超聲基礎知識總結

1、超聲基礎知識總結物理基礎基本概念人耳聽覺范圍： 20-20000HZ超縱聲波頻率20000Hz縱波（疏密波）：粒子運動 平行于波傳播軸； 診斷最常用超聲頻率：2-10MHZ基本物理量：頻率（f）、波長（入）、聲速（C）；三者關系：入=c/f 人體軟組織的聲速平均為 1540m/s ，與水的聲速相近；骨骼的聲速最高，相當 于軟組織平均聲速的 2 倍以上。超聲場 ：發(fā)射超聲在介質中傳播時其能量所達到的空間； 簡稱聲場 ，又稱聲束。 聲束的影響因素：探頭的形狀、大?。?陣元數(shù)及其排列； 工作頻率（超聲的波長）； 有無聚焦及聚焦的方式； 吸收衰減； 反射、折射和散射等。聲束由一個大的 主瓣 和一些小的

2、 旁瓣 組成。超聲的成像主要依靠探頭發(fā)射高度 指向性的主瓣并接收回聲；旁瓣的反向總有偏差，容易產生偽像。 聲場可分為近場和遠場兩部分（1）近場聲束集中，呈圓柱狀；直徑一一探頭直徑（較粗）；（橫斷面聲能分布不均勻）長度超聲頻率和探頭半徑。公式：L =（ 2r f ）/ cL為近場長度， r 為振動源半徑， f 為頻率， c 為聲速（ 2）遠場聲束擴散，呈喇叭狀；聲束擴散角越小，指向性越好 。（橫斷面聲能分布較均勻） 聲束兩側擴散的角度為擴散角（2 0 ）;半擴散角（B）。 超聲波指向性優(yōu)劣指標是 近場長度 和 擴散角 。影像因素：增加超聲頻率；一一近場變斷、擴散角變小； 增加探頭孔徑（直徑）一一

3、但橫向分辨率下降。 采用聚焦技術一一方法：固定式聲透鏡聚焦； 電子相控陣聚焦； 聲束聚焦 ：采用聲束聚焦技術，可改善圖像的橫向和（或）側向分辨力。 固定式聲透鏡聚焦將聲透鏡貼附在探頭表面。 常用于線陣探頭、凸陣探頭； 可提高 橫向分辨力 ，但遠場仍散焦。電子相控陣聚焦一一（1）利用延遲發(fā)射是聲束偏轉，實現(xiàn)發(fā)射聚 焦或多點聚焦；可提高側向分辨力； 常用于線陣探頭、凸陣探頭；（2）動態(tài)聚焦 ：在長軸方向上全程接收聚焦。 （ 3）利用環(huán)陣探頭進行 環(huán)陣相控聚焦 ； 可改善橫向、側向分辨力； （ 4）其他聚焦技術：如二維多陣元探頭。超聲物理特性 ：一、束射特性（方向性）一一是診斷用超聲首要的物理特性；

4、 （如反射、折射、聚焦、散焦）大界面：指長度大于聲束波長的界面； 大界面的回聲 反射有顯著的 角度依賴性 。 入射聲束垂直于大界面時，回聲反射強； 入射聲束與大界面傾斜時，回聲反射減弱甚至消失。 兩種介質存在真聲阻抗，是界面反射的必要條件。聲強反射系數(shù)（Ri） = （ Z2乙）2/（ Z2+乙）Z1, Z2代表兩種介質的聲阻抗；聲阻抗=密度X聲速界面回聲反射的能量與界面形狀密切相關：垂直于凹面一一聚焦； 垂直于凸面散焦； 垂直于不規(guī)則面亂散射。 超聲界面反射的特點：非常敏感。人體許多器官如肝、 脾、膽囊的 包膜 、腹壁各層肌肉 筋膜以及皮膚層 都是典型的大界面。 小界面：指小于聲束波長的界面。

