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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/A62

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SRAM513

5.5.1.4 动态随机存取存贮器DRAM515

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DSCA539

5.6.4.3 第二类DSCA542

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Ibapa954

10.1.7.3 空间峰值时间平均声强Isppa954

10.1.7.4 波速平均时间平均声强Ibata954

10.1.7.2 空间峰值时间平均声强Ispta954

10.1.7.1 空间峰值时间峰值声强Isptp954

10.1.7.6 空间平均时间平均声强Isata955

10.1.7.7 空间平均脉冲平均声强Isapa955

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CT1192

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