超聲成像基礎(chǔ)

1、超聲成像基礎(chǔ)第1頁超聲波成像物理基礎(chǔ)超聲波是聲源振動頻率大于0Hz 聲波(疏密波、縱波)超聲波產(chǎn)生壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，發(fā)射超聲波。正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，接收超聲波。第2頁超聲波物理特征基本物理量（f、c、T）c f， f1 /T， c/ f聲速在人體軟組織中平均聲速為1540m/s，即探測1cm深度目標(biāo)所需時間約13.4s。超聲波方向性聲場分布呈狹窄圓柱狀近場，遠(yuǎn)場第3頁超聲波反射與透射反射波方向與入射波聲束和界面之間夾角相關(guān)；而透射入第二介質(zhì)中聲波方向與兩種介質(zhì)折射率相關(guān)。聲能在界面處反射與透射聲波能量之和等于入射聲波能量；其中反射波能量大小由兩種介質(zhì)聲阻差大小所決

2、定，即聲阻差越大，界面處反射越強(qiáng)，透射越少。聲阻：ZC反射與折射發(fā)生于大界面上，如：器官包膜，血管壁，等。界面反射是超聲波診療基礎(chǔ)。第4頁超聲波散射與背向散射發(fā)生于大小小于聲波波長界面背向散射(或后散射)存在，是超聲顯示組織內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。超聲波衰減分為：距離衰減和吸收衰減超聲波頻率越高，衰減越快脈沖回波測距原理 L=CT/2 其中，L為聲源至界面距離，C為聲波在介質(zhì)中傳輸速度，T為從發(fā)出超聲脈沖到接收界面反射回 波時一段時間第5頁Doppler效應(yīng)當(dāng)超聲波發(fā)射源與反射介質(zhì)之間發(fā)生相對運動時，接收到運動目標(biāo)反射或散射超聲波頻率與原發(fā)射頻率會有所不一樣，這種現(xiàn)象就稱為多譜勒效應(yīng)，二者之間頻差稱為

3、多譜勒頻移。多譜勒頻移公式：其中，f0表示聲源頻率，fd表示多譜勒頻移， v表示運動目標(biāo)速度，c表示超聲波在介質(zhì)中傳輸速度，表示聲源與目標(biāo)運動方向之間夾角。fd+_2vcoscf0第6頁多譜勒頻移公式中正號表示目標(biāo)朝著聲源運動，負(fù)號表示目標(biāo)背離聲源運動；而頻移數(shù)值均在音頻范圍內(nèi)，所以檢出頻移后能夠用揚聲器來監(jiān)聽。超聲波檢測血流時是利用流動紅細(xì)胞產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。非線性傳輸二次諧波第7頁影響超聲分辨性能原因顯現(xiàn)力與波長顯現(xiàn)力指超聲能夠顯示最小直徑物體能力。理論上，它等于1/2；實際上是理論值5-8倍，而且還受各種原因影響。頻率越高，波長越短，顯現(xiàn)力就越好。透入深度與頻率超聲波頻率越高，衰減越顯著，

4、透入組織深度就越小。在實際利用中，應(yīng)兼顧探測深度和顯現(xiàn)力恰當(dāng)選擇頻率。第8頁縱向分辨力與脈沖寬度縱向分辨力指能被超聲波分辨為前后兩點最小距離，其主要決定于超聲脈沖有效連續(xù)時間(即脈沖寬度)頻率高，脈沖寬度窄，縱向分辨力也就好橫向分辨力與聲束直徑橫向分辨力指與聲束向垂直方向上，能被超聲波分辨為左右兩點最小距離；它與超聲波聲束寬窄有親密關(guān)系。可經(jīng)過聲束聚焦(聲透鏡聚焦、電子聚焦等)來縮小聲束直徑，提升橫向分辨力。第9頁L 側(cè)向分辨力E 橫向分辨力第10頁脈沖重復(fù)頻率(PRF)PRF是指單位時間內(nèi)超聲脈沖發(fā)射次數(shù)，它不一樣與超聲波發(fā)射頻率。在超聲回波檢測技術(shù)中，每一次超聲發(fā)射和回波接收必須在一個周期

5、內(nèi)完成。所以，在理論上，PRFC/2Lmax，即 最大探測深度 Lmax C/2PRF。在多普勒檢驗中，為了正確顯示頻移大小和方向，PRF必須大于頻移兩倍，即：fd1/2 PRF，其中1/2PRF稱為尼奎斯特頻率極限第11頁超聲診療安全性問題超聲波顯像在臨床應(yīng)用是安全在診療過程中，必須堅持最小劑量標(biāo)準(zhǔn)，即在確保獲取必要診療資料前提下，盡可能采取最小輻射強(qiáng)度和最短輻射時間。如：不要在一個切面上停留太長時間在凍結(jié)圖像以后，再進(jìn)行測量對于3個月以內(nèi)早孕，盡可能縮短檢驗時間第12頁超聲成像基本原理02100AB21001第13頁2102101C2102012D第14頁A型超聲A型即幅度調(diào)制型，是以幅度

