A型超聲

1.A型超聲儀的工作原理

A型單向超聲診斷儀由主控電路、發射電路、高頻信號放大器、補償電路、檢波器、視頻信號放大器、時基電路、示波管和換能器組成。

主控電路產生觸發反射電路和時基掃描電路的同步脈沖信號。增加同步信號的重復頻率，可提高熒光屏的亮度，但重復頻率過高，探測深度就受到限制。目前所采用的多為400∼1000Hz的重復頻率，最低者為50Hz。

發射電路受同步信號觸發時，產生一個持續時間為1.5∼5μs的高頻電振蕩。輸出脈沖的幅度和持續時間可通過并聯在輸出端的電位器來調節。

接收電路包括高頻放大器、檢波器和視頻放大器三部分，有的儀器加入補償電路。接收電路中，設有增益和抑制兩個調節旋鈕。增益旋鈕用來調節輸出的放大倍數，抑制旋鈕用來調節門限電平，以除去門限以下的無用小波，而不影響門限以上的信號。回聲信號最后由視頻放大器放大到足夠的幅度，送到示波管的Y軸偏轉板，產生Y向偏移。偏移的幅度基本和信號大小成正比。

時基電路產生鋸齒波電壓，經后級放大至足夠的幅度，送至示波管的X軸偏轉板，產生掃描線。鋸齒波的重復頻率由主控電路決定。一般在400∼1000Hz范圍。鋸齒波電壓變化的快慢（斜坡速度）和探測深度相關。變化越慢，最大探測深度越深。儀器的深度調節或比率調節，就是調節鋸齒波電壓的斜率。

2.A型超聲的特點與限度

A型（amplitudemodulationmode）超聲診斷即超聲示波診斷，亦即幅度調制型超聲。它是利用超聲波的反射特性來獲得人體組織內的有關信息，從而診斷疾病的。當超聲波束在人體組織中傳播遇到不同聲阻抗的兩層鄰近介質界面時，在該界面上就產生反射回聲，每遇到一個界面，產生一個回聲，該回聲在示波器的屏幕上以波的形式顯示，界面兩側介質的聲阻抗差愈大，其回聲的波幅愈高﹔反之，界面兩側介質的聲阻抗差愈小，其回聲的波幅愈低。若超聲波在沒有界面的均勻介質中傳播，即聲阻抗差為零時則呈現無回聲的平段。根據回聲波幅的高低、多少、形狀等對組織狀態作為判斷。

臨床上常用此法測量組織界面的距離、臟器的徑線，探測肝、膽、脾、腎、子宮等臟器的大小和病變范圍，也用于眼科及顱腦疾病的探查。現時，A型超聲的許多診斷項目已逐漸被B型超聲所取代。然而它對于腦中線的探測、眼軸的測量、漿膜腔積液的診斷、肝膿腫的診斷以及穿刺引流定位等，由于其簡便易行、價廉，仍有不可忽視的實用價值。

M型超聲

1.M型超聲儀的工作原理

主控電路是一個高重復頻率的多諧振蕩器，由它產生的同步觸發脈沖控制有關電路工作。

發射電路產生電脈沖激勵換能器工作。

接收電路由射頻放大器、時間增益補償電路、檢波器、視頻放大器和信號處理等單元組成。射頻放大器采用集中調諧放大電路，前三級為阻容耦合寬帶放大器，第四級為調諧放大器。總增益大于85dB，帶寬大于900kHz。時間增益補償電路是一個波形疊加器，產生控制曲線，用此曲線同時控制高頻放大器第二級和第三級，最高可達負60dB的增益補償。并設有“近區”、“中區”（斜坡）和“遠區”調節。“近區抑制”可以避免振幅過高的脈沖使放大器過載阻塞，提高淺層的分辯力。斜坡的位置和斜率調節恰當，可清晰地顯示室間隔左右室面。“遠區調節”用以清晰顯示左室后壁內外膜面。

