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1、<p><p>&lt;p&gt;&amp;lt;p&amp;gt;&amp;amp;lt;p&amp;amp;gt;超声物理基础 西南医院超声科 郭燕丽 授课层次：临床医学七年制 教学目的和要求 &amp;amp;amp;#216;掌握超声波的概念、几种常见的诊 断用超声波和超声检查方法。 &amp;amp;amp;#216;熟悉超声波的物理特性。 &amp;amp;amp;#216;了解超声诊断仪工作原理。 序
2、论 &amp;amp;amp;#216;在过去的半个世纪中，超声诊断进展非常迅速。 &amp;amp;amp;#216;随着声学理论的深入、计算机技术的发展，使超声诊断取得了前所 未有的进步。 &amp;amp;amp;#216;早期的A型（amplitude mode）、M型（motion mode）一维超声成 像、B超二维成像，演进到动态实时三维成像；由黑白灰阶超声成 像发展到彩色血流显像。 &amp;amp;amp;#216;谐波成像、组织多普勒成像等新型成像技术和各项新的超声检查技 术（如腔内超声检查、器官声学造影检查、介
3、入超声）逐渐应用于 临床。 &amp;amp;amp;#216;目前超声诊断已成为一门成熟的学科，不仅能观察形态，而且能检 测人体脏器功能和血流状态，在临床诊断与治疗决策上发挥着重要 作用，成为医学影像学中的重要组成部分。 超声检查： 超声检查是利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特性 相互作用后产生的信息，并将其接收、放大和信息处理后形 成图形、曲线或其他数据，借此进行疾病诊断的检查方法。 特点： &amp;amp;amp;#216;无创伤性 &amp;amp;amp;#216;操作简单 &amp;amp;amp;#216;实
4、时、动态 &amp;amp;amp;#216;对软组织分辨率强 超声科工作环境 第一节、超声诊断的基础知识 一、超声波（Ultrasound）的概念 1.定义：声源振动频率大于20000Hz的机械波 次声波20Hz-20000Hz超声波 （声波） 2.超声波的三个基本物理量： 频率（f），波长（），声速（c）， 三者的关系：=c/f &amp;amp;amp;#216;人体软组织中声速为1540m/s，探测1cm深度需13.4s &amp;amp;amp;#216;肺、胃肠道等含气脏器为350m/s，骨与软骨约为4500m/s 。 二、诊断用超声
5、波：频率常用2-10MHz 1.频率与分辨力： 频率越高，分辨力越强。 纵向分辨率的极限是1/2，实际分辨率为理论值的1/51/8 f(MHz) 2.5 7.0 (mm) 0.6 0.2 上表所示：频率（f）越高，波长（）越短，分辨力越强。 2.频率与衰减： 衰减系数 =f （也为衰减系数，单位：dB） 频率越高，衰减越快。 3.常用超声探头频率： 脑、心脏：22.5MHz 腹部：35MHz 浅表器官(眼、甲状腺、乳腺及四肢)：710MHz 三、超声波在人体内传播主要物理特性 &amp;amp;amp;#216;反射、折射和散射 &amp;amp;amp;#21
6、6;吸收与衰减 &amp;amp;amp;#216;多普勒效应 &amp;amp;amp;#216;非线性传播 1.反射和折射 : 声波入射到两个介质的分界面上， 如界 面的线度远远大于波长，则产生反射和折射现 象。入射声波的能量一部分被返回到同一介质 中，另一部分被折射到下一介质中。 障碍物直径大于 1/2，即可产生反射 ,声阻抗差1 ，就有反射回声，故超声波对 软组织分辨率极高。超声波透入第二种介质后 ，其传播方向发生改变产生折射。 反射是A、B、M型超声的成像基础。 反射和折射模拟图 2散射 超声波通过明显小于彼长的微粒，微粒吸 收超声波能量后，再向各个方
