质媒质的B/A各种表示式 63

1.6.3.1 单相均匀系媒质的B/A表示式 63

1.6.3.2 二元系混合媒质的B/A表示式 64

1.6.3.3 三元系和多元系混合媒质的B/A表示式 65

1.6.4 波形的非线性畸变 66

1.6.5 其它的非线性现象 68

1.7 声成像的声学特性 张德俊 76

1.7.1 声成像的特点与简况 76

1.7.2 声成像的基本类型及研究内容 76

1.7.3 医用超声成像的特点 77

1.7.4 声成像的声学特性 78

小结 张德俊 86

参考文献 86

2.1 引言 89

第2章 超声波在生物组织中的传播特性 冯若 刘忠齐 89

提要 89

2.2 描述生物组织超声传播特性的物理参数 90

2.3 生物组织超声传播参数的实验测试方法 91

2.3.1 驻波干涉法测量超声速度 91

2.3.2 瞬态热电耦法测量超声吸收 91

2.3.3 辐射压力法测量超声衰减 92

2.3.4 插入取代式的脉冲传输法测量超声速度与衰减 93

2.3.5 脉冲叠加法与脉冲回波重合法测量声速 94

2.3.6 脉冲干涉法测量超声速度与衰减 94

2.3.7 共振法测量声速与衰减 95

2.3.8 驻波法测量声速与衰减 96

2.3.9 超声显微镜测量组织的声速与衰减 97

2.3.10 背向散射谱技术测量散射参数与衰减参数 98

2.3.10.1 背向散射参数测试原理 99

2.3.10.3 回波谱自相关分析-相邻散射元特征间距测定原理 100

2.3.10.2 超声衰减谱的测试原理 100

2.3.11.1 有限振辐绝对测量法 102

2.3.11 生物媒质声学非线性参量B/A的测量方法 102

2.3.11.2 有限振辐相对测量法 103

2.3.11.3 改善的热力学方法 103

2.4 生物组织超声传播参数的数据和规律性 105

2.4.1 哺乳动物组织的声速与声衰减数据 105

2.4.2 组织的超声吸收对总衰减的贡献 105

2.4.3 组织的声速、声衰减与其组分的关系 109

2.4.3.1 水 109

2.4.3.2 胶原蛋白(即结构蛋白) 111

2.4.3.3 其它蛋白质 112

2.4.4 生物组织的声特性阻抗 116

2.4.5 生物组织的声速与声衰减随频率的变化 118

2.4.5.1 生物组织声衰减与频率的变化 118

2.4.5.3 频散与衰减的关系--kramers-kronig方程 122

2.4.5.2 生物组织声速与频率的关系 122

2.4.6 生物组织声速与声衰减随温度的变化 124

2.4.7 纹肌组织声速的各向异性 125

2.4.8 病变组织的声速与声衰减 129

2.4.9 生物组织的超声散射特性 131

2.4.9.1 若干正常组织的超声背向散射研究 132

2.4.9.2 若干病变组织的超声背向散射研究 136

2.4.9.3 心肌组织的超声背向散射研究 139

2.4.9.4 人体主动脉粥样硬化病变的超声背向散射研究 141

2.4.9.5 人脾、肝病变组织的超声背向散射研究 143

2.4.10 生物媒质声学非线性参量B/A的研究 144

2.4.11 血液的超声性质研究 149

2.4.11.1 人血红细胞声速及压缩性的研究 150

2.4.11.2 血液中超声传播速度的研究 151

2.4.11.3 血液超声衰减的实验与理论研究 151

2.4.11.4 血液凝固过程及凝血块的超声性质研究 152

2.4.12 生物组织切变波与表面波特性的研究 156

2.5 生物组织超声特性的物理模型研究 164

2.5.1 线性移变系统模型 164

2.5.2 超声吸收的经典吸收与弛豫吸收模型 165

2.5.3 超声衰减的Voigt模型 166

2.5.4 超声散射的分立散射元模型及非均匀连续媒质模型 167

小结 168

参考文献 168

第3章 超声换能器与探头 174

提要 卜书中 174

3.1 医用压电材料 崔庆 174

3.1.1 压电陶瓷的压电效应、老化和高静态应力的影响 175

3.1.1.1 压电效应 175

3.1.1.2 压电陶瓷的老化 175

3.1.1.3 高静态应力的影响 178

3.1.2.1 钛酸钡压电陶瓷材料 181

3.1.2 医用压电材料 181

3.1.2.2 钛酸铅压电陶瓷材料 182

3.1.2.3 偏铌酸铅(PbNb2O6)压电陶瓷 182

3.1.2.4 锆钛酸铅压电陶瓷 185

3.1.2.5 铌镁酸铅-锆钛酸铅系压电材料 186

3.1.3 高分子压电聚合材料 186

3.1.4 国内外压电陶瓷材料商品概况 188

3.1.4.1 国内商用压电陶瓷 189

3.1.4.2 国外商用压电陶瓷 190

3.2 压电方程 陈启敏 196

3.2.1 压电材料的介电性和介电常数 196

3.2.1.1 极化过程 196

3.2.1.2 极化系数 196

3.2.1.3 介电常数 196

3.2.2.1 应力分量与运动方程 199

3.2.2 压电材料的弹性及弹性常数 199

3.2.2.2 应变分量与几何方程 200

3.2.2.3 应力与应变关系--广义虎克定律 202

3.2.3 压电材料的压电性和压电常数 203

3.2.3.1 压电性及压电效应 203

3.2.3.2 压电效应的基本关系 204

3.2.3.3 各向异性压电材料的压电关系 205

3.2.3.4 自由介电常数 207

3.2.4 压电方程 207

3.2.4.1 各向同性压电材料的压电方程 207

3.2.4.2 各向异性压电材料的压电方程 208

3.2.4.3 压电常数之间的关系 209

3.2.4.4 压电陶瓷的压电常数之间的关系 210

3.3 压电振子参数的测量 冯宝康 210

3.3.1 压电振子的共振特性 210

3.3.3 压电振子的导纳特性 212

3.3.2 压电振子的等效电路 212

3.3.4 压电振子的动态特性 214

3.3.5 压电材料参数的测试 216

3.4 超声换能器的主要构件 卜书中 221

3.4.1 超声换能器的结构概述 221

3.4.2 聚焦件 223

3.4.2.1 有源聚焦法 223

3.4.2.2 折射镜法 224

3.4.2.3 反射镜法 227