5、其后散射（背向散射）回聲無角度依賴性 。后散射：超聲遇到肝、脾等實質性器官或軟組織內的細胞 、包括成堆的紅細胞 （稱散射體 ），會發(fā)生微弱的散射波。散射波向四面八方分散能 量，只有朝向探頭的微弱散射信號一一后散射（背向散射），才會被檢測 到?，F(xiàn)代超聲診斷儀 正是利用 大界面反射 原理，能夠清楚顯示體表和內部的 表面和輪 廓；還利用無數(shù) 小界面后散射 的原理，清楚顯示人體表層， 以至于內部器官、組織復 雜而細微的結構 。二、衰減特性一一衰減與超聲傳播距離和頻率有關；衰減的原因主要有吸收、散射、聲束擴散。軟組織平均衰減系數(shù)：1dB/cm MHz 蛋白質成分是人體組織衰減的主要因素（占80%）。衰減

6、規(guī)律：骨軟骨肌腱肝、腎血液尿液、膽汁； 超聲的分辨力 ：顯示器上能區(qū)分聲束中兩個細小目標的能力或最小距離。 影像因素：超聲波得 頻率；脈沖寬度 ； 聲束寬度 （聚焦）； 聲場遠近和能量分布 ； 探頭類型 ；儀器功能 （二維圖像中像素多少、 灰階的級數(shù)多少等） 。 分類：空間分辨力（與聲束特性有關）軸向（縱向）分辨力：與 超聲頻率（正）和超聲寬度（負）有關；理論值：入/2橫向分辨力：與探頭 厚度方向 上聲束的寬度和曲面聚焦性能有關； 常采用透鏡聚焦側向分辨力：與探頭 長軸方向 上聲束的寬度有關；常采用相控聚焦細微分辨力寬頻帶和數(shù)字化聲束處理；對比分辨力與灰階級數(shù)有關；時間分辨力單位時間成像速度即

7、幀頻超聲的生物學效應 聲功率：單位時間內探頭發(fā)出的功率。單位：W或mW聲強：單位面積上聲功率。單位：W/cm2 或 mW/cm2；ISPTA：空間峰值時間平均聲強（ mW/cm2）ISPPA：空間峰值脈沖平均聲強（ W/cm2）分貝： 兩個聲強的比值； 超聲系統(tǒng)可控制的最大能量與最小 能量之比為動態(tài)范圍。2 生物學分類一一熱效應：診斷用超聲一般不會造成明顯的溫度升高；（mW/cm級）空化效應：可形成氣體微泡；診斷用超聲尚未得到證實； 對細胞畸變、染色體、組織器官的影響；高強聚焦超聲（HIFU）:熱凝固和殺滅腫瘤細胞作用；（KW/crn級）強烈機械震蕩 用于碎石治療；在物理治療學方面的作用（ W

8、級，一般0.5-3 W/cm 2） 超聲輻射劑量 是超聲強度與輻射時間的乘積。熱指數(shù)（ TI ） ： 1.0 以下無致傷性，胎兒應調至 0.4 以下；眼球應 0.2 以下；機械指數(shù)（Ml）:指超聲馳張期的負壓峰值（ MPa數(shù)）與探頭中心頻率（MHZ 的平方的比值。 1.0 以下無致傷性，胎兒應調至 0.3 以下；眼球應 0.1 以下； 超聲聲學造影應采用 低機械指數(shù) ，可以防止微氣泡破裂，提高造影效果。多普勒超聲技術的基礎及應用多普勒效應的公式： fd= 2Vcos 0 fo/ cV= f d c /2focos 0在超聲醫(yī)學診斷中， V為紅細胞運動速度；fd為多普勒效應產生的紅細胞散射回聲的