檢波器檢出的視頻信號可直接由射頻放大器放大送給顯示器顯示，也可經過信號處理后才放大。

時基電路和A型的相同，但是加在顯示器的垂直方向上，而顯示器的水平方向則是加入慢掃描電路產生的鋸齒波信號以形成時間掃描。

按國際標准，點陣時標電路產生上下相鄰兩點間距為1cm，左右兩行相距為0.5s的占陣時標，供測量之用。

脈位調制電路利用脈沖位置調制的方法，使參考信號（心電、心音或其它參數）和心動圖同步顯示在熒光屏上。

2.M型超聲的特點與限度

M型（motionmode）超聲是輝度調制型中的一個特殊類型，主要用于心臟及大血管檢查，早期將之稱為M型超聲心動圖（M-ultrasoundcardiogram&echocardiogram）。它是在輝度調制型中加入慢掃描鋸齒波，使光點自左向右緩慢掃描。其縱坐標為掃描時間線，即超聲的傳播時間及被測結構的深度、位置﹔橫坐標為光點慢掃描時間。由于探頭位置固定，心臟有規律地收縮和舒張，心臟各層組織和探頭間的距離便發生節律性的改變。隨著水平方向的慢掃描，便把心臟各層組織展開成曲線。所以它所描記的是聲束所經心臟各層組織結構的運動軌跡。根據瓣膜的形態、厚度、反射強弱、活動速度等改變，它可確診二尖瓣狹窄、瓣膜贅生物、腱索斷裂、心肌肥厚等病變。對心房粘液瘤、附壁血栓及心包積液等診斷較准確。對先天性心臟病、瓣膜脫垂等可提供重要的診斷資料。與心電圖及心機械圖配合則可測定多項心功能指標。

與A型超聲一樣，M型超聲是由單晶片發射，單聲束進入人體，因而只能獲得一條線上的回波信息﹔較之B型超聲能獲得一個切面的信息量要少得多。當然，A型超聲能准確地顯示人體組織內各部位間的距離，而M型超聲則可看出各部位間在一定時間內相互的位移關系，即心動狀態。

B型超聲

1.B型超聲儀的工作原理

B型超聲儀的工作原理與A型儀基本相同。它是由主控電路、發射電路、接收電路（高頻信號放大器、視頻信號放大器）、掃描發生器、圖像顯示器（電子槍、偏轉系統、熒光屏）和換能器構成的。

主控電路又稱同步觸發信號發生器，它周期地產生同步觸發脈沖信號，分別觸發發射電路和掃描發生器中的時基掃描電路。超聲脈沖發射的重復頻率是由它控制的，通常同步觸發信號的重復頻率就是超聲脈沖發射的重復頻率。

發射電路在受同步信號觸發時，產生高頻電脈沖激勵換能器。

接收電路接收由人體受檢組織反射的超聲信息，有以下几個主要過程：ヾ對高頻超聲信號放大和對數壓縮﹔ゝ對高頻超聲信號檢波，轉變為視頻信號﹔ゞ對視頻信號進行放大﹔々把放大了的視頻信號顯示在顯示器上。

換能器將回波信號轉換成高頻電信號后，被檢波器檢出的視頻包絡信號要經過視頻信號放大器放大和處理，然后加到顯示器的柵極進行亮度調制。

掃描發生器產生掃描電壓，使電子束按一定的規律掃描，在顯示器上顯示出切面圖像。

超聲回波信號的顯示是通過顯示器件來實現的，常見的顯示器是陰極射線管（CRT）。陰極射線管有靜電式（示波管）和磁偏轉式（顯像管）兩種，兩者的基本結構相同，主要區別是前者采用電場偏轉，而后者采用磁偏轉系統。