3.4.2.4 衍射镜法 228

3.4.3 匹配层 229

3.4.3.1 具有匹配层换能器的基本物理模式 229

3.4.3.2 匹配层对换能器特性阻抗的影响 230

3.4.3.3 匹配层对换能器带宽和插入损失的影响 231

3.4.4 压电元件 233

3.4.4.1 对压电元件的要求 234

3.4.4.2 压电元件的振动模式 235

3.4.5 背衬块 244

3.4.5.1 背衬块的吸声和阻尼作用 244

3.4.5.2 背衬块对换能器带宽的影响 246

3.5 超声换能器的声场特性 陈启敏 248

3.5.1 超声辐射器的声场特性 248

3.5.1.1 超声辐射空间响应特性 248

3.5.1.2 空间波束指向性函数 248

3.5.1.3 空间波束的方向参数 249

3.5.1.4 辐射场函数与孔径分布函数空间相关性 250

3.5.2 圆形平面换能器的声场分布和方向参数 251

3.5.2.1 圆形换能器声场方位分布 251

3.5.2.2 圆形换能器波束指向参数 251

3.5.2.3 圆形换能器稳态轴向声强分布 252

3.5.3.1 均匀线阵空间声场分布特性 253

3.5.3 多元线阵换能器声场分布及方向参数 253

3.5.3.2 相控阵波束分布特征 255

3.5.3.3 非均匀线阵声场分布 257

3.5.4 凸面弧形阵换能器声场 258

3.5.4.1 凸面弧形阵的指向函数 258

3.5.4.2 凸面弧形阵方向参数 259

3.5.4.3 凸面弧形阵聚焦声场 260

3.5.5 环阵换能器声场 261

3.5.5.1 柱面圆环阵指向函数 261

3.5.5.2 平面同心圆环阵指向函数 261

3.5.5.3 平面环状阵指向函数 262

3.5.6 凸面换能器的聚焦声场 262

3.5.6.1 凹面球壳形聚焦探头声场分布 262

3.5.6.2 凹面矩形换能器聚焦声场分布 264

3.5.7.1 医用超声换能器设计的综合考虑 265

3.5.7 阵的设计 265

3.5.6.3 圆柱抛物面和旋转抛物面换能器指向函数 265

3.5.7.2 阵列换能器的设计 266

3.6 超声换能器的传递函数 卜书 寿文德 268

3.6.1 有背衬块无匹配层换能器的传递函数 269

3.6.1.1 发射状态下的传递函数 269

3.6.1.2 接收状态下的传递函数 269

3.6.1.3 发收兼容状态下的传递函数 270

3.6.2 有背衬块和一层匹配层换能器的传递函数 270

3.6.2.1 发射状态下的传递函数 270

3.6.2.2 接收状态下的传递函数 271

3.6.2.3 发收兼容状态下的传递函数 271

3.6.3 有背衬块和两层匹配换能器的传递函数 272

3.6.3.1 发射状态下的传递函数 272

3.6.3.2 接收状态下的传递函数 272

3.6.4 传递函数与脉冲响应 273

3.6.3.3 发收兼容状态下的传递函数 273

3.7 压电板纵向厚度振动模式换能器的稳态分析和暂态特性 寿文德 卜书中 279

3.7.1 压电板纵向厚度振动模式换能器的稳态分析 279

3.7.1.1 不带匹配层的空气背衬情况下的稳态工作 279

3.7.1.2 带匹配层的换能器的稳态工作 281

3.7.1.3 带匹配层和背衬块的压电换能器的稳态接收工作状态 282

3.7.2 压电板的纵向厚度振动模式换能器的瞬态性能 283

3.8 各种超声探头的结构和特征 卜书中 寿文德 290

3.8.1 超声探头的分类 290

3.8.1.1 脉冲-回波式探头 290

3.8.1.2 多普勒式探头 290

3.8.2 单探头 292

3.8.2.1 各种单探头的结构和特征 292

3.8.2.2 多频探头 294

3.8.3.2 微晶元的分割及振动模式 295

3.8.3.1 线阵探头的换能器基本结构 295

3.8.3 线阵探头和二维面阵 295

3.8.3.3 线阵换能器的声束特性 297

3.8.3.4 辐射阻抗 297

3.8.3.5 二维面阵 298

3.8.4 机械扫描探头 298

3.8.4.1 机械扫描探头的分类 298

3.8.4.2 机械扫描工作原理和结构 299

3.8.4.3 扫描波束的方位角度位置和角速度信号的提取方法 301

3.8.4.4 驱动装置 301

3.8.4.5 圆环阵动态分段聚焦原理 302

3.8.5 凸面弧形阵探头 302

3.8.5.1 凸面弧形阵探头的特点 302

3.8.5.2 凸面弧形阵探头的结构 303

3.8.6 相控阵探头 304

3.8.6.1 相控阵探头的基本结构 304

3.8.6.2 相控阵探头的指向性特性和栅瓣消除条件 305

3.8.7 多普勒探头 308

3.8.7.1 多普勒探头的种类和特点 308

3.8.7.2 单元CW多普勒探头 310

3.8.7.3 梅花形多普勒探头 312

3.8.8 穿刺探头与术中探头 312

3.8.8.1 穿刺探头的种类和特点 312

3.8.8.2 穿刺探头的附件 315

3.8.8.3 术中探头 318

3.8.9 腔内探头 318

3.8.9.1 经直肠探头 318

3.8.9.2 经阴道探头 320

3.8.9.3 经尿道探头 320

3.8.9.4 内窥镜探头 321

3.9 超声探头制作中的工艺问题 卜书中 322

3.9.1 工艺在探头制作中的地位 322

3.9.2 几个工艺问题 323

3.9.2.1 粘合工艺 324

3.9.2.2 晶片电极的焊接工艺 328

3.9.2.3 匹配层制作工艺 329

3.10 超声探头的使用与维护 卜书中 330

3.10.1 超声探头的电气安全 330

3.10.2 超声探头的消毒灭菌 332

3.10.3 合用注意事项 334

小结 卜书中 334

参考文献 335

第4章 诊断信息的提取与检测 339

提要 林秩文 339

4.1 概述 刘忠齐 339

4.2 基本原理 金树武 340

4.2.1 引言 340

4.2.2 超声脉冲回声检测原理 341

4.2.3 医学超声诊断的人-机关系 342

4.3 脉冲回波系统的总体考虑 金树武 343

4.3.1 探测深度和脉冲重复频率 343