9、頻移；c探頭發(fā)射的超聲在人體組織中的傳播速度；f 0為探頭發(fā)射的超聲頻率；0為探頭發(fā)射的超聲的傳播方向與紅細胞運動方向間的夾角。分類一一脈沖多普勒：選擇性接收回聲信號，所需檢測位置的深度用延遲電路完成； 連續(xù)多普勒：無選擇檢測深度的功能，但可測很高速的血流； 高脈沖重復頻率（HPRF多普勒：增大檢測血流的能力；可有多個取樣容積。 多普勒超聲所檢測的不是一個紅細胞， 而是眾多的紅細胞， 各個紅細胞的運動速度及 方向不可能完全相同， 因此， 出現(xiàn)多種不同顏色的頻移信號， 被接受后成為 復雜的頻譜分布 （波形），對它用快速傅立葉轉換技術（FFT）進行處理后，把復雜的頻譜信號分解為若干 個單頻信號之和

10、，以 流速-時間曲線 波形顯示，以便于從中了解血流的方向、速度、時相、 血流性質等問題。脈沖多普勒技術的 局限性 ：（1） 最大頻移即最大測量速度受脈沖重復頻譜頻率的限制（fd= PRF/2）（2） PRF與檢測深度（d）的關系：d = c/2PRF，說明檢測深度受 PRF的影響；（3）檢測深度（d）與速度（v）關系：vd = c2/8f 0cos 0，為常數(shù)，v、d相互制約;（4） 當被檢測目標的運動速度超過PRF/2時，出現(xiàn)混迭現(xiàn)象。 增大脈沖波多普勒技術檢測速度、檢測深度的方法：降低發(fā)射頻率； 移動零位基線； 減低檢測深度；增大超聲入射角（B）,但cos 0在分母位置，值越小計算出速度值

11、誤差 越大，所以 此法不可取 。用HPRF的頻譜多普勒：fd= HPRF/2彩色多普勒一一原理：以脈沖多普勒技術為基礎，用運動目標顯示器（MTI）,自相關函數(shù)計算（ 自相關處理技術 ），數(shù)字掃描轉換、彩色編碼等技術，達到對血流的彩色現(xiàn)象。 三基色 紅、藍、綠三色； 三基色混合時， 可產生其他彩色， 稱為 二次色 ； 紅色加綠色產生黃色 （二次色） ，就以紅 - 黃表示正向高速血流。種類一一速度型彩色多普勒：以紅細胞運動速度為基礎；能量型彩色多普勒： 以紅細胞散射能量 （功率） 的總積分進行編碼； 速度能量型彩色多普勒：顯示方式一一速度-方差顯示：朝向探頭一黃色；背向探頭一青藍色。速度顯示： 朝

12、向探頭紅色； 背向探頭藍色； 明暗表示快慢。 方差顯示： 高速血流 顯示時從單一彩色變?yōu)槲宀疏偳丁?能量顯示：適應于對 低速血流 的顯示；明亮度表示 多普勒振幅 。局限性一一（1）受入射角的影響；（2）超過尼奎斯特頻率極限（PRF/2 ）時，彩色信號發(fā)生混迭；（3）檢測深度與成像幀頻及可檢測流速間的互相制約；（ 4）對二位圖像質量的影響；（5）湍流顯示的判斷誤差。彩色多普勒技術的調節(jié)方法：1 、彩色標尺（PRF的選擇：中、低速血流一一速度顯示方式；高速血流速度 - 方差及方差顯示方式；2 、發(fā)射超聲頻率：檢測較淺表的器官、組織及經腔道檢測一一高頻超聲；對高速血流的檢測低頻超聲； 對低速血流的檢