6、高低來表示接收到回波信號強(qiáng)弱。僅觀察沿超聲脈沖波傳輸方向上各個點回波強(qiáng)弱情況，屬于一維超聲，只對觀察目標(biāo)測距定位有一定意義。第15頁脈沖發(fā)生器ATCG時基發(fā)生器T/R開關(guān)垂直水平幅度深度換能器人體器官第16頁M型超聲M型又稱作時間運動型，它是在聲束傳輸方向上先將各目標(biāo)位移軌跡以時間位置曲線形式展現(xiàn)，在顯示器上以卷軸顯示方式表現(xiàn)出來成像方式。實際上，與A型超聲一樣，屬于一維超聲；但其顯示方式卻與B型超聲一樣，是亮度調(diào)制顯示。M型超聲用于檢測人體中運動器官，尤其是診療心臟各種疾病，故M超又稱為超聲心動儀。第17頁脈沖發(fā)生器ATCG時基發(fā)生器T/R開關(guān)ZX深度換能器運動目標(biāo)固定目標(biāo)慢掃描電路Y慢掃描

7、電路第18頁B型超聲B型即亮度調(diào)制顯示，是以顯示器上光點亮度來表示脈沖回波信號強(qiáng)弱，回波越強(qiáng)，光點越亮。超聲切面顯像最顯著特點是聲束必須掃查擦過受檢組織，從而顯示出截面圖像。所以它屬于二維超聲。第19頁聲像圖：在超聲二維成像中，經(jīng)過超聲波掃描，形成了由人體內(nèi)部組織器官系列回聲所組成切面圖像，它反應(yīng)了人體局部解剖斷層情況。第20頁實時超聲成像是指超聲束能夠快速、重復(fù)地掃查被檢切面，并形成對應(yīng)聲像圖成像方式。理論上，要求幀頻到達(dá)20幀以上；實際上，對于心臟等運動顯著器官，實時成像需要幀頻到達(dá)30幀或者更高，而對于腹部內(nèi)臟這些運動不大器官，成像速度到達(dá)15幀以上即可滿足臨床需要，對于靜止器官，幀頻能

8、夠更低。當(dāng)前實時超聲成像儀應(yīng)用廣泛，可用于腹部、心臟及淺表小器官等部位掃查。第21頁Z控制脈沖發(fā)生器高頻脈沖發(fā)生器TCGT/R開關(guān)換能器人體器官位置檢出電路驅(qū)動信號位置信號位置計算驅(qū)動器掃描控制回波放大器YX第22頁多普勒超聲成像多普勒超聲成像是利用多普勒效應(yīng)對運動目標(biāo)所產(chǎn)生頻移信號進(jìn)行顯示與分析成像技術(shù)。分為：頻譜多普勒：以頻譜(速度)時間頻譜圖形式顯示彩色多普勒成像：以疊加二維聲像圖彩色圖像形式顯示第23頁第24頁頻譜多普勒依據(jù)探頭發(fā)射超聲波工作方式不一樣，分為：脈沖多普勒(PW)，連續(xù)多普勒(CW)。二者區(qū)分：PWCW采取單個換能器發(fā)射和接收超聲波一個發(fā)射恒定超聲波,另一個換能器恒定地接

9、收其反射波含有距離選通能力，可提供距離信息無含有距離選通能力,故不能提供距離信息檢驗深度受到一定限制能測深部血流不能高速血流(10m左心聲學(xué)對比劑：微氣泡直徑為510m心肌聲學(xué)對比劑：微氣泡直徑5m第56頁造影原理：使用對比劑消除胃腸氣體，擴(kuò)大透聲窗，提升胃腸道及其鄰近組織器官顯像質(zhì)量。類型：無回聲型對比劑高回聲型對比劑胃腸聲學(xué)對比劑組織特異性聲學(xué)對比劑第57頁超聲檢驗體位仰臥位側(cè)臥位：左側(cè)臥位，右側(cè)臥位俯臥位其它體位：坐位，站立位，等第58頁超聲掃查斷面與聲像圖方位縱斷面：聲束平面與身體長軸平行左側(cè)為頭端，右側(cè)為足端橫斷面：聲束平面與身體長軸垂直仰臥位時，左側(cè)為右側(cè)，右側(cè)為左側(cè)；俯臥位時，左