電子板的作用是發射高速且很細的電子束。偏轉系統的作用是控制電子束，使其隨外加電壓的變化而偏轉。

A型和B型超聲儀工作原理的主要不同點是：ヾB型將A型的幅度調制顯示改為輝度調制顯示，它將放大后的回聲脈沖電信號送到顯示器的陰極（或控制柵上），使顯示的亮度隨信號大小變化﹔ゝB型的時基深度掃描一般加在顯示器的垂直方向，聲束必須掃描，和顯示器水平方向上的位移掃描相應，以構成一幅切面顯示圖。因此，B型儀器也稱為切面顯像儀或二維顯像儀。

2.B型超聲的特別與限度

B型（brightnessmodulationmode）超聲，為輝度調制型，其原理與A型相同，其不同點有三：ヾ它將回聲脈沖電信號放大后送到顯示器的陰極，使顯示的亮度隨信號的大小而變化﹔ゝB型超聲發射的聲束必經掃描，加在顯示器垂直方向的時基掃描與聲束同步，以構成一幅二維切面聲像圖﹔ゞ醫生根據聲像圖所得之人體信息診斷疾病，而不是像A型超聲那樣根據波型所反映的人體信息診病。

B型超聲具有如下特點：它將從人體反射回來的回波信號以光點形式組成切面圖像。此種圖像與人體的解剖結構極其相似，故能直觀地顯示臟器的大小、形態、內部結構，并可將實質性、液性或含氣性組織區分開來。

超聲的傳播速度快，成像速度快，每次掃描即產生一幅圖像，快速地重復掃描。產生眾多的圖像組合起來便構成了實時動態圖像。因而能夠實時地觀察心臟的運動功能、胎心搏動，以及胃腸蠕動等。

由于人體內組織的密謀不同，相鄰兩種組織的聲阻抗也不同，當聲阻抗差達千分之一時，兩組織界面便會產生回聲反射，從而將兩組織區分開來。超聲對軟組織的這種分辨力是X射線的100倍以上。

此外，B型超聲尚具操作簡便，價格便宜、無損傷無痛苦，適用范圍廣等特點，因而已被廣大患者和臨床醫師所接受。

B型超聲也還存在下述問題：ヾ顯示的是二維切面圖像，對臟器和病灶的空間構形和空間位置不能清晰顯示﹔ゝ由于切面范圍和探查深度有限，尤其扇掃時聲穿較小，對病變所在臟器或組織的毗鄰結構顯示不清﹔ゞ對過度肥胖病人，含氣空腔（胃、腸）和含氣組織（肺）以及骨骼等顯示極差，影響顯像效果和檢查范圍。

脈沖多普勒超聲

1.脈沖式多普勒超聲儀的工作原理

脈沖式多普勒超聲儀發射的是脈沖波，每秒發射超聲脈沖的個數稱脈沖重復頻率（PRF），一般為5∼10kHz。目前常用的距離選通式脈沖多普勒超聲儀由換能器、高頻脈沖發生器、主控振蕩器、分頻器、取樣脈沖發生器、接收放大器、鑒相器、低通濾波器和f-v變換器等部件組成。換能器（探頭）采用發、收分開型，發射壓電晶體受持續時間極短的高頻脈沖激勵，發射超聲脈沖。接收壓電晶體收到由紅細胞后散射的高頻回波，經放大后輸入鑒相器進行解調，低通濾波器濾去高載波，讓不同深度的多普勒回波信號通過。調節取樣脈沖與高頻發射脈沖之間的延遲時間，就可以對來自某一深度的回波信號進行選通取樣，從而檢測到那一深度血管中的血流。按照取樣定理，取樣脈沖的重復頻率必須大于最大多普勒頻移的2倍。取樣脈沖與發射脈沖之間的延遲時間，可用簡單的單穩態延遲電路產生。標明選通距離的度盤直接裝在調節延遲時間的電位器的軸上，延遲時間每改變13μs，距離度盤上的距離標度正好改變1cm。經取樣保持電路輸出的信號中含有控制脈沖信號成分，經過低通濾波器濾除后，送f-v變換成電壓輸出。

