醫(yī)學(xué)超聲影像學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用 總論

醫(yī)學(xué)超聲影像學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用

（超聲醫(yī)學(xué)總論）BasisandClinicApplicationofUltrasound

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院血管超聲診斷科內(nèi)容提要

超聲醫(yī)學(xué)概述及物理基礎(chǔ)超聲儀器的組成和使用

醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)原理和應(yīng)用超聲醫(yī)學(xué)概述及物理基礎(chǔ)

超聲儀器的組成和使用醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)原理和應(yīng)用一、超聲波基本概念（關(guān)鍵詞）超聲波:

機(jī)械波，頻率高于可聽(tīng)聲頻率上限的聲波（>20KHz）聲源：能向周圍物質(zhì)發(fā)出聲波的振動(dòng)體介質(zhì)：能夠傳遞聲波的介質(zhì)聲波分類：縱波、橫波、表面波等。人體組織中主要傳播方式為縱波。頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聲源振動(dòng)的次數(shù)（f），超聲診斷常用頻率范圍2-10MHz。聲速：聲波在介質(zhì)中傳播的速度（C）,單位m/s。(固體>液體>氣體）波長(zhǎng)：聲波在振動(dòng)一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（λ）聲速、頻率、波長(zhǎng)的相關(guān)性：c=λf,λ=c/f二、超聲波基本物理特性◆

透射(Tranmission):聲波穿過(guò)介質(zhì)界面,繼續(xù)向前傳播◆反射(Reflection):聲波入射到介質(zhì)界面,部分聲波返回原介質(zhì)◆

折射(Refraction)：介質(zhì)聲速變化引起的聲傳播方向發(fā)生改變◆

衍射（Differaction):聲波遇到不連續(xù)的介質(zhì)表面而引起的聲波畸變現(xiàn)象，也稱繞射◆

散射(Scattering)：在不均勻介質(zhì)中，聲波遇到小于波長(zhǎng)的障礙物向多個(gè)方向反射、折射和衍射的現(xiàn)象（散射回波是二維灰階成像的基礎(chǔ)）

◆

吸收(Absorption)：聲波傳導(dǎo)過(guò)程中部分聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌肿幽芰康倪^(guò)程◆

衰減（Attenuation):聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，因吸收和散射等原因其強(qiáng)度隨距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象（骨骼>軟組織>尿液、膽汁）三、超聲生物學(xué)效應(yīng)空化效應(yīng)（Cavitationeffect）高強(qiáng)度超聲使組織液化,產(chǎn)生微泡的現(xiàn)象機(jī)械效應(yīng)（mechanicaleffect）使介質(zhì)產(chǎn)生位移、速度改變、加速度、切應(yīng)力變化等…

評(píng)價(jià)參數(shù)是機(jī)械指數(shù)（MI）定義：具有一定聲強(qiáng)的超聲波在生物介質(zhì)中傳播，引起介質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能或形態(tài)學(xué)變化。熱效應(yīng)（thermaleffect)聲波傳導(dǎo)過(guò)程中使介質(zhì)溫度升高的現(xiàn)象

評(píng)價(jià)參數(shù)是熱指數(shù)（TI）四、超聲醫(yī)學(xué)概述1.定義：超聲波與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合用于臨床診斷和治療的一門(mén)科學(xué)。2.臨床應(yīng)用范圍：超聲診斷利用反射、散射的回波用于組織形態(tài)、特性及功能檢測(cè)超聲治療利于聲波的能量大功率、高強(qiáng)度

超聲理療低劑量連續(xù)波超聲微波治療中等劑量腫瘤高強(qiáng)度聚焦（HIFU刀)腫瘤體外碎石高強(qiáng)度聚焦聲壓3、醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)的發(fā)展歷史1942年，德國(guó)精神病醫(yī)生Dussik用A型超聲探測(cè)顱腦1949年，Howry首次將二維超聲用于診斷疾病1954年，Edler等用M型超聲診斷疾病1973年，Johnson等首先報(bào)道了選通門(mén)脈沖多普勒超聲診斷室間隔缺損1980s，彩色多普勒超聲應(yīng)用于臨床1982年，Aaslid等研制出經(jīng)顱多普勒超聲掃描儀（TCD）