4.3.2 工作频率与带宽 344

4.3.3 动态范围与线性范围 345

4.3.4 增益与深度补偿 347

4.3.5 近区特性 351

4.3.6 同步控制要求 351

4.3.7 医学超声仪器的分辨力 352

4.3.8 对比度的概念 354

4.3.9 实时显象 356

4.4 波束的时空控制 万明习 357

4.4.1 电子聚焦 357

4.4.2 可变孔经 368

4.4.3 动态变迹 369

4.4.4 电子线性阵列扫查波束的时空控制 378

4.4.5 电子凸阵扫查波束的时空控制 379

4.4.6 电子相控阵扇形扫查波束的时空控制 380

4.5 扫查模式 林秩文 384

4.5.1 A型 384

4.5.2 B型 384

4.5.3 M型 385

4.5.4 C型和F型 386

4.5.5 PPI型 388

4.6 手动扫查技术 林秩文 388

4.7 机械扫查技术 林秩文 389

4.7.1 机械扇形扫查 389

4.7.2 机械径向扫查 395

4.7.4 机械弧形扫查 397

4.7.5 水路声耦合问题 397

4.7.3 机械线性扫查 397

4.7.6 短液路声耦合问题 399

4.8 电子扫查技术 万明习 400

4.8.1 概述 400

4.8.2 电子扫查技术一例--电子相控阵超声诊断仪 400

4.9 环阵相控扫查技术 林秩文 404

4.9.1 环阵的设计 405

4.9.2 环阵相控扫查电子学 410

4.9.3 几种聚焦方案的声束特性 412

4.9.4 环阵相控扫查与其它扫查技术的比较 414

4.10 显示 金树武 415

4.10.1 灰阶与彩色显示 415

4.10.2 显示器选择的基本要求 416

4.10.3 显示器 417

4.10.4 其它显示和记录方式 420

4.11.1 伪象 421

4.11.2 由声束特性不理想而造成的伪象及其控制 421

4.11 伪象及其控制 柯坚 421

4.11.3 由扫描方法和显示而形成的伪象及其控制 425

4.11.4 由超声传播特性而造成的伪象 427

小结 林秩文 435

参考文献 435

第5章 用于超声诊断设备的电子电路 438

提要 何正权 438

5.1 超声收发电路 何正权 438

5.1.1 超声发射电路 438

5.1.1.1 超声发射电路的基本结构 438

5.1.1.2 单元式和阵列式换能器所用发射电路 442

5.1.1.3 阵列式换能器超声发射电路中的阵元开关 443

5.1.2 超声信号的接收 445

5.1.2.1 超声接收电路中的隔离级 445

5.1.2.2 超声信号的接收预防电路 446

5.1.3 收发电路与超声换能器之间的电气匹配 448

5.2 超声扫查及回波信号形成 何正权 449

5.2.1 超声扫查 449

5.2.1.1 机械扇形扫查 449

5.2.1.2 线阵式线性扫查 453

5.2.2 阵元的整序 454

5.2.3 电子聚焦与声束控制 458

5.2.3.1 电子聚焦原理和延迟时间的计算 458

5.2.3.2 线阵式B超仪中的电子聚焦电路介绍 460

5.2.3.3 相控阵扇形扫查时的声束方向控制及电子聚焦 462

5.2.4 回波信号形成 462

5.2.4.1 回波信号形成的方法 462

5.2.4.2 数字声束形成技术 463

5.3 接收信号的放大与处理 何正权 464

5.3.1 高频宽带放大器 464

5.3.1.1 概述 464

5.3.1.2 共射极放大器的频率特性 465

5.3.1.3 阻容耦合多级放大器 467

5.3.1.4 展宽通频带的一般方法 468

5.3.1.5 增益可压控的双栅场效应管放大器 471

5.3.2 时间增益控制(TGC) 472

5.3.3 自动增益控制(AGC) 477

5.3.4 对数放大器 478

5.3.5 检波与滤波 481

5.3.5.1 概述 481

5.3.5.2 平均包络检波器 482

5.3.5.3 二极管峰值包络检波电路 484

5.3.5.4 视频和脉冲检波的特点 487

5.3.6 快时间常数(FTC)处理 488

5.3.7 噪声抑制与动态滤波 489

5.3.7.1 电路噪声 490

5.3.7.2 抑制噪声的基本技术 491

5.3.7.3 动态滤波技术 494

5.3.8 视频放大器 496

5.4 数-模(D/A)与模-数(A/D)转换器 何正权 496

5.4.1 D/A转换器 496

5.4.1.1 D/A转换器基础 496

5.4.1.2 电流输出型D/A转换器 498

5.4.1.3 电压输出型D/A转换器 499

5.4.1.4 相乘型D/A转换器 500

5.4.2 A/D转换器 502

5.4.2.1 A/D转换器基础 502

5.4.2.2 逐步逼近法A/D转换器 503

5.4.2.3 积分法A/D转换器 505

5.4.2.4 平行比较法A/D转换器 506

5.4.3 具有接口的单片D/A转换器 507

5.4.4 具有接口的单片A/D转换器 508

5.5.1.1 概述 511

5.5.1 超声诊断设备中常用的半导体存贮器 511

5.5 存贮器和可编程逻辑器件 何正权 511

5.5.1.2 各种RAM的特点 512

5.5.1.3 静态随机存取存贮器SRAM 513

5.5.1.4 动态随机存取存贮器DRAM 515

5.5.1.5 RAM存贮器的组织和芯片选择 517

5.5.2 可编程逻辑器件 518

5.5.2.1 概述 518

5.5.2.2 只读存贮器(ROM) 519

5.5.2.3 可编程逻辑阵列(PLA) 523

5.5.2.4 可编程阵列逻辑(PAL) 526

5.5.3 通用阵列逻辑(GAL) 529

5.6 数字扫描变换(DSC) 何正权 535

5.6.1 超声扫查与显示扫描 535

5.6.3 线阵式线性扫查B超仪的一种简易DSC电路 536

5.6.2 数字扫描变换技术 536

5.6.4 扇形扫查B超仪的DSC算法 539

5.6.4.1 DSCA的引出和分类 539

5.6.4.2 第一类DSCA 539

5.6.4.3 第二类DSCA 542