2.脈沖波多普勒和連續波多普勒超聲的特點與限度

脈沖波多普勒是由同一個（或一組）晶片發射并接收超聲波的。它用較少的時間發射，而用更多的時間接收。由于采用深度選通（或距離選通）技朮，可進行定點血流測定，因而具有很高的距離分辨力，也可對喧點血流的性質做出准確的分析。由于脈沖波多普勒的最大顯示頻率受到脈沖重復頻率的限制，在檢測高速血流時容易出現混疊。這對像二尖瓣狹窄、主動脈瓣狹窄等這類疾病的檢查十分不利。

1.連續式多普勒超聲儀的工作原理

超聲多普勒診斷儀簡稱D型超聲儀。它是利用多普勒效應原理，對運動的臟器和血流進行探測的儀器。

連續式多普勒超聲儀是由振蕩器發出高頻連續振蕩，送至雙片探頭中的一片，被激勵的晶片發出連續超聲的。遇到活動目標（如紅細胞），反射回來的超聲已是改變了頻率的連續超聲，它被雙片探頭的另一片所接收并轉為電信號。此信號與儀器的高頻振蕩器產生的信號混頻以后，經高頻放大器放大，然后解調取出差頻信號。此差頻信號含有活動目標速度的信息。由于處理和顯示方式不同，連續式多普勒儀可分為監聽式、相位式、指向式和超聲多普勒顯像儀等。最簡單的多普勒顯像系統由連續波多普勒血流檢測器、存貯監視器與探頭位置定位器組成。定位器用機械法與血流檢測探頭結合，并將信號傳遞至存貯監視器，在示波屏上顯示出與探頭位置相關的一個光點。當來自探頭的超聲束貫穿一條血管時，血流檢測器產生一個信號至監視器并在示波屏上增輝及存貯。

2.連續波多普勒由于采用兩個（或兩組）晶片，由其中一組連續地發射超聲，而由另一組連續地接收回波。它具有很高的速度分辨力，能夠檢測到很高速的血流，這是它的主要的優點。而其最主要的缺點是缺乏距離分辨能力。

1.彩色多普勒血流顯像儀的工作原理

彩色多普勒血流儀與脈沖波和連續波多普勒一樣，也是利用紅細胞與超聲波之間的多普勒效應實現顯像的。彩色多普勒血流儀包括二維超聲顯像系統、脈沖多普勒（一維多普勒）血流分析系統、連續波多普勒血流測量系統和彩色多普勒（二維多普勒）血流顯像系統。震蕩器產生相差為π/2的兩個正交信號，分別與多普勒血流信號相乘，其乘積經模/數（A/D）轉換器轉變成數字信號，經梳形濾波器濾波，去掉血管壁或瓣膜等產生的低頻分量后，送入自相關器作自相關檢測。由于每次取樣都包含了許多個紅細胞所產生的多普勒血流信息，因此經自相關檢測后得到的是多個血流速度的混合信號。把自相關檢測結果送入速度計算器和方差計算器求得平均速度，連同經FFT處理后的血流頻譜信息及二維圖像信息一起存放在數字掃描轉換器（DSC）中。最后，根據血流的方向和速度大小，由彩色處理器對血流資料作為偽彩色編碼，送彩色顯示器顯示，從而完成彩色多普勒血流顯像。

2.彩色多普勒的特點與限度

彩色多普勒又稱二維多普勒，它把所得的血流信息經相位檢測、自相關處理、彩色灰階編碼，把平均血流速度資料以彩色顯示，并將其組合，疊加顯示在B型灰階圖像上。它較直觀地顯示血流，對血流的性質和流速在心臟、血管內的分布較脈沖多普勒更快、更直觀地顯示。對左向右分流血流以及瓣口返流血流的顯示有獨到的優越性。但對血流的定量不如脈沖波和連續波多普勒。