二戰(zhàn)時(shí)期的超聲儀器坦克式雙探頭旋轉(zhuǎn)式（腹部）潛水鏡式（產(chǎn)科胎兒）現(xiàn)代超聲在臨床醫(yī)學(xué)中有極為廣泛的用途，是現(xiàn)代醫(yī)院、醫(yī)學(xué)中心以至邊遠(yuǎn)地區(qū)不可或缺的影像學(xué)診斷工具。超聲醫(yī)學(xué)概述及物理基礎(chǔ)

超聲儀器的組成和使用醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)原理和應(yīng)用一、超聲儀器的組成電源發(fā)射電路換能器（探頭）視頻、高頻信號(hào)放大器顯示器二、超聲探頭(Probe,Transducer)

1.定義:

發(fā)射并回收超聲的裝置。它將電能轉(zhuǎn)換成聲能，再將聲能轉(zhuǎn)換成電能。由晶片、吸收（聲）模塊、匹配層及導(dǎo)線組成。

2.探頭的類型單晶片或多晶片筆式探頭：A超和M超臨床應(yīng)用：經(jīng)顱多普勒超聲、胎兒監(jiān)護(hù)儀機(jī)械掃描探頭：機(jī)械傳動(dòng)方式帶動(dòng)傳感器往復(fù)搖擺或連續(xù)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)扇形掃描過(guò)程電子掃描探頭：線陣探頭相控陣探頭凸陣探頭三維容積探頭:用于三維超聲成像3.探頭的頻率單頻探頭:標(biāo)稱頻率為發(fā)散時(shí)振幅最強(qiáng)的頻率變頻探頭:同一探頭可選擇2-3種頻率,頻率可變寬頻探頭:發(fā)射時(shí)有一很寬的頻帶范圍高頻探頭:血管內(nèi)及淺表器官成像20-40MHz4.分辨力Resolution定義：分辨出兩種界面間最短距離的能力縱向分辨力辨別位于聲束軸線上兩個(gè)物體之間的距離的能力橫向分辨力辨別與聲束軸線垂直平面上的兩個(gè)物體的能力20年前20年后5.聲場(chǎng)UltrasonicField定義：傳聲介質(zhì)中有聲波存在的區(qū)域近場(chǎng):探頭檢測(cè)到的表淺層面，聲束比較平行遠(yuǎn)場(chǎng):探頭檢測(cè)的遠(yuǎn)距離層面，聲束擴(kuò)散、聲束寬隨檢測(cè)距離增加而不斷增寬近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)6.超聲診斷儀的調(diào)節(jié)和使用時(shí)間增益補(bǔ)償(TGC):按照深度越大補(bǔ)償越多的規(guī)律對(duì)聲衰減的影響加以補(bǔ)償。增益（Gain）：調(diào)整圖像靈敏度。深度（Depth）聚焦(Focus):

可選擇聚焦區(qū)數(shù)目，以取得觀察區(qū)清晰圖像（一點(diǎn)、兩點(diǎn)或多點(diǎn)聚焦）幀頻:(FR)

定義：每秒內(nèi)成像的數(shù)量意義：高幀頻可以捕捉更多的細(xì)節(jié)幀頻對(duì)于圖像質(zhì)量的影響：速度標(biāo)尺(Scale):

指彩色標(biāo)圖所能顯示的速度范圍（低速血流用低Scale，高速血流用高Scale）

超聲醫(yī)學(xué)概述及物理基礎(chǔ)

超聲儀器的組成和使用

醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)原理和應(yīng)用一、超聲診斷檢測(cè)技術(shù)的基本模式A-ModeB-ModeD-ModeM-mode1.A-mode(AmplitudeMode)

原理：幅度調(diào)制型，以超聲的傳播和反射時(shí)間為橫坐標(biāo)，以反射波幅為縱坐標(biāo)。反射強(qiáng)，波幅高。反射弱，波幅低。