13、測， 達到被檢測深度的情況下高頻超聲；3 、濾波器調節(jié)：低速血流一一低通濾波；高速血流一一高通濾波；4 、速度標尺：腹部及外周血管一一低速標尺；心血管系統(tǒng)一一高速標尺；5 、增益調節(jié)：檢測開始時，用較高的增益調節(jié)，使血流易于顯示；然后再降低增益使血流現(xiàn)象最清楚而又無噪音信號。6 、取樣框調節(jié)：取樣框應包括需檢測區(qū)的血流，但不宜太大，使幀頻及顯像靈敏度下降；7 、零位基線的調節(jié)：零位基線下移，可增大檢測的速度范圍；8 、余輝調節(jié)： persistence 調節(jié)鈕可使幀頻圖像重疊，增大信 / 噪比，使低速度、低流量的血流更易于顯示清楚；9 、掃查范圍與方向的調節(jié)：較小的掃查范圍（角度）可增加幀頻，

14、彩色顯像更清楚。 與血流方向相同的掃查方法， 可使彩色顯像更敏感， 更清晰。10 、消除彩色信號的閃爍： 可選用高速度標尺、 高通濾波抗干擾，最佳方法是令病人屏住呼吸頻譜多普勒血流流動學基礎知識一一一般規(guī)律：當雷諾數(shù)（Re） 2000時成為湍流能量守恒定律： P= 4V2max；估算跨瓣壓、心腔及肺動脈壓； 質量守恒定律：p AV=恒定（連續(xù)方程），計算 瓣膜口面 積；頻譜多普勒技術的調節(jié)方法：1 、多普勒種類的選擇：中、低速血流一一脈沖多普勒；高速血流連續(xù)多普勒2 、濾波條件：檢測低速血流，用低通濾波；對高速血流，用高通濾波；3 、速度標尺：選擇與被檢測血流相匹配的速度標尺；4 、取樣容積：

15、對血管檢測，取樣容積應小于血管內徑；5 、零位基線：可增大頻移測量范圍；6 、頻譜信號上下翻轉：便于測量及自動包絡頻譜波形；7 、超聲入射角：心血管系統(tǒng)檢查20°外周血管檢測 B W60°頻譜寬度（頻帶寬度）：表示在某一瞬間取樣容積中紅細胞運動速度分別范圍的大小。層流窄頻譜；湍流寬頻譜；取樣容積小窄頻譜；取樣積大寬頻譜；大動脈窄頻譜；外周小動脈寬頻譜；超聲診斷儀超聲探頭一核心部分：壓電材料，如天然石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、壓電有機聚合物；吸聲材料（壓電晶片背面）：產生短促的超聲脈沖信號，提高縱向分辨率；匹配層 （聲能壓電晶片前面）： 保護壓電材料； 使壓電材料與人體皮膚之

16、間的 聲阻抗相近； 減少聲能損失， 提高探頭靈敏度； 種類一一電子掃描探頭：線陣探頭 ：采用電子開關控制；陣子呈直線排列； 凸陣探頭：采用電子開關控制；陣子呈弧形排列；相控陣探頭：掃描角度80-90 ,最大深度20cm；用于心臟檢查 機械掃描探頭：扇形掃描探頭；單晶片；電機驅動； 環(huán)陣（相控）探頭；電子相控聚焦；電機驅動；其他 旋轉式掃描探頭等頻率一一單頻探頭：中心頻率固定的探頭（頻帶較窄）； 變頻探頭：可根據(jù)臨床需要選擇 2-3 種發(fā)射頻率； 寬頻探頭：采用寬頻帶復合電材料（發(fā)射頻率范圍：2-5MHz、 5-10MHz、6-12MHZ）;接收時分三種情況：選頻接收：選擇某一特定的 1-3 個

17、中心頻率； 動態(tài)接收：隨深度變化選取不同的頻率； 寬頻接收：接收寬頻帶內所有頻率回聲；高頻探頭：頻率高達 40-100MHZ,如皮膚超聲成像、超聲生物顯微鏡等。 陣子數(shù)是超聲探頭質量的重要標志。1 個陣元由 4-6 個陣子分組構成；陣子數(shù)愈多，理論上成像質量愈好。 采用高密度探頭，可提高聲束掃描線的密度，圖像分辨率顯著提高。超聲成像原理聲束掃描利用探頭發(fā)射的聚焦束進行的斷層掃描。聚焦超聲的特點： 聲束形態(tài)特殊， 聚焦區(qū)較細， 遠、近區(qū)即兩端均較粗， 呈喇叭形；超聲波長取決于所用探頭頻率，故其分辨率、穿透力隨之改變。 聲像圖 將探頭在體表（橫向或縱向）移動，示屏上的超聲掃描線（系列回聲信號）作相

