最全的醫(yī)學(xué)成像原理課件-超聲成像

1、第七章 超聲成像主要內(nèi)容第一節(jié) 超聲的物理根底第二節(jié) 超聲成像的根本原理第三節(jié) 超聲波成像技術(shù)第一節(jié) 超聲的物理根底一超聲波的概念 頻率在2萬赫茲以上的機(jī)械振動(dòng)波，稱為超聲波ultrasonic wave，簡稱超聲ultrasound。能夠傳遞超聲波的物質(zhì)，稱為傳聲介質(zhì)，它具有質(zhì)量和彈性，包括各種氣體、液體和固體；傳聲介質(zhì)有均勻的、不均勻的；有各向同性的、各向異性的等。超聲波在傳聲介質(zhì)中的傳播特點(diǎn)是具有明確指向性的束狀傳播，這種聲波能夠成束地發(fā)射并用于定向掃查人體組織。二超聲波的產(chǎn)生醫(yī)用高頻超聲波是由超聲診斷儀上的壓電換能器產(chǎn)生的，這種換能器又稱為探頭，能將電能轉(zhuǎn)換為超聲能，發(fā)射超聲波，同時(shí)，

2、它也能接受返回的超聲波并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。探頭具有發(fā)射和接受超聲兩種功能。常用的探頭分為線陣型、扇型、凸陣型。三超聲波的根本物理量1頻率f：是指單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)。單位是赫茲Hz、千赫KHz、兆赫MHz。超聲的頻率在20KHz以上，而醫(yī)學(xué)診斷用超聲的頻率一般在兆赫級(jí)，稱為高頻超聲波，常用頻率范圍210兆赫。頻率越高，波的縱向分辨力越好。周期T那么是一個(gè)完整的波通過某點(diǎn)所需的時(shí)間。有fT = 1 。 2波長：表示在均勻介質(zhì)中的單頻聲波行波振動(dòng)一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)所傳播的距離，也就是一個(gè)波周期在空間里的長度。波的縱向分辨力的極限是半波長，因此了解人體軟組織中傳導(dǎo)的超聲波長有助于估計(jì)超聲波分辨病灶大

3、小的能力。 3聲速C：人體各種軟組織之間聲速的差異很小，約5%左右，所以在各種超聲診斷儀器檢測人體臟器時(shí)，假設(shè)各種軟組織的聲速是相等的，即采用了人體軟組織平均聲速的概念。目前，較多采用人體軟組織平均聲速的數(shù)值是1540m/s。實(shí)際上人體不同軟組織臟器及體液的聲速是有差異的，因此聲像圖上顯示的目標(biāo)，無論是臟器或病灶，其位置及大小與實(shí)際的結(jié)構(gòu)相比，都存在誤差，但不致影響診斷結(jié)論，一般可忽略。4聲強(qiáng)sound intensity：聲強(qiáng)是指超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的平均能量。 聲強(qiáng)的物理意義為單位時(shí)間內(nèi)在介質(zhì)中傳遞的超聲能量，或稱超聲功率。聲強(qiáng)小時(shí)超聲波對(duì)人體無害，

4、聲強(qiáng)超過一定限度，那么可能對(duì)人體產(chǎn)生傷害，目前規(guī)定臨床超聲診斷儀平安劑量標(biāo)準(zhǔn)為平均聲強(qiáng)小于10mW/cm2。 四超聲波的傳播1. 聲特性阻抗acoustic characteristic impedance：聲特性阻抗Z定義為平面自由行波在介質(zhì)中某一點(diǎn)處的聲壓p與質(zhì)點(diǎn)速度u的比值。在無衰減的平面波的情況下，聲特性阻抗等于介質(zhì)的密度與聲速C的乘積。 2. 聲特性阻抗差與聲學(xué)界面：兩種介質(zhì)的聲特性阻抗差大于1時(shí)，它們的接觸面即可構(gòu)成聲學(xué)界面。入射的超聲波遇聲學(xué)界面時(shí)可發(fā)生反射和折射等物理現(xiàn)象。人體軟組織及臟器結(jié)構(gòu)聲特性阻抗的差異構(gòu)成大小疏密不等、排列各異的聲學(xué)界面，是超聲波分辨組織結(jié)構(gòu)的聲學(xué)根底。

5、 3. 聲波的界面反射與折射：超聲入射到聲學(xué)界面時(shí)引起返回的過程，稱為聲反射acoustic reflection。射向聲學(xué)界面的入射角等于其反射角。而聲波穿過介質(zhì)之間的界面，進(jìn)入另一種介質(zhì)中繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，稱為聲透射acoustic transmission。當(dāng)超聲的入射方向不垂直于兩種介質(zhì)的界面時(shí)，它通過界面進(jìn)入另一種介質(zhì)后改變傳播方向的過程，稱為折射acoustic refraction。4. 聲波的衍射和散射：界面反射的條件是界面的尺寸要比聲波的波長大得多，當(dāng)聲波傳播過程中遇到大小與波長相當(dāng)?shù)恼系K物，聲波將繞過該障礙物而繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為聲衍射acoustic diffractio