應(yīng)用：腦中線探測(cè)；眼球探測(cè)；胸腔積液探測(cè)；心包積液探測(cè)；肝膿腫探測(cè)?，F(xiàn)已基本淘汰2.B-mode（Brightnessmode）原理：輝度調(diào)制型，以不同輝度光點(diǎn)代表反射信號(hào)的強(qiáng)弱。反射強(qiáng)則亮，反射弱則暗。為二維切面圖。應(yīng)用：組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)、病變性質(zhì)診斷無(wú)回聲區(qū)（后方回聲增強(qiáng)）低回聲區(qū)等回聲區(qū)高回聲區(qū)（后方聲影）聲像圖描述關(guān)鍵詞—組織回聲無(wú)回聲羊水（液體）等回聲胎兒腦實(shí)質(zhì)高（強(qiáng)）回聲膽囊結(jié)石無(wú)回聲型膽汁低回聲型皮下脂肪組織等回聲型肝、脾實(shí)質(zhì)強(qiáng)回聲型包膜正常人體組織的回聲強(qiáng)度類型

3.M-mode（MotionMode）原理：采用灰度調(diào)制，在水平偏轉(zhuǎn)板上加入一對(duì)慢掃描鋸齒波，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示距離。應(yīng)用：主要用于心臟運(yùn)動(dòng)曲線描記(心臟各層包括瓣膜結(jié)構(gòu)的回聲反射，沿聲束軸線位置的周期性變化）城墻樣二尖瓣狹窄4.多普勒超聲(DopplerSonography)constantspeed(equal)原理：多普勒效應(yīng)（DopplerEffect）1842年奧地利科學(xué)家Doppler發(fā)現(xiàn)定義:聲源與接受物體間存在運(yùn)動(dòng)時(shí),接受的頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，頻率增高；背向運(yùn)動(dòng)時(shí)，頻率減低Higherpitch(dis)Lowerpitchnormal

pitch多普勒效應(yīng)

DopplerEffect

多普勒公式:v=fdc/2f0cosθ超聲醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：檢測(cè)血管腔內(nèi)紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速度，評(píng)價(jià)血流動(dòng)力學(xué)，血管狹窄、閉塞等多普勒超聲的顯示音頻多普勒（audio

Doppler）頻移信號(hào)輸入揚(yáng)聲器成為音頻信號(hào)，反映血流性質(zhì)。頻譜多普勒（spectrum

Doppler）顯示連續(xù)波多普勒(CW)：兩組換能器，不受深度限制，測(cè)高速血流脈沖波多普勒(PW)：?jiǎn)蝹€(gè)換能器，有距離選通能力，受PRF限制連續(xù)發(fā)射、接收聲波間斷發(fā)射、接收聲波Artery血液流動(dòng)模式Heart

CyclesystolediastolesystolediastoleFlow

Patternparabolicflat7060504030801020頻譜顯示（SpectralDisplay）FrequencyVelocityTimegreyscalebarcolourbar將運(yùn)動(dòng)物體按時(shí)間、速度排列分析轉(zhuǎn)化頻譜顯示（SpectralDisplay）SpectraEnvelope

(maximumfrequencyfollower)EDVMVPSV血管狹窄彩色多普勒CDFI能量多普勒

CPA血管結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)速度、方向紅細(xì)胞散射的能量積分－能量大小

頻譜多普勒SpecturalForm速度、方向、聲頻異常

多普勒顯像模式組織多普勒TDI—評(píng)價(jià)組織運(yùn)動(dòng)功能

四、三維超聲

Three-dimensionalUltrasound將連續(xù)不同平面的二維圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理,得到重建的有立體感的圖形。胎兒動(dòng)態(tài)三維超聲.flv五、超聲造影

Contrast-EnhancedUltrasoundCEUS原理：借助于靜脈注射微泡造影劑和超聲造影諧波成像技術(shù)，可清晰顯示微細(xì)血管和組織血流灌注，增加圖像對(duì)比分辨力，提高超聲檢出病變的敏感性和特異性。臨床應(yīng)用領(lǐng)域：（1）造影超聲心動(dòng)圖（2）肝臟諧波超聲造影（3）腎臟、脾臟超聲造影（4）乳腺腫物超聲造影（5）靶向治療原發(fā)性肝癌的超聲造影B超示：肝右葉偏高回聲腫塊造影動(dòng)脈期呈高增強(qiáng)門(mén)脈期呈等增強(qiáng)延遲期造影劑廓清，呈低增強(qiáng)