18、應的移動，如此構成一幅（橫向或縱向）超聲聲像圖，也稱聲 像圖（ B 型超聲）或二維超聲。幀頻（f ）每秒所成聲像圖的幀數(shù)；幀頻數(shù)目不應低于16f/s ；理想幀頻 :20cm 深宜達到 20-30f/s ；淺表成像宜超過 30f/s ； 制約因素：脈沖重復頻率（ PRF）；所需觀察聲像圖的深度； 多點聚焦的數(shù)目等。增加彩色多普勒血流顯示， 幀頻可能下降； 彩色取樣框愈大， 幀頻更低。 超聲診斷裝置基本組成：發(fā)射與接收單元（包括探頭），即超聲掃描器； 數(shù)字掃描轉換器（ DSC）；超聲圖像顯示裝置； 超聲圖像記錄裝置； 超聲電源。超聲診斷儀器的類型：靜態(tài)超聲診斷儀（已被淘汰）； 實時灰階超聲診斷儀；

19、 雙功超聲診斷儀： 實時灰階超聲診斷儀兼有血流多普勒顯示 彩色多普勒超聲診斷儀 （三功超聲診斷儀） ：可以彩色編碼； 超聲新技術和新方法三維超聲成像一一種類：靜態(tài)三維超聲成像； 動態(tài)三維超聲成像； 顯示方式： 表面 成像；（高檔彩色三維模式中還包括三維 血流顯像 ） 透明成像；結構 成像。超聲造影一一基本原理：超聲造影的散射回聲源（微氣泡）；散射回聲信號強度與微氣泡、發(fā)射功率大小成正比；與檢測的深度成反比；造影劑在血液中持續(xù)時間與微氣泡 密度 、最大截面 成正比；與微氣泡 彌散度 、飽和度 成反比；途徑：右心造影一一直徑大于紅細胞（大于8um）;左心造影一一直徑小于紅細胞（小于8um）；心肌造

20、影與左心造影相同， 但需使用 彩色能量多普勒諧波成像反向脈沖諧波成像 以增強造影劑顯示；如造影劑直徑小于 1-2u m,用二次諧波成像、間歇式 超聲成像技術即可； 全身血管及外周血管超聲造影：采用的造影劑參考上述。 成分：以人血白蛋白、脂類、糖類及有機聚合物作包裹； 以空氣、氧、二氧化碳、氟烷類、氟碳類、六氟化硫等為微氣泡。注入人體的方法：彈丸式注射；一一一次性注入； 連續(xù)性注射；與靜脈輸液法相似； 增強超聲造影效果的技術：1 、二次諧波成像： 超聲的傳播及 散射存在非線性關系 ，可出現(xiàn)兩倍 于發(fā)射波（基頻）的反射頻率，即二次諧波；其 強度比基波低， 但頻率高。 信/ 噪比高，分辨力高。2 、

21、間歇式超聲成像：用心電觸發(fā)或其他方法使探頭間歇發(fā)射超聲， 使造影劑避免連續(xù)性破壞而大量積累于檢測 區(qū)，再次觸發(fā)能瞬間產生強烈的回收信號。3 、能量多普勒諧波成像：對低速低血流量能成像；4 、反向脈沖諧波成像： 在甚短的時間間隔內相繼發(fā)射兩組相位相反的超聲（基波），在反射回聲時基波因相位 相反而被抵消；而諧波相相加因而信號更增 強。5 、實時超聲造影成像： 其方法是交替發(fā)射高功率和低功率超聲， 能 實時顯示微氣泡在血管內的 充盈情況 。 自然組織二次諧波成像 ：原理與造影劑諧波成像不同。 超聲在人體組織中傳播時， 在壓縮期聲速增加， 而馳張期聲速減低。 此即產生 聲速的非線性效應 而可提取其二次

