超聲基礎(chǔ)理論

1、超聲概念及超聲成像基本原理合肥市第二人民醫(yī)院主任醫(yī)師 碩士導(dǎo)師楊曉第1頁（一）超聲波定義 聲源振動頻率 2萬赫茲（Hz）機(jī)械波為超聲波。 超聲診療所用聲源振動頻率普通為：110兆赫（MHz），慣用為：2.55.0 MHz。第2頁（二）超聲波主要物理量 1、波長（） 在波傳輸方向上，質(zhì)點(diǎn)完成一次振動距離，單位是mm。 2、周期(T) 質(zhì)點(diǎn)完成一次振動時(shí)間。第3頁 3、頻率（f） 單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)完成一個(gè)振動過程次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。第4頁 4、聲速（c） 單位時(shí)間內(nèi)聲波在介質(zhì)中傳輸距離, 單位是m/s，人體軟組織平均聲速為1540m/s。 c = f . 并與介質(zhì)彈性（E）和密度（ ）相關(guān)第5

2、頁 （三）超聲波方向性 直線傳輸?？色@定向傳輸超聲波束。 在相同聲源直徑條件下，頻率越高，波長越短，束射性或方向性越強(qiáng)。第6頁 （四）聲源、聲束、聲場與分辨力 1. 聲源 能產(chǎn)生超聲物體稱為聲源，通常采取壓電陶瓷、壓電有機(jī)材料或混合壓電材料組成。聲源由超聲換能器發(fā)出。第7頁第8頁 2. 聲束 從聲源發(fā)出聲波，普通在一個(gè)較小立體角內(nèi)傳輸。其中心軸線稱為聲軸，為聲束傳輸主方向。聲束兩側(cè)邊緣間距離稱為束寬。第9頁 3. 近場與遠(yuǎn)場 超聲束各處寬度不等。在臨近探頭一段距離內(nèi)，束寬幾乎相等，稱為近場；遠(yuǎn)方為遠(yuǎn)場。第10頁第11頁 4. 分辨力分基本分辨力和圖像分辨力 （1）基本分辨力： 1）軸向分辨力

3、沿聲束軸線方向分辨力。其優(yōu)劣影響靶標(biāo)在深淺方向精細(xì)度。分辨力佳則在軸向圖像點(diǎn)細(xì)小、清楚。通慣用3-3.5MHz探頭時(shí)，軸向分辨力在1mm左右。第12頁 2）側(cè)向分辨力 指在與聲束軸線垂直平面上在探頭長軸方向分辨力。聲束越細(xì)，側(cè)向分辨力越好。第13頁第14頁 3）橫向分辨力 指在與聲束軸線垂直平面上在探頭短軸方向分辨力（有稱厚度分辨力）。第15頁 （2）圖像分辨力 指組成整幅圖像目標(biāo)分辨力。有細(xì)微分辨力和對比分辨力。第16頁二、人體組織聲學(xué)參數(shù)（一）密度（ ） 組織、臟器聲學(xué)密度，單位為g/cm3。第17頁 （二）聲速（C） 單位為m/s。普通固體物含量高者聲速最高，含纖維組織（主要成份為膠原纖

4、維）高者，聲速較高，含水量較高軟組織聲速較低，液體聲速更低，含氣臟器中氣體聲速最低。第18頁 （三）聲阻抗（Z） 各種回聲圖像主要由聲阻抗差異造成。系密度與聲速乘積，單位為g/cm2.s。第19頁 （四）界面 兩種聲阻抗不一樣物體接觸在一起時(shí)，形成一個(gè)界面。接觸面大小稱為界面尺寸。尺寸小于波長時(shí)名小界面，反之稱為大界面。第20頁三、人體組織對入射超聲作用第21頁 （一）散射 小界面對入射超聲產(chǎn)生散射現(xiàn)象，使入射超聲部分能量向各個(gè)空間方向分散輻射。返回至聲源能量甚低。散射來自臟器內(nèi)細(xì)小結(jié)構(gòu)，臨床意義十分主要。第22頁第23頁 （二）反射 超聲波入射到比本身波長大大界面時(shí)，入射聲波較大部分能量被該

5、界面阻擋而返回，這種現(xiàn)象稱之為反射。第24頁 大界面對入射超聲產(chǎn)生反射現(xiàn)象，使入射超聲能量較大部分返回至聲源。入射角與反射角相等。第25頁第26頁 （三）折射 組織、臟器聲速不一樣，聲束經(jīng)過其大界面時(shí)，前進(jìn)方向改變稱為折射。 （四）繞射 又名衍射。聲束繞過物體后，又以原來方向偏斜傳輸。第27頁 （五）衰減 系聲波軸向振動與介質(zhì)之間摩擦致能量消耗結(jié)果，它與超聲探頭頻率及聲波運(yùn)行距離相關(guān)。在正常及病理情況下，組織衰減會發(fā)生改變。第28頁 （六）多普勒效應(yīng) 當(dāng)一定頻率超聲波由聲源發(fā)射并在介質(zhì)中傳輸時(shí)，如碰到與聲源作相對運(yùn)動界面，則其反射超聲波頻率隨界面運(yùn)動情況而發(fā)生改變，稱之為多普勒效應(yīng)（Doppl

