第1章超聲診斷物理基礎(chǔ)

1、安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院超聲科安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院超聲科伍宏兵伍宏兵五大影像技術(shù)：X線超聲診斷（US） 電子計算機體層掃描（CT）磁共振成像（MRI）放射性核素掃描（SPECT、PET）超聲診斷現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)之一CTUSMRIPET 超聲診斷是利用超聲波的物理特性來探查人體組織器官以獲取組織器官的大小形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、比鄰關(guān)系以及部分器官的生理功能等信息來診斷疾病。1、能夠提供高清晰的實時動態(tài)圖像，直觀性強。它既能顯示內(nèi)臟器官的斷面解剖結(jié)構(gòu)圖，又能反映心臟和血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)及宮內(nèi)胎兒等的許多重要生理功能。2、彩色多普勒的問世作為超聲發(fā)展史的一個里程碑，被譽為“無創(chuàng)性心血管造

2、影技術(shù)”，對心血管疾病的診斷起了重要作用。3、超聲檢查無損傷、無痛苦，無輻射，屬無創(chuàng)性檢查方法，患者易接受。 4、能多角度、多切面進行掃查，圖像直觀。5、超聲檢查可通過不同的途徑如：經(jīng)腹壁、經(jīng)體腔、術(shù)中、床旁探查等，因而進一步拓寬了臨床應(yīng)用范圍。6、操作簡便，準確，價格低廉。 7、介入性超聲診斷及超聲治療已取得了可喜的成績，微 創(chuàng)、安全。1、圖像不如CT、MRI清晰。 2、超聲穿透力差，易受氣體、肥胖等因素影響。3、操作手法技巧以及識別圖像的能力，個體差異 較大。4、臨床醫(yī)師不易獨立閱讀超聲圖片。聲源：聲帶、鼓面媒介：空氣、人體組織接收器：鼓膜、換能器分類：縱波、橫波 物體的機械性振動在媒介中

3、傳播,且引起人耳感覺的波動為聲波，聲波的頻率范圍為：2020000Hz；凡振動的頻率20000Hz、人耳不能分辨的的聲波就叫超聲波超聲波。超聲波在媒介中以縱波的形式傳導(dǎo)。第一章 超聲診斷的物理基礎(chǔ)定義：聲源每秒鐘振動的次數(shù)為頻率(f),單位為赫茲（Hz）。 20Hz：次聲波 2020000Hz：可聞波 20000Hz：超聲波超聲波 醫(yī)學(xué)常用為：210MHz第1章 超聲的物理基礎(chǔ)超聲的頻率越高，分辨率越好，穿透率越差。臨床可根據(jù)不同的需要配置不同頻率的探頭。定義：指聲波在傳播媒介中每秒傳播的距離，用c表示。相同頻率的超聲波在不同的介質(zhì)中聲速有所差別，人體軟組織中速度總體差異約5。人體組織據(jù)聲波傳

4、播速度可分類：軟組織約1540m/s；氣體約350m/s；骨骼：約3852m/s；醫(yī)用以軟組織的平均聲速。 t組織厚度= 2可通過聲速測量軟組織的厚度第1章 超聲的物理基礎(chǔ)定義：聲波在完成一次完全振動所傳播的距離為波長，以表示。 超聲在同一介質(zhì)中傳播時，由于聲速已確定不變，頻率與波長間的關(guān)系為：頻率愈高則波長愈短；頻率愈低則波長愈長，兩者間呈反比。波長與頻率、聲速的關(guān)系如下： c= 或 c=f f第1章 超聲的物理基礎(chǔ)超聲波的主要特性有以下幾個：方向性、反射與折射、衍射、散射衰減、多普勒效應(yīng)、第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 由于超聲波的頻率高、波長短，因而在傳播時能定向成束傳導(dǎo)，具有很好的方向性，稱為

5、超聲束。 在超聲診斷中正是根據(jù)超聲波的方向性來探查聲束傳導(dǎo)方向上的組織或器官。 超聲波雖然具有束射性，但隨著傳播距離的增加，聲束向四周擴散，形成擴散角。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 定義：介質(zhì)對聲波傳播的阻礙作用叫聲阻抗，它等于介質(zhì)中的密度與該介質(zhì)中的聲速C的乘積，以Z表示。 意義：反映了介質(zhì)中的密度與彈性。是介質(zhì)傳播超聲波能力的重要物理量。Z=c單位為Kgm2s當(dāng)超聲傳經(jīng)兩種聲阻抗不同的相臨介質(zhì)的界面時，其聲阻抗差大于0.1%時，既可產(chǎn)生反射。 超聲波在傳播過程中遇到兩種不同介質(zhì)構(gòu)成的界面時，由于前后兩種介質(zhì)的聲阻抗不同，部分聲束會折返回來，產(chǎn)生反射。而部分聲束可穿過界面繼續(xù)