10、側(cè)為左側(cè)，右側(cè)為右側(cè)冠狀斷面：探頭置于身體兩側(cè)，聲束平面與身體長軸平行斜切面：聲束平面與身體長軸成一定角度第59頁注意：進(jìn)行超聲檢驗時，首先要注意探頭方向圖像上方代表探頭側(cè)結(jié)構(gòu)，下方代表遠(yuǎn)離探頭結(jié)構(gòu)在心臟長軸切面上，左側(cè)為心尖部(足端)，右側(cè)為心底部(頭端)經(jīng)陰道超聲檢驗時，聲像圖方位可能會有所不一樣，應(yīng)結(jié)合實際情況判斷第60頁聲像圖描述回聲強(qiáng)弱依據(jù)圖像中灰度不一樣，把回聲信號分為強(qiáng)回聲（高回聲）、等回聲、低回聲、無回聲?；芈晱?qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)依據(jù)病灶回聲與周圍正常臟器回聲強(qiáng)度作比較來確定。第61頁第62頁回聲分布按密集程度分為：密集，稀疏，散在，等按均勻程度分為：均勻性，不均勻；其中不均勻又分為

11、強(qiáng)弱不均勻，粗細(xì)不均勻和結(jié)構(gòu)不均勻?；芈暣笮⌒螒B(tài)分為：點狀回聲(光點)，斑狀回聲(光斑)，團(tuán)塊狀回聲(光團(tuán))，帶狀回聲(光帶)，環(huán)狀回聲(光環(huán))第63頁回聲產(chǎn)生部位分為：邊界回聲，內(nèi)部回聲，后方回聲聲像圖征象常見有：環(huán)靶征(又稱牛眼征)，駝峰征，獵槍征(亦稱雙筒槍征)，平行管征，彗星尾征，假腎征等。第64頁超聲檢驗基本手法平移掃查法定點掃查法旋轉(zhuǎn)掃查法扇形掃查法第65頁超聲檢驗觀察內(nèi)容二維超聲主要用于組織、臟器、腫塊等解剖結(jié)構(gòu)、位置與形態(tài)等進(jìn)行顯像包含：形態(tài)輪廓，內(nèi)部情況，位置及毗鄰關(guān)系，活動情況，邊界回聲，后方回聲M型超聲主要用于顯示心臟各結(jié)構(gòu)活動包含：(左室長軸切面上)心底部結(jié)構(gòu)，二尖瓣區(qū)

12、結(jié)構(gòu)，心室結(jié)構(gòu)等第66頁頻譜多普勒包含：頻移時相、幅度、方向、灰度、離散度等直接參數(shù)，以及P、VTI、RI、PI、S/D等等彩色多普勒血流成像可直觀地顯示血流流動情況包含：時相，方向，流散度，色彩明亮度，血流范圍第67頁超聲圖像質(zhì)量控制儀器條件選擇與調(diào)整儀器選擇探頭選擇頻率選擇探查深度選擇與調(diào)整增益與聚焦選擇與調(diào)整增益是指超聲診療儀調(diào)整回聲信號放大程度功效，包含：總增益，分段增益及抑制；聚焦是使探頭發(fā)射聲束在聚焦區(qū)域內(nèi)變窄，以提升橫向分辨力。第68頁對操作者要求系統(tǒng)地掌握基礎(chǔ)知識與超聲成像原理有嚴(yán)格操作培訓(xùn)熟悉各種掃查手法在實踐中不停地總結(jié)提升第69頁超聲偽像凡超聲圖像中出現(xiàn)與被成像目標(biāo)不相正

13、確一些特征，即不代表真實聲學(xué)界面特征，都屬于偽像，表現(xiàn)為聲像圖中回聲信息特殊增添、降低或失真。從根本上說，偽像伴伴隨真像共存，是無法完全消除。產(chǎn)生原因：1. 與超聲波物理性質(zhì)相關(guān)；2. 與儀器設(shè)計、探頭不良特征以及儀器調(diào)整不妥相關(guān)；3. 與人體生理或病理等情況相關(guān)。第70頁混響偽像亦稱為屢次反射，是由超聲沖在探頭表面與目標(biāo)界面之間往返反射回波信號所形成。聲像圖表現(xiàn)為特征性等距離排列多條回聲，其強(qiáng)度依次遞減。強(qiáng)烈混響多見于含氣肺和腸腔表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈屢次反射伴有后方聲影，俗稱“氣體反射”。而較弱混響可使膽囊、膀胱等囊性器官以及肝、腎等器官表淺囊腫內(nèi)部位出現(xiàn)假回聲。第71頁降低這種偽像方法：1、適當(dāng)