6、er effect）。第29頁 1842年，奧地利數(shù)學(xué)家及天文學(xué)家克約斯琴.約翰.多普勒發(fā)覺，當(dāng)星球與地球近向運(yùn)動時(shí)，光色向光譜紫色端移位，表明光波頻率增高；第30頁 向紅色方向移位，表明光波頻率降低。其差稱為多普勒頻移。這種物理學(xué)效應(yīng)命名為多普勒效應(yīng)。此亦適合用于各種類型波源和接收器之間相對運(yùn)動。第31頁第32頁第33頁 多普勒方程： fd =2V.cos fo c fd :多普勒頻移；fo:發(fā)射頻率；V:血流速度；:聲束與血流夾角；c:超聲波在介質(zhì)中傳輸速度。第34頁 實(shí)際應(yīng)用中fo:即為換能器（探頭）頻率；c：超聲波在人體軟組織中平均傳輸速度為1540m/s。第35頁 多普勒頻移與聲速成

7、正比。為取得最大血流信號，應(yīng)使聲束與血流方向盡可能平行（角盡可能?。５?6頁四、人體組織聲學(xué)分型 （一）無反射型：液性組織（如：血液、尿液、心包積液、胸水、腹水、膽汁、羊水等）。第37頁（二）少反射型：基本均質(zhì)實(shí)質(zhì)性組織（如：肝臟、腎臟、脾臟、心肌、瓣膜等）。第38頁（三）多反射型：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、致密，排列無一定規(guī)律實(shí)質(zhì)性組織（如：乳腺、心外膜、腎包膜、骨骼等）。第39頁（四）全反射型：含氣組織（如：肺、胃、腸等）。超聲檢驗(yàn)時(shí)使用偶合劑，就是為了預(yù)防探頭與皮膚之間存在空氣，影響探查。第40頁 五、超聲診療原理 高頻脈沖發(fā)生器換能器（將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷埽┙M織界面（反射）換能器（將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽┙?/p>

8、收放大裝置示波管顯示系統(tǒng)（顯示圖像）。 換能器即為超聲檢驗(yàn)用探頭。第41頁第42頁 六、超聲生物效應(yīng) 產(chǎn)生超聲生物效應(yīng)主要物理機(jī)制有：熱機(jī)制、機(jī)械機(jī)制、空化機(jī)制。當(dāng)超聲劑量（聲強(qiáng)）超出要求，將造成若干生物效應(yīng)。第43頁 診療用超聲劑量（聲強(qiáng)）限定值，Ispta100mWcm2，一次超聲照射時(shí)間 10-20分鐘。第44頁七、超聲偽像 第45頁1.混響效應(yīng) 聲束掃查體內(nèi)平滑大界面時(shí)，部分能量返回探頭表面之后，又從探頭平滑面再次反射第二次進(jìn)入體內(nèi)。第46頁 為屢次反射一個(gè)。多見于膀胱前壁、膽囊底、大囊腫前壁，可被誤診為壁增厚、分泌物或腫瘤等。第47頁第48頁2.鏡像效應(yīng) 鏡像效應(yīng)亦可名為鏡面折返虛像

9、。聲束碰到深部平滑鏡面時(shí)，反射回聲如測及離鏡面較靠近靶標(biāo)后，按入射路徑反射折回探頭。第49頁 此時(shí)，在聲像圖上所顯示者，為鏡面深部與此靶標(biāo)距離相等、形態(tài)相同圖像。鏡像效應(yīng)必須在大而光滑界面產(chǎn)生，常見于橫膈附近。一個(gè)實(shí)質(zhì)性腫瘤或液性占位可在橫膈兩側(cè)同時(shí)顯示，較橫膈淺一處為實(shí)影，深者為虛影或鏡像。第50頁第51頁3.聲影 聲影指在常規(guī)DGC正賠償調(diào)整后，在組織或病灶后方所演示回聲低弱甚或靠近無回聲平直條狀區(qū)。系聲路中含有較強(qiáng)衰減體所造成。第52頁高反射系數(shù)物體（如氣體）、高吸收系數(shù)物體（如骨骼、結(jié)石、瘢痕）下方含有聲影，二者兼具則聲影更顯著。第53頁第54頁4. 高衰減結(jié)構(gòu) 超聲能量消耗甚多，其后

10、方回申顯著減弱，常見于肌腱、軟骨、瘢痕之后，提升儀器“增益”仍可顯示少許回聲信號第55頁5.后方回聲增強(qiáng) 聲束向深部傳輸時(shí)不停衰減，設(shè)計(jì)者為使圖像顯示均勻，加入了深度增益賠償（DGC）調(diào)整系統(tǒng)。后壁增強(qiáng)效應(yīng)是指在常規(guī)調(diào)整DGC系統(tǒng)下所發(fā)生圖像顯示效應(yīng)，第56頁 而不是聲能量在后壁被其它任何物理能量所增強(qiáng)效應(yīng)。此效應(yīng)常出現(xiàn)在囊腫、膿腫及其它液區(qū)后壁，但幾乎不出現(xiàn)于血管后壁。有些小腫瘤如小肝癌、血管瘤后壁，亦可略見增強(qiáng)。第57頁第58頁6. 旁瓣效應(yīng) 旁瓣效應(yīng)系指第1旁瓣成像重合效應(yīng)。聲源所發(fā)射聲束含有一最大主瓣，普通處于聲源中心，其軸線與聲源表面垂直，名主瓣。第59頁 主瓣周圍有對稱分布數(shù)對小瓣，稱旁瓣。旁瓣重合于主瓣上，形成