6、向前傳播，稱為透射，透射的角度發(fā)生改變時則為折射。界面：兩個介質(zhì)的分界面聲阻差：兩個介質(zhì)聲阻抗 的差值入射角：聲波入射到界面的角度第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 兩種介質(zhì)的聲阻抗只要相差0.1%,便產(chǎn)生反射,聲阻差越大,反射越強烈，透射越弱；聲阻差越小則反之。反射時遵循反射定律。RI與界面兩邊介質(zhì)的聲阻抗Z1和Z2的關(guān)系公式如左：結(jié)論：結(jié)論：超聲波在界面上反射的大小取決于界面兩邊介質(zhì)的聲阻差及超聲波的入射角。 當(dāng)Z1Z2時，無反射均質(zhì)性物體 當(dāng)Z1Z2，有反射不均質(zhì)性物體 如Z1Z2或Z1Z2時，全反射氣體 利用反射，提取信息，進行診斷 皮膚與空氣聲阻差大，用耦合劑 不適肺、腸、骨等組織器官檢查121

7、2ZZZZRI第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)入射時，聲波經(jīng)過這兩種介質(zhì)的分界面后出現(xiàn)折射。 當(dāng)折射角為90時的入射角稱為臨界角，當(dāng)入射角超過臨界角時，相應(yīng)的折射波消失，出現(xiàn)全反射。 作超聲檢查時，需盡可能將聲束垂直于界面，否則將會引起： 側(cè)方聲影誤診； 錯位影響穿刺； 全反射無法檢查。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)定義：當(dāng)障礙物的直徑等于或小于2，超聲波將繞過該障礙物 而繼續(xù)前進，這種現(xiàn)象稱為衍射。 超聲波波長越短，能發(fā)現(xiàn)障礙物越小。這種發(fā)現(xiàn)最小障礙物的能力，稱為顯現(xiàn)力。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)定義：超聲波在傳播中遇到粗糙面或極小的障礙物(或一組小障礙物形式)時，則聲波將使其成為新

8、的聲源，使得聲波能量向四面八方發(fā)射，這種現(xiàn) 象稱為聲波的散射。 紅細胞是一種散射體，聲束內(nèi)紅細胞數(shù)量越多，背向散射強度就越大。 血流中的紅細胞是多普勒超聲檢測血流的基礎(chǔ)。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)定義：當(dāng)聲波在彈性介質(zhì)中傳播時,因介質(zhì)本身的粘滯性、導(dǎo)熱性等多種因素使聲能轉(zhuǎn)變成其他形式的能，使聲能減少，這種現(xiàn)象稱為吸收。 聲波隨傳播距離增加而減少的現(xiàn)象稱超聲波的衰減 人體組織中衰減程度的一般規(guī)律為： 骨(或者鈣化)肌腱(或軟骨)肝臟脂肪血液尿液(或膽汁) 組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)越多，聲衰減越大。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 為了使深部回聲信息清晰，在診斷中要使用STC或TGC調(diào)節(jié)，補償聲能的衰減。影響因素

9、：吸收：組織特性使聲能轉(zhuǎn)換反射：反射使得能量減弱散射：散射使得能量減弱頻率：衰減與頻率四次方呈正比聲束擴散：單位面積內(nèi)的能量減少第1章 超聲的物理基礎(chǔ)定義:當(dāng)聲源與被探測物體之間存在相對運動時，則反射的頻率不同于發(fā)射的頻率，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。界面向聲源移近時，反射頻率增高，界面遠離聲源者反射頻率減低，反射頻率與發(fā)射頻率的差值叫頻移。頻移絕對值的大小與相對運動的速度成正比，頻移值的正負決定了運動的方向，由頻移值的變化則可了解到界面的活動情況。 第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，超聲多普勒技術(shù)可用于檢測心血管內(nèi)的血流方向、流速和湍流程度、橫膈的活動以及胎兒的呼吸等。第1章 超聲的物理

