最全的醫(yī)學(xué)成像原理-第7章 超聲成像課件

1、第七章 超聲成像主要內(nèi)容第一節(jié) 超聲的物理基礎(chǔ)第二節(jié) 超聲成像的基本原理第三節(jié) 超聲波成像技術(shù)第一節(jié) 超聲的物理基礎(chǔ)（一）超聲波的概念 頻率在2萬赫茲以上的機(jī)械振動波，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)

2、射超聲波，同時(shí)，它也能接受返回的超聲波并把它轉(zhuǎn)換成電信號。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）超聲波的基本物理量1頻率（f）：是指單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動的次數(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，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）則是一個(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

3、中傳導(dǎo)的超聲波長有助于估計(jì)超聲波分辨病灶大小的能力。 （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)基礎(chǔ)。 3. 聲波的界面反射與折射

4、：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）。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

5、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)。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)動時(shí)，接受體發(fā)覺聲的頻率發(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)動目標(biāo)的運(yùn)動速度，C為聲速，角為入射波和運(yùn)動目標(biāo)運(yùn)動方向之間的夾角。第二節(jié) 超聲成像的基本原理超聲成像的特點(diǎn)：1有高的軟組織分辨力：組織只

6、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. 具有高度的安全性：當(dāng)嚴(yán)格控制聲強(qiáng)低于安全閾值時(shí)，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術(shù)，對醫(yī)務(wù)人員更是十分安全。 3. 實(shí)時(shí)成像：它能高速實(shí)時(shí)成像，可以觀察運(yùn)動的器官，并節(jié)省檢查時(shí)間。 4. 使用簡便，費(fèi)用較低，用途廣泛。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

7、織器官的功能狀況和血流動力學(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）A 型超聲（Amplitude mode）A型顯示是最基本的超聲顯示方式。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。可用來鑒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

8、示超聲波在介質(zhì)中傳播的距離或時(shí)間（2）M型超聲（運(yùn)動顯示型）M型超聲診斷儀（簡稱M超）又叫超聲心動儀之稱。M型超聲是用于觀察心臟等活動界面時(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)的亮度等級表示回波強(qiáng)弱（3）B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)動物體散射或反射聲波時(shí)造成的頻率偏移現(xiàn)象來獲得人體內(nèi)部器官如心臟、血液等動態(tài)檢查信息。（1）D型超聲 D型超聲全名為超