超聲診斷的基本知識

和基本病變浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科洪玉蓉主要內(nèi)容超聲波的物理特性超聲診斷儀的組成和類型超聲檢查的優(yōu)缺點超聲成像新技術(shù)超聲醫(yī)學(xué)凡研究超聲波在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，即超聲醫(yī)學(xué)，是聲學(xué)、醫(yī)學(xué)和電子工程技術(shù)項結(jié)合的一門學(xué)科。波動波動機械波（橫波，縱波）電磁波（橫波）無線電波，微波，紅外線，可見光，紫外線，X射線，伽馬射線聲波（縱波），水波，地震波橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向平行聲波聲波：發(fā)聲體產(chǎn)生的振動在空氣或其他物質(zhì)中的傳播（機械波，縱波）次聲波：頻率<16Hz的聲波可聞聲波：人耳聽覺范圍內(nèi)聲波頻率16~20000Hz超聲波：頻率>20000Hz的聲波超聲診斷用超聲波頻率1-30MHz超聲波的主要物理量1、聲速（C）、頻率（f）和波長（λ）：C超聲波在介質(zhì)中的傳播速度（穿透力）

C=f*λ

(f頻率，λ

波長）頻率越高，波長越短，穿透力越差，但分辨力越高，適用于淺表器官的探查頻率越低，波長越長，分辨力越低，但穿透力越好，適用于心臟、腹部等深部器官的探查3-5MHz腹部2-3.5MHz心臟5-12MHz淺表器官5-9MHz經(jīng)陰道直腸人體各種介質(zhì)聲速：一級近似下，人體軟組織中聲速大致在1500m/s左右介質(zhì)聲速（m/s）空氣332水37°C1523血液1570脂肪1476軟組織（平均）1500肌肉1568肝1570腎1560皮膚1518顱骨38602、特異性阻抗（Z）：

Z=ρ*c

ρ

介質(zhì)密度，c聲速

特異性阻抗反映了介質(zhì)的密度和彈性介質(zhì)Z（105瑞利）空氣0.000429水37°C1.513血液1.656脂肪1.410軟組織（平均）1.524肌肉1.684肝1.648顱骨5.5711、指向性超聲波一般頻率高，波長短，在人體介質(zhì)中呈直線傳播，具有良好的指向性。超聲波的物理特性2、反射和折射：聲波入射到兩個介質(zhì)的分界面上，如界面的線度遠(yuǎn)大于波長，則產(chǎn)生反射與折射。（1）垂直入射到兩層相鄰的介質(zhì)入射反射折射z1z2聲壓反射系數(shù)=z2--z1z1z2+聲壓折射系數(shù)=z2+z12z2-聲阻抗差Δz=z2--z1人體軟組織聲阻抗差異很小，但只要有1‰的聲阻抗差，便可產(chǎn)生反射反射和折射產(chǎn)生的各層回波給我們帶來了人體內(nèi)部各層組織的信息，人們利用這些信息進(jìn)行超聲診斷兩介質(zhì)聲阻抗差越大，反射就越強，折射就越小，反之，聲阻抗差越小，反射就越小，折射就越強空氣與人體軟組織間特異性阻抗差異較大，當(dāng)超聲在人體中傳播遇到空氣時，反射強烈，回波幅度很大，出現(xiàn)亮點、亮團，而折射聲波能力減少，很難看到空氣后方的組織。（2）垂直入射到三層相鄰介質(zhì)Z1Z2Z3AB理想情況下，第一介質(zhì)中的入射波全部進(jìn)入第三介質(zhì)，此時第二介質(zhì)就是一個透聲層。透聲層條件：也稱阻抗匹配層該層厚度d=1/4*λZ2=Z1*Z3d探頭人體耦合劑耦合劑作用：排除空氣，增加透聲性，其Z接近人體Z(3)斜入射到兩個相鄰介質(zhì)的界面θθ1θ3反射角θ1=θ2sinθ1sinθ2=C1C2聲波在具有不同聲速的介質(zhì)中傳播，產(chǎn)生聲波的折線傳播，將產(chǎn)生超聲偽像。3、衍射和散射當(dāng)聲波通過一個線度為一到二個波長的障礙物，聲波的傳播方向?qū)⑵x原來方向產(chǎn)生衍射。聲波傳播過程中遇到線度大大小于波長的微小粒子，微粒吸收聲波能量后再向四周各個方向輻射聲波形成球面波，這種現(xiàn)象稱為散射。血液中紅細(xì)胞、超聲造影劑微泡線度5-8μm，產(chǎn)生散射4、衰減聲波在介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點振動的振幅（聲能）將隨傳播距離的增大而減小，這種現(xiàn)象稱為聲波的衰減。衰減的主要原因：（1）介質(zhì)對聲波的吸收：聲能損耗（黏滯性、熱傳導(dǎo)）（2）散射衰減：微粒，如紅細(xì)胞、造影劑（3）聲速擴散：隨著傳播距離的增加，聲波向傳播軸線兩旁橫向擴散引起單位面積上聲波能量的減少應(yīng)用：穿透力受限，深部組織分辨力不足5、回波測距原理：離開超聲探頭（換能器）x距離的地方有一目標(biāo)，換能器發(fā)生射一組超聲波，經(jīng)t時刻后到達(dá)目標(biāo)，然后反射回去，再經(jīng)t時刻重新回到換能器。t=x/c，S---2txx6、多普勒效應(yīng)：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者接受到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)波源與觀察者之間有相對運動時，兩者相互接近，觀察者接收到的頻率增大，兩者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。f