10、基礎(chǔ)odfFCVcos2)( 當(dāng)血流流向換能器時，頻移為正值(接收頻率高于發(fā)射頻率)；當(dāng)血流背離換能器時，頻移為負值。當(dāng)角為2時，fd0。 頻譜多普勒超聲儀上常將正頻移設(shè)為正向波，負頻移為負向波；而彩色多普勒則將正頻移設(shè)為紅色，負頻移為藍色。超聲儀將頻移轉(zhuǎn)換成速度的公式如下：第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 正常人體組織和器官是一個復(fù)雜的介質(zhì)，由于各種組織的聲學(xué)特性不同，其聲阻差也不一樣，當(dāng)組織、器官發(fā)生病變時可使組織失去應(yīng)有的反射規(guī)律，但按其聲學(xué)特性可分為以下四種，即無反射型、少反射型、多反射型、全反射型。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 液體為人體最均質(zhì)的介質(zhì)，超聲波通過時無聲阻差，顯示呈液性暗區(qū)回聲，如血液

11、、膽汁、尿液，羊水，病理狀態(tài)下的胸水、腹水、卵巢囊腫等。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 實質(zhì)性器官雖較均勻，但其纖維支架與組織間的聲阻抗略有不同，超聲波通過時出現(xiàn)稀疏的微小光點回聲,隨著靈敏度增大，回聲數(shù)量相應(yīng)增多，如肝、脾、子宮等。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組織器官或臟器發(fā)生病變時失去它原有的聲學(xué)特性，表現(xiàn)為多反射，如乳房、葡萄胎、肝癌、畸胎瘤等。 第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 軟組織與氣體或骨骼之間聲阻抗差相差3000多倍，超聲通過此界面時99.9%反射回來，形成全反射，即超聲無法通過軟組織與氣體之間的界面。 第1章 超聲的物理基礎(chǔ) （一） 超聲波的發(fā)射與接受第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 對某些非對稱

12、性結(jié)晶材料在一定方向上加壓或拉伸時，其表面將會出現(xiàn)正負的電荷，反之,將這種晶體置于交變電場中，則晶體的厚薄出現(xiàn)劇烈變化，這種壓力與電荷之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有此性質(zhì)的材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復(fù)合材料等。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)晶體在其兩個受力界面上引起內(nèi)部正負電荷中心相對位移，在兩個界面產(chǎn)生等量正負電荷。定義：在交變電場（電能）的作用下，晶體將產(chǎn)生劇烈的收縮膨脹，產(chǎn)生振動（機械能） ，稱之為逆壓電效應(yīng)。 第1章 超聲的物理基礎(chǔ)超聲換能器(探頭)由壓電晶體構(gòu)成 具有: 機械能(聲能) 電能 聲能 電能 正壓電效應(yīng) 電能 聲能 逆壓電效應(yīng) 診斷用的超聲波，

13、是將高頻交流電壓信號加在壓電晶體上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶體片發(fā)生機械性的體積膨脹與壓縮，推動周圍介質(zhì)使之振動，形成疏密波，即超聲波。 逆壓電效應(yīng)第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時遇到聲阻不同的界面產(chǎn)生反射 反射波形成機械振動 作用于壓電晶體表面晶體片兩側(cè)產(chǎn)生正負電荷 換能器把這個電荷轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號儀器接收、處理、放大后顯示在示波屏上。 正壓電效應(yīng) 第1章 超聲的物理基礎(chǔ)任何一臺超聲儀都由主機及探頭組成。 主機：完成電信號的發(fā)生、回收、放大、 運算、處理和顯示等功能。 探頭：又稱換能器，能將電信號轉(zhuǎn)換成超 聲波發(fā)射出去，又可將回波轉(zhuǎn)換成 電信號，它兼有發(fā)射和接收超聲波 的雙重功

14、能。根據(jù)儀器的顯示類型，將超聲診斷儀分為以下幾種：A型超聲 M型超聲 B型超聲 D型超聲第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 屬幅度調(diào)制型，以探頭接收到的超聲脈沖信號的幅度為縱坐標，而以超聲脈沖的傳播時間為橫坐標的一種顯示方式?；疽烟蕴?。 型超聲適用于簡單解剖結(jié)構(gòu)的檢查、線度測量，如腦中線檢查、眼科檢查。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 屬輝度調(diào)制型 ，它是B型超聲的一種，是在水平偏轉(zhuǎn)板上加入一隊慢掃描鋸齒波，使聲束上各點隨時間掃描成時間軌跡曲線。橫坐標代表掃描時間，縱坐標代表縱深距離。返回返回第1章 超聲的物理基礎(chǔ)屬輝度調(diào)制型 ，即以不同的輝度來表示反射信號的強弱，它由不同輝度的點組成二維切面。類同相應(yīng)部位的斷面