5.7 显示 黄志远 545

5.7.1 一维超声扫查及其显示 545

5.7.1.1 A型超声诊断仪的扫查及其显示 545

5.7.1.2 M型超声诊断仪的扫查及其显示 547

5.7.2 二维超声扫查及其显示 557

5.7.2.1 二维实时扫查及其显示 557

5.7.2.2 CX-852型超声显象仪的扫描与显示 559

5.7.3 电视光栅扫描方式 562

5.7.4 液晶显示器 564

5.7.4.1 液晶显示的工作原理 564

5.7.4.2 有源矩阵驱动液晶显示 564

5.7.4.3 展望 565

5.8 电源 甘心照 566

5.8.1 线性直流稳压电源 566

5.8.1.1 分立元件线性直流稳压电路 566

5.8.1.2 集成线性直流稳压电路 567

5.8.2 开关稳压电源 572

5.8.2.1 开关稳压电源的基本原理 572

5.8.2.2 开关稳压电源的分类 573

5.8.2.3 MK-600型超声系统860C开关电源介绍 574

5.8.3 高压电源 576

5.8.3.1 JCZ-1型超声诊断仪的高压电路 576

5.8.3.2 CXD-1型超声心动图仪的高压电路 576

5.8.4 不间断电源(UPS电源) 578

5.9 超声诊断设备中的微机 何正权 582

5.9.1 微处理器芯片与微机 582

5.9.3 超声图象的图形测量 589

5.9.4 软件与菜单 591

5.9.5 灰阶变换与统计 593

5.9.6 常用外设接口和标准总线 594

5.9.2 字符显示 595

5.9.6.1 键盘及其接口 595

5.9.6.2 软磁盘驱动器及其接口 597

5.9.6.3 IEEE-488-1978(IEC-625)标准接口总线 602

5.9.6.4 RS-232C标准总线 606

小结 何正权 609

参考文献 611

第6章 超声诊断设备中的数字信号与图象处理技术 614

提要 杨福生 614

6.1 概述 杨福生 614

6.2 数字信号处理的基础知识 高上凯 615

6.2.1 信号的分类与表征 615

6.2.2 线性时不变系统 616

6.2.3 傅里叶变换、离散傅里叶变换与快速傅里叶变换 617

6.2.4 抽样定理 619

6.2.5 数字信号的时域处理方法 620

6.2.5.1 叠加平均 620

6.2.5.2 插值 620

6.2.5.3 相关分析 621

6.2.6 数字滤波 622

6.2.6.1 IIR滤波器 623

6.2.6.2 FIR滤器器 623

6.2.7 功率谱 624

6.3 数字图象处理的基础知识 高上凯 625

6.3.1 图象的数学表征 625

6.3.2 图象处理系统的数学表征 626

6.3.3 二维抽样定理 627

6.3.4.1 逐点处理法 629

6.3.4.2 直方图修正法 629

6.3.4 图象的灰阶变换 629

6.3.5 图象的平滑 630

6.3.5.1 邻域平均法 631

6.3.5.2 低通滤波法 631

6.3.5.3 多幅图象叠加法 631

6.3.6 图象的增强 631

6.3.6.1 微分法 631

6.3.6.2 高通滤波法 632

6.3.7 图象的复原 632

6.3.7.1 逆滤波方法 633

6.3.7.2 维纳滤波方法 633

6.3.8 图象的分析与识别 634

6.3.8.1 图象的分割 634

6.3.8.2 图象特征的度量 634

6.3.8.3 图象识别 635

6.4.1 概述 637

6.4 数字扫描变换器 安玉忠 637

6.4.2 插补技术 639

6.4.2.1 插补原理 639

6.4.2.2 一维插补：简单填补与线性插补 641

6.4.2.3 二维线性插补 642

6.4.2.4 圆插补 642

6.4.3 等角度发射，均匀采样 643

6.4.4 变角发射，变频采样 646

6.4.5 采用二次变换和二维插补的DSC系统 648

6.4.6 递推寻址 652

6.5 前处理 高上凯 654

6.5.1 数字式时间增益补偿 654

6.5.2 动态范围变化 656

6.5.3 多采样率滤波 657

6.5.4 帧相关 660

6.5.5 边缘增强 661

6.6 后处理 高上凯 662

6.6.1 象素的后处理 662

6.6.1.1 γ校正 662

6.6.1.2 窗口灰阶变换 662

6.6.1.3 视觉非线性校正 663

6.6.2 图象的后处理 663

6.6.2.1 图象的平滑化 664

6.6.2.2 边缘检测 664

6.6.2.3 差值处理 665

6.6.2.4 直方图均衡 665

6.6.3 图象序列的处理 665

6.6.3.1 帧抓取 665

6.6.3.2 电影回放 667

6.7 三维超声成像 杨福生 667

6.8 一些研究方向与新进展 杨福生 672

6.8.1 通过解卷提高图象分辩力 673

6.8.1.1 L2算法 674

6.8.1.2 L1解卷 677

6.8.2 超声图象中的班点噪声问题 677

6.8.2.1 空间复合 678

6.8.2.2 频率复合 679

6.8.2.3 改进传感器的结构 682

6.8.3 寻求新的成像物理因素 683

6.8.3.1 软组织的声衰减系数 683

6.8.3.2 后向散射积分 684

6.8.4 全数字式B型显象采样率的降低 686

6.8.4.1 概述 686

6.8.4.2 带通信号的采样 688

6.8.4.3 硬件电路的简化 692

6.8.4.4 一个试验电路 695

小结 杨福生 695

参考文献 696

第7章 超声多普勒技术 699

提要 杨福生 699

7.1 多普勒效应和医学多普勒技术概况 王威琪 699

7.2 血流多普勒信号 王威琪 701

7.2.1 多普勒频移及其基本公式 701

7.2.2 医学多普勒信号及模型 702

7.2.3 功率谱密度 704

7.3 多普勒接收信号的解调 王威琪 706

7.4 噪音 王威琪 710

7.5 夹角影响及定量测定方法 王威琪 711

7.6 平均频率的估算 王威琪 715

7.7 方向信息的提取 王威琪 723

7.8 距离选通式脉冲多普勒系统 沈以鸿 725