22、 諧波。自然組織二次諧波成像具有分辨力高，噪聲信號小，信/ 噪比高等特點。多普勒組織成像： 改變?yōu)V波條件為低通，速度低、能量高的組織被顯像， 而血流不顯像。顯示方式一一速度型：用于顯示心肌活動速度、方向； 能量型：以單一彩色顯示室壁的運動， 但不能表示方向和速度。 速度型的顯示方式二維成像： 以彩色編碼顯示和測量心肌運動速度的分 布情況（心內膜心肌心外膜）M型：以彩色編碼表示心肌在一定的運動速度與時相變化，可表示室壁運動方向及運動速度； 脈沖多普勒： 用于檢測室壁及瓣環(huán)的運動速度、 方向。 用途：室壁運動異常的檢測診斷； 收縮功能及舒張功能減低； 心臟傳導系統(tǒng)的電生理研究； 心肌超聲造影，能量

23、型多普勒成像，可增強心肌造影的回聲強度。超聲臨床診斷基礎 超聲回聲的一般規(guī)律 1 、有些均質的固體如透明軟骨、小兒腎椎體，可以出現(xiàn)無回聲或接近無回聲； 典型的淋巴瘤呈圓形或橢圓形，接近于無回聲，有時酷似囊腫；2 、非均質性液體及軟骨等均質性組織如果纖維化、鈣化，則由無回聲變成有回聲；3 、人體不同組織回聲強度順序：肺、骨骼腎中央?yún)^(qū)（腎竇）胰腺、胎盤肝、脾實質腎皮質腎髓質（腎錐）血液膽汁和尿液；4 、脂肪組織的特殊性： 由于其中膠原纖維含量和血管成分的多少的不同， 回聲不同。皮下脂肪組織典型的低回聲回聲； 腎中央?yún)^(qū)呈高水平回聲或強回聲； 腹腔動脈和腸系膜上動脈周圍脂肪組織高回聲； 大網(wǎng)膜中的脂肪

24、組織（含血管、纖維成分）一一高回聲； 不同組織聲衰減程度的一般規(guī)律組織內含水分愈多，聲衰減愈低； 液體中含蛋白成分愈多，聲衰減愈高；組織中含膠原蛋白和鈣質愈多，聲衰減愈高；超聲偽像（偽差） 超聲顯示中的斷層圖像與其相應解剖斷面圖像之間存在的差異。產生原因 反射、折射：混響、多次內部混響、鏡面反射、回聲失落、 折射聲影、棱鏡現(xiàn)象； 衰減：衰減聲影、后方回聲增強； 斷層厚度（掃描厚度）偽像：部分容積效應偽像； 旁瓣效應；聲速偽像： 實際組織聲速與儀器設定的平均速度 （ 1540m/s） 差別所造成偽像和測量誤差； 儀器設備：儀器和探頭的質量；操作者技術因素：增益、 DCG聚焦調節(jié)不當、測量不規(guī)范； 分類一一混響：產生的條件超聲 垂直照射 到平整的界面；識別混響的方法：適當側動探頭，使超聲勿垂直于胸壁或腹壁； 加壓探測，可見多次反射的間距縮小； 內部混響：超聲在器官組織的異物內來回反射直至衰減，產生特征性的彗星尾 征，此現(xiàn)象稱內部混響；振鈴效應：超聲束在若干微氣泡包裹的極少量液體中強烈地來回反射，產生很 長的條狀圖像干擾。 振鈴效應在胃腸道內 （含微氣泡和粘液） 相當多見。切片（斷層）厚度偽像：超聲束形狀特殊而且波束