15、解剖圖，直觀、準確。 第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 即多普勒超聲頻移顯示法。是應(yīng)用多普勒原理，將探頭與運動的反射體之間所產(chǎn)生的頻移值檢出，利用不同類型的多普勒超聲儀，獲得多普勒信號音、多普勒頻譜圖、多普勒彩色血流圖等供分析，對疾病做出診斷 第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 人體和血流的反射信號經(jīng)分析處理后，可在顯示屏上顯現(xiàn)黑白的實時二維聲像圖上疊加彩色的實時血流顯像。 彩色多普勒顯像是將多普勒頻移信號以彩色編碼的形式疊加在二維圖像上，色彩代表了血流的方向、速度及性質(zhì)，即血流的方向用紅藍來表示，紅色表示血流迎向探頭，藍色表示血流背離探頭，強弱以色彩的明亮來表示表示，色彩明亮處血流速度快，色彩暗淡處血流速度慢。血

16、流的性質(zhì)：層流色彩單一，湍流五色鑲嵌的血流束。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)第1章 超聲的物理基礎(chǔ)(1). 層流(2). 湍流(3). 渦流第1章 超聲的物理基礎(chǔ)層流是血流方向、速度均無變化，彩超表現(xiàn)為顏色單純，中心鮮亮，旁側(cè)依次變暗。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)血流彩色明亮，正向血流紅中帶黃，負向血流藍中帶青，五彩鑲嵌現(xiàn)象。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)血流在管腔內(nèi)一側(cè)呈紅色，另一側(cè)呈藍色，其間界線明確互不滲透。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 頻譜多普勒將多普勒頻移信號的強弱以縱坐標的幅度來表示，頻移的正負以信號波在基線的上下來表示，橫坐標表示傳播時間，其本質(zhì)是一維的圖象，這種顯示可得到頻移時間、速度大小、頻移方向、信號

17、振幅和頻率范圍信息。第1章 超聲的物理基礎(chǔ) 理論上最大流速的測值無限制性。 流速實際可測值常大于7米秒， 定量分析狹窄、分流和返流， 其主要缺點是缺乏空間分辨能力。 連續(xù)多普勒使用雙晶片探頭，一個晶片連續(xù)地發(fā)射脈沖波，返回的聲波由另一個晶體片連續(xù)地接收。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)距離選通：沿超聲束不同深度的 某一區(qū)域作多普勒檢查。取樣容積：其大小等于脈沖波的 波長與數(shù)目的乘積。突出優(yōu)點：疾病的定位診斷和血 流量的定量測定。主要缺點：受脈沖重復(fù)頻率的限 制，易出現(xiàn)頻率失真。 超聲脈沖波的發(fā)射與接收均以同一個探頭進行，它是在一選擇性的時間延遲后，才開始接受回聲信號。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)頻移方向：以頻

18、譜圖的基線為界，基線以上的頻移信號為正值，基線以下的頻移信號為負值。信號振幅：以頻譜的灰度表示，代表取樣容積或探查聲 束內(nèi)具有相同流速的血細胞數(shù)量的多少。頻率范圍：以縱坐標上頻譜的寬度表示，代表某一瞬間取樣容積中血細胞速度分布范圍。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)可以測量收縮期峰值速度(Vs)、平均速度(Vm)、舒張期速度(Vd )、加速度(ACC)、搏動指數(shù) (PI)、阻力指數(shù)(RI)、收縮期與舒張期速度之比值SD等。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)波形呈連續(xù)不斷出現(xiàn)的為靜脈血流，但流速可因深呼吸而有起伏或方向倒錯。 搏動性的即有尖峰脈沖波的為動脈血流。第1章 超聲的物理基礎(chǔ)(一) 縱向掃查(二) 橫向掃查(三) 斜向掃查(四) 冠狀面掃查第1章 超聲的物理基礎(chǔ)即掃查面與人體的長軸平行第1章 超聲的物理基礎(chǔ)即掃查面與人體的長軸相垂直第1章 超聲的物理基礎(chǔ)即掃查面與人體的長軸成一定角度第1章 超聲的物理基礎(chǔ)即掃查面與人體的額狀面平行第1章 超聲的物理基礎(chǔ)超聲圖像反映人體某一斷層的圖像，每一斷層的圖像均有相應(yīng)的空間位置，目前國內(nèi)通用的標準有：(一) 橫切面(transverse plane)(二