7.8.1 基本框图及原理分析 725

7.8.2 主要技术指标 727

7.8.3 常用脉冲多普勒系统框图介绍 728

7.8.4 设计研制脉冲多普勒系统技术要点 729

7.9 伪随机超声多普勒技术 陈思平 732

7.9.1 伪随机超声多普勒原理 733

7.9.2 伪随机超声多普勒血流测试仪的距离选通方案 734

7.10 多普勒血流信息处理 高上凯 735

7.10.1 基础知识 735

7.10.1.1 窄带随机信号分析的数学工具 735

7.10.1.2 离散傅里叶变换、快速傅里叶变换 738

7.10.2 多普勒血流信号的声谱图 742

7.10.2.1 检测方法及原理 742

7.10.2.2 声谱图的显示方法 742

7.10.2.3 谱分析器的设计 743

7.10.2.4 FFT声谱图方法的一些局限 747

7.11 几种实用电路介绍 沈以鸿 748

7.11.1 袖珍式超声多普勒听诊器 748

7.11.2 正交相位检测相域处理型连续波超声多普勒血流仪 749

7.11.2.1 实际电路说明 750

7.11.2.2 安装调试要点 754

7.11.3 脉冲多普勒血流仪 754

7.11.4 超声多普勒胎儿监护仪 759

7.11.5 脉冲超声多普勒胎心音检测电路 764

7.11.6 经颅多普勒血流分析仪 高上凯 764

小结 杨福生 767

参考文献 768

第8章 超声诊断设备 769

提要 刘悟日 姚锦钟 769

8.1 超声诊断设备的种类 范炳琪 769

8.1.1 超声诊断设备的分类方法 769

8.1.2 一维信息诊断设备 769

8.1.3 二维信息诊断设备 770

8.2.2 M型超声诊断设备 771

8.2 主要超声诊断设备的框图和原理及其主要技术指标、临床应用价值 范炳琪 771

8.2.1 A型超声诊断设备 771

8.2.3 D型超声诊断设备 772

8.2.4 线性扫查超声诊断设备 773

8.2.5 扇形扫查超声诊断设备 773

8.3 超声诊断设备的系统设计 刘悟日 姚锦钟 774

8.3.1 系统设计的基本原则 774

8.3.2 主要整件及其电路设计原则 777

8.3.3 人机接口 782

8.3.4 工艺设计 785

8.3.5 典型结构设计 787

8.4 典型超声诊断设备 791

8.4.1 A型超声诊断仪 刘悟日 姚锦钟 791

8.4.2 M型超声诊断仪 刘悟日 姚锦钟 793

8.4.3.1 B型线阵凸阵扫查超声诊断仪 胡春山 张渝生 刘悟日 姚锦钟 795

8.4.3 B型超声诊断仪 795

8.4.3.2 相控阵超声诊断仪 陈思平 816

8.4.3.3 B型机械扇形扫描超声诊断仪 周明鑫 李思忠 823

8.4.3.4 多功能超声诊断仪 郁维泗 835

8.4.3.5 BME-200型眼科超声诊断仪 丁仲奇 839

8.4.4 超声彩色血流成像设备 陈思平 沈志华 842

8.4.4.1 超声彩色血流成像技术发展 842

8.4.4.2 超声彩色血流成像的特点和临床意义 843

8.4.4.3 超声彩色血流成像原理 844

8.4.4.4 ASU-01C超声彩色血流成像系统 847

8.4.4.5 全数字化超声多功能诊断系统 沈志华 853

8.4.4.6 超声彩色血流成像技术的新进展 862

8.5 超声诊断设备生产技术 864

8.5.1 工艺流程简介 张根宝 865

8.5.2 印制板部件的制造 张根宝 866

8.5.3 印制板部件的调试与整机调试 张根宝 868

8.5.4 SMT技术介绍 刘悟日 姚锦钟 871

8.6 生产过程的质量和可靠性保证措施 唐瑜 874

8.6.1 人的因素管理 874

8.6.2 仪器设备的管理 874

8.6.3 元器件、原材料的管理 875

8.6.4 生产过程中的质量与可靠性管理 877

8.6.5 环境的控制 879

8.6.6 其它措施 879

8.7 超声诊断设备可靠性设计与试验 蔡金良 880

8.7.1 什么叫可靠性 880

8.7.2 可靠性设计 881

8.7.2.1 可靠性设计的基础及原则 882

8.7.2.2 可靠性设计的工作项目和主要任务 882

8.7.2.3 可靠性设计程序 884

8.7.2.4 可靠性结构模型 884

8.7.2.5 可靠性分配与预计 887

8.7.2.6 可靠性设计注意事项 889

8.7.3 可靠性试验 890

8.7.3.1 可靠性工程试验 890

8.7.3.2 可靠性统计试验 891

8.8 超声诊断设备的常规维护方法 张渝生 898

8.8.1 安装环境 898

8.8.2 日常维护 898

小结 刘悟日 900

参考文献 900

第9章 超声剂量学及超声诊断的安全性 冯若 姚锦钟 901

提要 901

9.1 引言 901

9.2 医用超声声场参量的表述 902

9.3 超声生物效应的物理机制 905

9.3.1 热机制 906

9.3.2 机械(力学)机制 907

9.3.3 空化机制 908

9.3.3.1 稳态空化 909

9.3.3.2 瞬态空化 910

9.3.4 研究生物效应非热机制的实验装置 911

9.3.5 医学超声对人体组织可能产生的作用机制 912

9.4 超声生物效应的基本实验研究数据 913

9.4.1 活体研究 913

9.4.1.1 哺乳动物整体的超声生物效应 913

9.4.1.2 组织与器官的超声生物效应 914

9.4.2 离体研究 916

9.4.2.1 细胞表面的效应 916

9.4.2.2 细胞的溶解效应 918

9.4.2.3 增殖效应 918

9.4.2.4 遗传与DNA效应 920

9.4.2.5 大分子合成 922

9.5.1 历史回顾 923

9.4.3 超声生物效应研究小结 923

9.5 超声临床诊断的安全性 923

9.5.2 现行医学超声设备输出声强的范围 924

9.5.3 流行病学研究 926

9.5.4 产科的临床研究 930

9.5.4.1 诊断超声对早孕胚囊绒毛细胞影响的研究 1989 巩岩等 930

9.5.4.2 诊断超声对早孕胚囊绒毛细胞影响的进一步研究 1991 吕国荣等 932