14、側(cè)動探頭，使聲束勿垂直于胸壁或腹壁；2、適當(dāng)?shù)亟档徒鼒鲈鲆妫?、在檢驗淺表部位時使用高頻探頭；4、加壓探查，使二者間距縮小。第72頁振鈴偽像(內(nèi)部混響)當(dāng)聲束碰到一平薄界面以及刺界面下還有一薄層強(qiáng)反射系數(shù)介質(zhì)時，會在其間往返屢次反射，從而產(chǎn)生振紋回波現(xiàn)象。其聲像圖特點：彗星尾征。宮內(nèi)節(jié)育器，眼球內(nèi)金屬異物以及膽囊壁膽固醇結(jié)晶等均能夠產(chǎn)生振鈴偽像。第73頁第74頁旁瓣偽像由主聲束以外旁瓣反射造成，表現(xiàn)為：在結(jié)石、腸氣等強(qiáng)回聲兩側(cè)出現(xiàn)“披紗征”或“狗耳樣”圖形。旁瓣現(xiàn)象在有些低級超聲儀器和探頭比較嚴(yán)重，使圖象清楚度較差。第75頁聲影經(jīng)常由強(qiáng)烈反射和顯著聲吸收和衰減引發(fā)，如：含鈣結(jié)石、瘢痕、骨骼、軟

15、骨等介質(zhì)。第76頁后方回聲增強(qiáng)當(dāng)聲速經(jīng)過聲衰減甚小器官或病變（如膽囊、膀胱及囊腫）時其后方回聲強(qiáng)度顯著地較周圍組織高。通常能夠利用這一點來判別液性與實性病變。第77頁鏡面?zhèn)蜗癞?dāng)肋緣下向上掃查右肝和橫膈時，聲束碰到膈肺界面會發(fā)生全反射和鏡面?zhèn)蜗瘛ＭǔＢ曄駡D上，膈下出現(xiàn)肝實質(zhì)回聲（實象），膈上出現(xiàn)對稱性肝實質(zhì)回聲（虛象或偽像）；若膈下肝內(nèi)有一腫瘤或囊腫回聲（實象），膈上對稱部位也會出現(xiàn)一個對應(yīng)腫瘤或囊腫回聲（虛象或偽像）。第78頁正常肝臟及右腎囊腫其膈面聲像圖圖示膈上方出現(xiàn)肝腎鏡面?zhèn)蜗?，呈對稱性 L肝 D 膈 C腎囊腫 C1假囊腫A介質(zhì)代表肝臟實質(zhì) B介質(zhì)代表含氣肺組織 D高反射界面代表膈胸膜-肺

16、界面 M代表肝腫瘤 M代表腫瘤虛像（偽像）第79頁聲像圖上虛象總是位于實象深方。當(dāng)右側(cè)胸腔積液時，膈肺界面被膈胸水界面取代，只能顯示膈下肝臟和膈上胸水，上述鏡面反射消失，鏡面?zhèn)蜗癫豢赡艽嬖凇８淖兲讲榻嵌?，鏡面?zhèn)蜗衿胀ㄒ部上?。?0頁部分容積效應(yīng)偽像又稱切片厚度偽像，與超聲束橫向方向分辨力直接相關(guān)，是因為超聲斷層掃描時斷層較厚所引發(fā)，在非聚焦區(qū)這種偽像愈加顯著。如：肝小囊腫內(nèi)可能出現(xiàn)一些點狀回聲；腸管附近膽囊內(nèi)出現(xiàn)腫瘤或結(jié)石樣回聲；等改變病人體位或改變探頭方向及部位，重復(fù)觀察比較能夠發(fā)覺這種偽像。第81頁折射偽像（棱鏡偽像）又稱棱鏡偽像。僅在腹部橫斷面掃查時（靠近正中線）才出現(xiàn)，是因為在掃查時腹直肌起了棱鏡作用時聲束發(fā)生了折射。作子宮橫斷面，可能使宮內(nèi)單胎囊出現(xiàn)重復(fù)圖象，從而誤診為“雙胎妊娠”。將探頭方向改為縱向斷面掃查，上述胎囊重復(fù)偽像消失。第82頁經(jīng)腹壁橫斷面折射偽像產(chǎn)生示意圖第83頁回聲偽像失落又稱為臨界角偽像，因為兩界面間發(fā)生了全反射所致。表現(xiàn)為：球形結(jié)構(gòu)兩側(cè)方或器官兩側(cè)邊緣出現(xiàn)細(xì)長狹窄縱向條狀無回聲區(qū)(即側(cè)邊聲影)。改變掃查角度有利于識別這種偽像。在膽囊兩側(cè)邊角下方出現(xiàn)時，應(yīng)與小結(jié)