6、n，超聲儀無法檢測這類目標(biāo)。因此，超聲波波長越短，能發(fā)現(xiàn)障礙物越小。5. 聲衰減：聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，由于介質(zhì)的粘滯性、熱傳導(dǎo)性、分子吸收以及散射等因素導(dǎo)致聲能減少、聲強(qiáng)減弱的現(xiàn)象稱為聲衰減acoustic attenuation。在絕大多數(shù)軟組織中，引起聲衰減的主要原因是聲吸收。在人體組織中衰減程度一般規(guī)律是：骨組織或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；液體內(nèi)含蛋白成分多時(shí)聲衰減大。在超聲診斷的頻率范圍內(nèi)，生物軟組織的聲衰減系數(shù)大多與頻率成正比。超聲波頻率越高，分辨力越好，但衰減越強(qiáng)，穿透力越差；反之，頻率越低，分辨力越差，但衰減越弱，穿透力越強(qiáng)

7、。6. 超聲多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源與接受體之間存在相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，接受體覺察聲的頻率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。此多普勒公式中，V為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，C為聲速，角為入射波和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。第二節(jié) 超聲成像的根本原理超聲成像的特點(diǎn)：1有高的軟組織分辨力：組織只要有1的聲阻抗差異，儀器就能檢測出并顯示其反射回波。目前，超聲成像已能在近二十厘米的檢測深度范圍，獲取優(yōu)于1毫米的圖像空間分辨力。 2. 具有高度的平安性：當(dāng)嚴(yán)格控制聲強(qiáng)低于平安閾值時(shí)，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術(shù)，對(duì)醫(yī)務(wù)人員更是十分平安。 3. 實(shí)時(shí)成像：它能高速實(shí)時(shí)成像，可以觀察運(yùn)動(dòng)的器官，并節(jié)省檢查時(shí)間。 4. 使用簡

8、便，費(fèi)用較低，用途廣泛。產(chǎn)生超聲波有兩個(gè)必要條件：一是要有高頻聲源，二是要有傳播超聲的介質(zhì)。在固體中，超聲振動(dòng)可以以縱波的形式傳播，也可以以橫波的形式傳播；但在氣體和液體中，因?yàn)榻橘|(zhì)沒有切變彈性，超聲只能以縱波的形式傳播。由于這種特性，超聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生波形的轉(zhuǎn)換。醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的超聲成像是靠反射或散射回波來運(yùn)載生物信息的。超聲回波運(yùn)載信息主要包括三個(gè)方面：大界面造成的反射波小粒子所引起的散射波生物組織對(duì)聲能吸收所導(dǎo)致的回波幅值衰減 第三節(jié) 超聲波成像技術(shù)超聲波探測技術(shù)可以分為兩大類，即基于回波掃描的超聲探測技術(shù)和基于多普勒效應(yīng)的超聲探測技術(shù)?；诨夭⊕呙璧某曁綔y技術(shù)主要用于解剖學(xué)范

9、疇的檢測、了解器官的組織形態(tài)學(xué)方面的狀況和變化。 基于多普勒效應(yīng)的超聲探測技術(shù)主要用于了解組織器官的功能狀況和血流動(dòng)力學(xué)方面的生理病理狀況，如觀測血流狀態(tài)、心臟的運(yùn)動(dòng)狀況和血管是否栓塞檢查等方面。解剖超聲 一維： A超(幅度調(diào)制型) M超(運(yùn)動(dòng)顯示型) 二維： B超(輝度調(diào)制型) 三維：立體 血流超聲 一維：PW超(pulse waveform脈沖多普勒) 二維：彩色多普勒(color doppler) 三維：立體彩色多普勒1. 脈沖回波檢測技術(shù)基于回波掃描的超聲探測技術(shù)是利用超聲波在傳播路線上遇到介質(zhì)的不均勻界面能發(fā)生不同頻率與密度的回聲波反射的物理特性來檢測回波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行接收放大和信

10、號(hào)處理，最后在顯示器上顯示超聲檢查圖像。 目前，醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。 1A 型超聲Amplitude modeA型顯示是最根本的超聲顯示方式。A型超聲是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性。A超主要用于顱腦占位性病變的診斷熒光屏上物理含義Y軸：表示回波強(qiáng)弱X軸：表示超聲波在介質(zhì)中傳播的距離或時(shí)間2M型超聲運(yùn)動(dòng)顯示型M型超聲診斷儀簡稱M超又叫超聲心動(dòng)儀之稱。M型超聲是用于觀察心臟等活動(dòng)界面時(shí)間變化的一種方法。熒光屏的物理含義：X軸：表示時(shí)間回波展開時(shí)間Y軸：y軸距離表示界面位置Z軸：亮點(diǎn)的亮度等級(jí)表示回波強(qiáng)弱3B型超聲 B型超聲診斷儀(Brightness mode)簡稱B超是目前超聲圖像診斷應(yīng)用最廣泛的機(jī)型。B型超聲是用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。1、成像平面：平行超聲束的平面2、成像原理：如何采集探測平面上一點(diǎn)的密度大小，以及相應(yīng)點(diǎn)的位置坐標(biāo)?；夭〞r(shí)間確定一個(gè)坐標(biāo)，超聲束的方向晶片擺動(dòng)角度確定另一個(gè)坐標(biāo)。2. 多普勒效應(yīng)的超聲探測技術(shù)多普勒效應(yīng)的超聲探測技術(shù)是利用運(yùn)動(dòng)物體散射或反射聲波時(shí)造成的