9.5.4.3 诊断超声对早孕绒毛细胞组织亚微结构及rRNA基因活性影响的研究 935

9.5.4.4 诊断超声对早孕脱膜中免疫活性细胞影响的研究 936

9.5.4.5 诊断超声辐照对新生儿脐带血淋巴细胞姊妹染色体单体互换(SCE)频率等影响的研究 937

9.5.5 医学超声剂量学中有待重视研究的若干问题 939

9.5.6 有关超声诊断安全阈值剂量的参考标准、规范或建议 940

9.5.7 国际上某些团体、组织和学者的呼吁 942

9.5.8 我们应持的态度 943

参考文献 944

小结 944

第10章 超声诊断设备的性能测量和标准化 949

提要 寿文德 949

10.1 超声诊断设备的主要性能 寿文德 949

10.1.1 声扬特性 949

10.1.1.1 峰值正声压和峰值负声压 949

10.1.1.2 脉冲声压 949

10.1.1.3 空间峰值脉冲声压 949

10.1.1.4 空间峰值均方根声压 950

10.1.1.5 波束平均脉冲声压 950

10.1.1.6 波束平均均方根声压 950

10.1.1.7 空间平均脉冲声压 950

10.1.1.8 空间平均均方根声压 950

10.1.1.9 非线性传播参量 950

10.1.2.2 工作频率 951

10.1.2.1 标称频率 951

10.1.2 频率特性 951

10.1.2.3 声工作频带宽度 952

10.1.3 几何分辨力和灰度分辨力 952

10.1.3.1 轴向分辨力 952

10.1.3.2 侧向分辨力 952

10.1.3.3 横向分辨力 952

10.1.3.4 薄片厚度 952

10.1.3.5 灰度分辨力 953

10.1.4 盲区 953

10.1.5 探测深度 953

10.1.6 声压波形 953

10.1.7 声强 953

10.1.7.5 波束平均脉冲平均声强Ibapa 954

10.1.7.3 空间峰值时间平均声强Isppa 954

10.1.7.4 波速平均时间平均声强Ibata 954

10.1.7.2 空间峰值时间平均声强Ispta 954

10.1.7.1 空间峰值时间峰值声强Isptp 954

10.1.7.6 空间平均时间平均声强Isata 955

10.1.7.7 空间平均脉冲平均声强Isapa 955

10.1.8 几何调整精度 955

10.1.9 检测能力和灵敏度 955

10.1.9.1 回波检测能力 955

10.1.9.2 综合灵敏度 955

10.1.9.3 最大综合灵敏度 955

10.1.10 增益-距离的相关性 956

10.1.11 显示特性 956

10.1.12 超声换能器特性 956

10.1.12.1 脉冲-回波频率响应特性 956

10.1.12.5 指向性和辐射图案 957

10.1.12.4 空间脉冲-回波响应的标绘 957

10.1.12.2 相对脉冲-回波灵敏度 957

10.1.12.3 脉冲-回波波形与幅度频谱 957

10.1.12.6 发射响应参数 958

10.1.12.7 接收响应参数 958

10.1.12.8 电阻抗或导纳 958

10.1.12.9 介质绝缘要求 958

10.1.12.10 阵元性能的一致性 958

10.2.1 仿生模块(TMP) 关立勋 959

10.2.1.1 概述 959

10.1.12.12 阵特性 959

10.2 用于超声诊断设备的主要测量装置 959

10.1.12.11 阵元间的互耦合级 959

10.2.1.2 对仿生媒质的声学要求 960

10.2.1.3 反射靶标 960

10.2.1.4 传声媒质--脱气水 961

10.2.1.5 模拟生物组织的基体材料 962

10.2.1.7 衰减和散射用的调节材料 964

10.2.1.6 声速调节用材料 964

10.2.1.8 杀菌、稳定剂、防沉淀材料 965

10.2.1.9 透声窗材料 965

10.2.1.10 模拟血液的声学材料 965

10.2.1.11 导声凝胶 966

10.2.1.12 模块的使用与维护 967

10.2.1.13 几种模块的介绍 967

10.2.2 测量水槽 972

10.2.2.1 概述 972

10.2.2.2 技术要求 972

10.2.3 测量水听器 寿文德 973

10.2.3.1 水听器的类型 974

10.2.3.2 水听器的性能参数 976

10.2.3.3 使用特点 976

10.2.5 全吸收靶 977

10.2.4 全反射靶 977

10.2.6快前沿脉冲发生器 978

10.2.6.1 典型的脉冲发生器电路 978

10.2.6.2 商品化的快前沿脉冲发生器 978

10.2.7 猝发音发生器 978

10.2.7.1 NF1510猝发声脉冲发生器的主要技术指标 979

10.2.7.2 工作原理 979

10.2.8 频谱分析仪 关立勋 979

10.2.8.1 概述 979

10.2.8.2 工作原理 980

10.2.8.3 技术特性 982

10.2.8.4 应用与操作 985

10.2.9 阻抗分析仪 屠淑珍 987

10.2.9.1 概述 987

10.2.9.2 技术特性 988

10.2.9.3 工作原理 993

10.2.9.4 操作 994

10.2.10.1 概述 995

10.2.10.2 各部分功能简介 995

10.2.10 超声分析仪 忙安石 995

10.2.10.3 主要技术参数 998

10.2.10.4 仪器的操作 999

10.2.11 超声功率计 忙安石 1000

10.2.11.1 概述 1000

10.2.11.2 工作原理 1000

10.2.11.3 技术性能 1001

10.2.11.4 应用与操作 1003

10.2.12 超声多普勒胎心率诊断设备最大综合灵敏度检测装置 关立勋 1003

10.2.13.1 概述 1006

10.2.13.2 技术性能 1006

10.2.13 标准衰减器 1006

10.2.13.3 工作原理 1008

10.2.13.4 应用与维护 1008

10.2.14 NPL超声波束校准系统 1009

10.2.14.1 概述 1009

10.2.14.2 技术性能 1009