發(fā)射頻率，ν’血流速度Δf

頻移（fd）c

聲速超聲診斷儀的組成探頭掃描發(fā)生器顯示器接收電路主控電路發(fā)射電路超聲探頭：基本結(jié)構(gòu)：壓電換能器：功能件，發(fā)射和接收超聲波殼體電纜其他壓電效應(yīng)：

經(jīng)過人工極化后的一些陶瓷，在機械應(yīng)力的作用下會在電極表面產(chǎn)生電荷，反之，若對這些陶瓷施以一電場，陶瓷也會產(chǎn)生應(yīng)變。這種機械能轉(zhuǎn)換成電能，電能轉(zhuǎn)變成機械能的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。機械能電能正壓電逆壓電超聲診斷儀的類型1、A型超聲診斷儀：將超聲探頭置于人體表面一點，發(fā)射聲束入體內(nèi)，由組織界面返回的回波幅度，顯示于顯示器上。圖像橫坐標(biāo)表示超聲波的傳播時間，即探測深度，縱坐標(biāo)表示回波脈沖的幅度（amplitude）深度回波幅度2、B型超聲診斷儀：利用聲束進(jìn)行一維掃查，工作時探頭不動而發(fā)射的超聲束不斷變動傳播方向，并用亮度（Blightness,灰階、輝度）表示回波幅度大小，顯示組織器官的切面圖。3、M型超聲診斷儀：在輝度調(diào)制（B型）的基礎(chǔ)上，加上一個慢掃描電路，使輝度調(diào)制的一維回聲信號，得到時間上的展開，形成曲線。主要用于心臟瓣膜活動的觀察。深度時間4、D型（Doppler）超聲診斷儀：原理：利用聲學(xué)多普勒原理，對運動中的臟器和血液所反射回波的多普勒頻移信號進(jìn)行檢測并處理，轉(zhuǎn)換成聲音、波形、色彩和輝度等信號，從而顯示出人體內(nèi)部器官的運動狀態(tài)。分類：連續(xù)式超聲多普勒脈沖式超聲多普勒彩色多普勒血流成像連續(xù)式超聲多普勒技術(shù)(continuousultrasonicwaveDopplertechnique,CW)：探頭中的一個換能器發(fā)射出某一頻率的連續(xù)超聲波信號，另外一個換能器接收連續(xù)回波頻移信號主要用于測量心臟高速血流，沒有深度分辨力不受奈奎斯特頻率（1/2PRF）限制脈沖式超聲多普勒技術(shù)(pulseultrasonicwaveDopplertechnique,PW)：探頭只有一個換能器，發(fā)射出一組脈沖式超聲波信號，同時接收回波頻移信號具有深度分辨力，測量全身血流速度檢測高速血流的能力，受脈沖重復(fù)頻率的限制，多普勒頻移fd>1/2PRF（奈奎斯特頻率）時，產(chǎn)生大小和方向的偽差。血流速度的測定：fd

頻移fs發(fā)射頻率壓力階差的測定：ΔP=4V2max速度（頻移）時間頻窗：無頻率顯示區(qū)域基線：橫軸線，零頻移線，基線上面的頻譜為正向頻移，表示血流朝向探頭；基線下面為反向頻移，表示血流背離探頭頻帶寬度：頻移在垂直方向上的寬度，表示某一瞬間采樣血流中血細(xì)胞速度分布范圍的大小。頻帶寬，速度分布范圍大，頻帶窄，速度分布范圍小。頻譜灰階：頻譜圖的明暗度，表示信號強度的大小。它和該時刻擦癢容積內(nèi)血流速度相同的學(xué)細(xì)胞數(shù)目多少有關(guān)。學(xué)細(xì)胞數(shù)目多，散射強，顯示較亮，反之線束較暗。彩色超聲多普勒成像技術(shù)：原理：通過多普勒技術(shù)得到的物體運動速度在某一平面內(nèi)的分布以灰度或彩色方式形成圖像

顯示：以紅藍(lán)綠三基色組成，紅色表示朝向探頭方向的血流，藍(lán)色表示背離探頭反方向的血流。單純紅色或藍(lán)色表示層流，綠色表示湍流。人體組織回聲類型反射類型二維超聲圖像表現(xiàn)組織器官無反射型液性暗區(qū)無回聲尿液、膽汁、血液、囊腫液等液態(tài)物質(zhì)少反射型低亮度低回聲心、肝、胰、腎實質(zhì)、涎腺多反射型高亮度高回聲血管壁、心瓣膜、臟器包膜等纖維結(jié)締組織全反射型極高亮度區(qū)強回聲，后伴聲影骨骼、鈣化、結(jié)石、含氣肺、含氣腸道無回聲低回聲高回聲強回聲超聲檢查的優(yōu)點安全，無放射性損傷便捷，易于操作，短期內(nèi)可反復(fù)進(jìn)行實時、動態(tài)，可顯示器官運動功能和血流狀態(tài)任意斷面成像應(yīng)用范圍廣超聲檢查的局限性超聲波穿透力差，由于全反射，容易受氣體、骨骼、肥胖等影響超聲波的物理效應(yīng)引起多種偽像，影響診斷分析儀器性能優(yōu)劣影響超聲分辨