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Apr 11, 2024 06:05 AM
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Ultrasound 最困难的一集
US_Lecture 1Introduction to Ultrasound (US)Functions:Propagation of US waves in tissueAttenuation coefficients例题US Equipment近场边界&偏离角看例题背板得了US TransducersUS DopplerDoppler ultrasound for blood flow measurements (functional imaging)例题US _Lecture 2US_self-studyPiezoelectric material 压电材料成像原理几种类型的多普勒
US_Lecture 1
Introduction to Ultrasound (US)
Functions:
便宜，portable，Anatomy, blood-flow, real-time, 应用广泛，GPU计算重建
Diagnostic Ultrasound (i.e. imaging): 1 – 15 MHz
Average speed of sound in tissue: 𝑐 ~1540 𝑚/s
US waves: 𝑐 = 𝜆𝑓 (equation valid for any wave phenomenon) gives wavelengths in the range 0.1 – 1.5 mm
NOTE: the relation E = hf is valid only for EM waves in the high energy/frequency regime, not for sound waves!
波在物体中遇到边界，被反射/传播，通过时间差计算距离（原理与雷达、声纳相同）
Propagation of US waves in tissue
(Acoustic) media are characterized by three physical quantities: mass density 𝜌, speed of sound c and compressibility (可压缩性) 𝑘 though the equation:
越坚硬（难以压缩）、密度越小，传播越快
中间看不懂，扔在这了
Attenuation coefficients
where 𝜇 is the intensity attenuation coefficient and 𝛼 is the pressure attenuation coefficient, both measured in units of
𝜇 = 2𝛼 because intensity goes with the square the pressure.
why?
The frequency dependence of 𝜇 for soft tissue is
z = 0 means the initial entrance position
例题
带入公式即可
US Equipment
单元件超声换能器spiezo -electric effect (Pierre Curie):
当振荡电压施加到压电元件的一面时，其厚度以与施加电压相同的频率振荡，厚度的变化与该电压的大小和极性成正比。
将该元件与患者皮肤物理接触，将压电元件的机械运动转化为压力波，并将其传递到体内。
电波转化为压力波：
临界处两边材料阻抗差距越大，反射越强烈
Transducer bandwidth
品质因数
近场边界&偏离角
看例题背板得了
详细解释
这个问题涉及到了超声波换能器的近场边界（NFB）的计算，以及在一定距离处的超声波束宽度的估算。我们逐步解释如下：
首先，我们需要计算3 MHz频率的超声波在组织中的波长。已知超声波在组织中的传播速度是1540 m/s。波长（λ）可以通过下面的公式计算：
其中 c是声速，f是频率。将给定的数值代入，得到：
接下来，我们计算NFB的位置。NFB的位置可以近似地通过以下公式计算：
其中 D 是换能器晶体的直径。将数值代入，得到：
所以，近场边界距离换能器表面大约是5厘米。
接下来，我们需要计算束宽度在10厘米处的大致值。首先，我们要确定从换能器到NFB处的发散角度。这可以通过以下公式估算：
代入数值，得到：
这是从换能器表面到NFB处的发散角度。
最后，我们假设在NFB处的束宽度是1厘米，然后计算在NFB之后每厘米超声波束宽度的增加。因为10厘米距离是NFB的两倍，我们可以估算在NFB之后，超声波束宽度每增加1厘米，超声波束宽度的增加。由于发散角度很小，我们可以用小角度近似，即：
在这个问题中，距离NFB的距离是5厘米（因为10厘米是从换能器表面开始的距离，而NFB在5厘米处），所以：
因此，在10厘米处的束宽度大约是：
总结一下，对于一个工作在3 MHz，晶体直径为1厘米的换能器，其近场边界大约在换能器表面5厘米处，而在距离换能器表面10厘米处的超声波束宽度大约是1.31厘米。
US Transducers
没公式要背，原理先不学了
US Doppler
Doppler ultrasound for blood flow measurements (functional imaging)
接收到的信号，来自于血液中的红细胞信号散射
If blood is flowing towards the transducer the detected frequency is higher than the transmitted frequency, and vice versa.
多普勒频移：
因为第二项几乎为0 ，所以忽略掉
得到血流速度：
例题
经验主义总结：
是脉冲的周期，本题中总时间为：
依次来求出，92
然后带入的公式，得出第二个时间，
这是“接收机应该开启的时间”（How long should the receiver be gated on）
US _Lecture 2
不学了
包含造影剂，使用安全和医疗应用三部分
US_self-study
Piezoelectric material 压电材料
PTZ锆钛酸铅
有许多电偶极子
给压电晶片施加电压，它就发射超声；给它施加声压，它就会产生电压。
成像原理
超声成像的原理：声阻抗
声阻抗的定义是，媒介中界面声压与通过该面的声通量（质点体速度除以面积）之比。如果觉得不好理解，完全可以用电阻来类比：电阻不就是导体上电压和电流之比么。
数值上，声阻抗等于介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积。一般来说，固体声阻抗大于液体，液体大于气体。
影响超声传播的实际上就是声阻抗。超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射或者散射与绕射。
几种类型的多普勒
- PW，脉冲型，一个脉冲束，测量血流的速度，但是不产生图像
- CW，连续性，俩探头，一个发射一个接收，准确度特别高，但是一直再测重叠区域的血液流速，没有深度信息，不能成像。如果区域有不止一个血管，重叠在一起也没法区分
- 彩超，得到黑白图像，再选取区域，用颜色区分血流速度，暖色调为（与超声发出）同向，冷色调为反向
- 微泡成像，相当于造影剂，反射很强，在图像里变量。用于溶栓、药物作用等