10.2.14.3 多元水听器 1011

10.2.14.4 测量水桶与传动机构 1011

10.2.14.5 采样与处理部分 1011

10.2.14.6 测试结果 1012

10.3 超声诊断设备性能测量的基本方法 寿文德 1013

10.3.1 辐射力法 1013

10.3.1.1 测量原理 1013

10.3.1.2 基本测量装置 1014

10.3.2 光学法 1015

10.3.2.2 光学近场衍射法 1016

10.3.2.1 Raman-Nath测量技术 1016

10.3.2.3 纹影系统 1017

10.3.3 电测法 1018

10.3.3.1 测量原理 1018

10.3.3.2 测量方法 1018

10.3.4 热学方法 1018

10.3.4.1 瞬态热电法 1018

10.3.4.2 恒流-置换式量热计 1020

10.3.4.3 便携式抛物面形聚焦超声功率计 1020

10.3.5 水听器扫查声场测量法 1020

10.3.5.1 声场参数的测量 1020

10.3.5.2 声发射响应的测量 1026

10.3.5.3 幅射图案的测量 1027

10.3.6 脉冲-回波法 1028

10.3.6.1 猝发音法 1028

10.3.6.2 频谱分析仪法 1029

10.3.6.3 回波检测能力 1030

10.3.7 球形靶扫查声场法 1030

10.3.7.1 空间脉冲-回波响应的分布图 1030

10.3.7.2 几何分辨力的测量 1031

10.3.7.3 连续多普勒系统的最大综合灵敏度的测量 1032

10.3.7.4 A型和M型脉冲反射式超声诊断仪的综合灵敏度的测量 1032

10.3.8 两次曝光全息摄影法 1033

10.3.8.1 测量原理 1033

10.3.8.2 测量方法 1034

10.3.9 测试模块和仿体检测法 1035

10.3.9.1 探测深度 1035

10.3.9.2 盲区 1035

10.3.9.3 轴向分辨力和侧向分辨力(亦称纵向分辨力和横向分辨力) 1035

10.3.10.1 互易校准法 1036

10.3.9.6 薄片厚度 1036

10.3.10 水听器的绝对校准方法 1036

10.3.9.5 灵敏度余量 1036

10.3.9.4 几何位置精度 1036

10.3.10.2 两个换能器的互易校准法 1037

10.3.10.3 声场扫查法 1041

10.3.10.4 使用光学干涉测量术的超声水听器校准法 1044

10.3.10.5 利用非线性传播的水听器校准技术 1046

10.3.11 NPL超声波束校准器系统的声场参数计算和处理方法 寿文德 关立勋 1047

10.3.11.1 非自动扫查系统 1048

10.3.11.2 自动扫查系统 1052

10.3.11.3 连续波系统 1053

10.3.11.4 实施测量的程序 1054

10.4 测量误差的分析和估计 寿文德 1054

10.4.1 测量误差的分析 1054

10.4.1.1 误差的定义和分类 1054

10.4.1.2 系统误差 1055

10.4.1.3 偶然误差 1057

10.4.1.4 粗大误差 1061

10.4.1.5 函数误差的计算 1061

10.4.2 误差的合成 1062

10.4.2.1 总则 1062

10.4.2.2 误差的合成方法 1062

10.4.3 不确定度计算实例 1065

10.4.3.1 例1：在声强响应因子K2f测量中的总不确定度σk的计算 1065

10.4.3.2 例2：空间峰值时间平均声强测量的总不确定度бspta的计算 1065

10.4.4 测量结果的曲线拟合 1066

10.4.4.1 线性拟合 1066

10.4.4.2 曲线拟合 1067

10.5 超声图象品质的评价 关立勋 1069

10.5.1 概述 1069

10.5.2 主观接受视觉信息的缺陷 1069

10.5.4 测量方法的局限性 1070

10.5.3 超声波传播过程中的物理缺陷 1070

10.5.5 综合评价的必要性 1071

10.5.6 超声图象评价的物理指标及其相关因素 1071

10.6 超声诊断设备的质量管理和控制 蔡金荣 1073

10.6.1 质量的概念 1073

10.6.1.1 产品质量 1073

10.6.1.2 工作质量 1074

10.6.2 全面质量管理 1074

10.6.2.1 质量管理 1074

10.6.2.2 全面质量管理 1075

10.6.3 质量管理体系 1078

10.6.3.1 质量管理体系的任务 1079

10.6.3.2 质量职能 1079

10.6.3.3 质量职能的划分 1079

10.6.3.5 质量管理机构 1080

10.6.3.4 质量责任 1080

10.6.3.6 质量管理保证体系 1081

10.6.4 医用超声设备新产品开发过程的质量管理 1081

10.6.4.1 新产品开发的任务 1081

10.6.4.2 新产品开发过程的质量职能 1082

10.6.4.3 技术调查 1082

10.6.4.4 制定开发计划和质量目标 1082

10.6.4.5 新产品开发过程的工作程序 1083

10.6.6 生产过程的质量管理 1085

10.6.4.6 新产品开发过程的生产技术准备 1085

10.6.5 辅助过程的质量管理 1085

10.6.6.1 工序控制 1086

10.6.6.2 工序因素控制 1086

10.6.6.3 工序质量控制 1087

10.6.7 质量检验与监督 1089

10.6.7.1 质量检验的概念与职能 1089

10.6.7.3 质量检验设施 1090

10.6.7.4 质量检验方法和程序 1090

10.6.7.2 质量监督机构和人员 1090

10.6.7.5 质量监督 1091

10.6.8 使用过程的质量管理 1092

10.6.9 质量管理常用方法 1092

10.7 超声诊断设备的可靠性及安全性 1096

10.7.1 超声诊断设备的可靠性 关立勋 1096

10.7.1.1 概述 1096

10.7.1.2 可靠性常用术语和主要特征量 1098

10.7.1.3 可靠性设计 1099

10.7.1.4 可靠性试验 1104

10.7.1.5 使用可靠性 1106

10.7.1.6 可靠性标准 1106

10.7.2 医用超声诊断设备环境试验 忙安石 1107

10.7.2.1 概述 1107

10.7.2.2 《医用电气设备环境试验要求及方法》简介 1108

10.7.3.1 概述 1111

10.7.3 超声诊断设备的电气安全 屠淑珍 1111

10.7.3.2 术语和定义 1112

10.7.3.3 对电击的防护 1113

10.7.3.4 超声诊断设备的主要安全要求及测量方法(主要介绍1类B型) 1114

10.8 标准化工作程序 蔡金荣 关立勋 1118

10.8.1 标准化基础 1118

10.8.1.1 标准化 1118

10.8.1.2 标准化基本术语 1119

10.8.1.3 标准化形式 1120

10.8.1.4 标准分类 1121

10.8.1.5 标准分级 1121

10.8.2 标准制订和修订 1124

10.8.2.1 标准制订和修订原则 1124

10.8.2.2 制定和修订标准的组织形式 1126

10.8.2.3 标准制定，修订的一般程序 1126

10.8.2.4 编写标准的基本要求 1127

10.8.2.5 标准的构成及其主要内容 1128

10.8.2.6 标准层次的划分及其编号 1129

10.8.2.7 标准的复审 1130

10.8.3 标准化与经济效益 1130

10.8.3.1 标准化经济效益的指标体系 1130

10.8.3.2 标准化系数 1132

10.9 国内外医用超声标准化组织及其文件 关立勋 1132

10.9.1 国内医用超声标准化组织 1132

10.9.2 国际标准化相关组织 1132

10.9.2.1 IEC/TC-87超声学技术委员会 1132

10.9.2.2 国外其他相关组织 1134

10.9.3 国内相关学术组织团体 1137

10.9.4 国外相关学术组织团体 1137

10.9.5 国内医用超声标准目录 1137

10.9.6 国外医用超声标准出版物 1138

小结 寿文德 1140

参考文献 1141

第11章 超声诊断设备的新技术与发展动向 1149

11.1 概述 伍于添 1149

11.2 计算机的深入应用 伍于添 1149

11.2.1 计测技术 1150

11.2.2 信息的定量化 1151

11.2.2.1 灰阶直方图 1151

11.2.2.2 血流直方图 1151

11.2.2.3 多普勒频谱的定量测量 1151

11.2.2.4 A型扫查标准化 1151

11.2.3 改善图象质量 1152

11.2.3.1 动态聚焦 1152

11.2.3.2 动态孔径 1152

11.2.4.3 “自适应探头” 1154

11.2.4.2 “智能化探头” 1154

11.2.4.1 操作程序化和自动化 1154

11.2.3.3 动态变迹 1154

11.2.4 智能化 1154

11.2.4.4 “自适应象素图象显示” 1155

11.3 显示与记录的新技术 伍于添 1155

11.3.1 显示技术 1155

11.3.1.1 图象局部放大 1155

11.3.1.2 电影回放技术 1155

11.3.1.3 伪彩色显示 1156

11.3.1.4 三维显象技术 1156

11.3.2 记录技术 1156

11.3.2.1 照相技术 1156

11.3.2.2 光纤记录仪和多幅照相机 1157

11.3.2.3 动态图象的记录方法 1157

11.3.2.4 图象打印设备 刘忠齐 1157

11.4.1.1 端射式探头 1160

11.4 腔内超声 伍于添 1160

11.4.1 直肠内探头 1160

11.4.1.2 多平面探头 1161

11.4.2 膀胱内探头 1163

11.4.3 经阴道探头 1163

11.4.4 子宫腔内探头 1164

11.4.5 经食道探头 1164

11.4.6 管腔内超声系统 1165

11.4.6.1 导管探头的基本结构 1165

11.4.6.2 IVUS的应用范围 1166

11.4.7 三维腔内超声探头 1167

11.5 目前超声诊断技术的局限性及发展动向 伍于添 1168

11.5.1 现有超声诊断技术的局限性 1168

11.5.1.1 超声图象形状与位置的失真 1168

11.5.1.2 超声图象亮度的失真 1168

11.5.2.1 二维超声诊断仪的新技术 1170

11.5.2 超声诊断技术的发展动向 1170

11.5.2.2 三维超声成像 1171

11.6 其它超声诊断技术的展望 伍于添 1175

11.6.1 超声显微镜 1175

11.6.2 超声多普勒的新技术 1176

11.6.2.1 传统超声多普勒技术的缺陷 1177

11.6.2.2 近年出现的超声多普勒新技术 1182

11.6.3 超声组织定征的应用探讨 1188

11.6.3.1 概况 1188

11.6.3.2 体内组织的声散射及超声纹理参数 1190

11.6.3.3 组织非线性参数B/A的测定 1191

11.6.4 超声CT 1192

11.7 国内外市场展望 胡宗泰 伍于添 1193

11.7.1 国内市场 1194

11.7.2 发达国家市场 1195

参考文献 1197

附录 1198

1.超声诊断技术与设备发展简史及我国超声诊断发展简史 1198

2.国内主要超声诊断设备厂一览表 1202

3.国外主要超声诊断设备厂商一览表 1204

4.国内主要超声诊断设备技术性能 1208

5.国外主要超声诊断设备技术性能 1212

6.国内医用超声设备主要相关刊物 1217

7.国外医用超声设备主要相关刊物 1218

8.国内主要生产医用压电陶瓷元件的单位 1220

9.国内生产的医用超声压电陶瓷材料的各种性能 1221

10.σE和一次泛音频率fзl对基波共振频率fз0之比的关系 1222

11.Kp～Δf/fs对应数值表 1223

12.K31～Δf/fз对应数值表 1230

13.机械品质因数Qm值的修正系数β表 1235

14.fsi/fsl～Kt(或K15)对应数值表 1237

15.fsi/fp～Kt(或K15)对应数值表 1250