7、向辐射声波 ，称为散射。血流信号主要由红细胞散射 构成。 散射模拟图 3. 衰减 超声波在介质中传播，随着传播距离的增加，声能逐渐减弱，称为 衰减。原因：反射、散射、吸收、声束发散吸收：超声波在介质中 传播时，一部分声能转变为其它形式的能量。主要是组织粘滞性 内摩擦机械能热能 人体常见组织的衰减系数见下表： 组 织 衰减系数(dB/cm) 羊水 4.08&amp;amp;amp;#215;E-2 肝 1.76 颅骨 20 肺 40 n骨组织声衰减明显，故成人颅内成像困难。 n空气反射极大，后方组织难以成像，故需作肠道准备，胀尿、灌肠 等。 结石 肺气 脊柱 二、超声波的产生 &
8、amp;amp;amp;amp;amp;#216;超声波属于机械波，由物体机械振动产生。目前医学上产生和接收 超声的器件通常采用压电晶体作为换能器。 &amp;amp;amp;#216;压电晶体具有两种可逆的能量转变效应即在交变电场的作用下导致 厚度的交替改变从而产生声振动，即由电能转变为声能，称为逆压 电效应；相反，由声波的压力变化使压电晶体两端的电极随声波的 压缩与弛张发生正负电位交替变化，称为正压电效应。 &amp;amp;amp;#216;在逆电压效应中，压电晶体成为超声发生器，在正压电效应中，压 电晶体成为回声接收器。 三、超声成像基本原理 n一般超声
9、仪器均含有换能器、信号处理系统和显示器。 含有压电晶体的换能器发射一定频率的超声波，在人体 组织中传播时，常可穿透多层界面，在每一层界面上均 可发生不同程度的发射或/和散射，这些发射或散射声 波含有超声波传播途中所经过的不同组织的声学信息， 被换能器接收并经过仪器的信号处理系统的一系列处理 ，在显示器上以不同的形式显示为波形或图像。 超声设备 第二节 超声检查法 一、A型(Amplitude Mode)诊断法，又叫幅度调制式： 以波幅的高低 显示回声的强弱，一维图像。 二、B型（Brightness Mode）诊断法，二维超声： &amp;amp;amp;#216;又叫光点成像
10、法、辉度调制式。它以光点的多少和明暗表示回声的 强弱，又称灰阶（Grey Scale）超声，显示二维实时(Real-Time) 图像。 &amp;amp;amp;#216;扫描速度24帧/S即为实时，目前超声成像最高速度已达400帧/S。 二维超声基本图像类型 超声图像是以解剖学为基础，根据探头所扫查的部位构成的断 层图像，改变探头位置可获得任意方位的超声图像。它依据各种组 织结构间的声阻抗差的大小以不同的灰度来反映回声只有无和强弱 ，从而分辨解剖结构的层次，显示脏器和病变的形态、轮廓和大小 以及某结构的物理性质。根据组织内部声阻抗及声阻抗差的大小， 将人体组织器官分为四种类型
11、。 人体组织器官声学类型 反射类型 组织器官 二维超声图像表现 无反射型 血液等液性物质 液性暗区 少反射型 心肌、肝、脾等实质脏器 低亮度、低回声区 多反射型 心瓣膜、肝包膜等 高亮度、高回声区 全反射型 肺气、肠气等 极高亮度、高回声区，后伴声 影 血液 胆汁 尿液 无反射型无回声 肝脏和胰腺 心肌 少反射型 多反射型 肝包膜、血管壁心脏瓣膜 全反射型 肺气肠气 三、M型（Motion Mode）诊断法 在B型扫描中加入慢扫描锯齿波，使反射光点从左向右 移动显示。从光点移动观察被测物体在不同时相的深度 及移动情况：时间-位置曲线。 四、D型(Doppler Mode) 诊断法 1.多普勒诊
12、断法的物理基础 （1）多普勒效应（Doppler effect）：由于声源（或光源 ）与观察者之间出现相对运动，使声波（或光波）频率 发生变化的现象。振动源与观察者作相向运动时频率增 加（声波 密集），背向运动时频率降低（声波疏散） 。如：火车或飞机， 朝向观察者运动时声音高尖，背 离时声音变低粗。 心脏、血管内血流发生与探头的相对运动，产生多普勒 效应。 探头与血流发生相对运动，产生多普勒效应 （2）超声检测多普勒效应的两个基本条件： a声源与目标之间有相对运动； b有足够强的反射源或散射源。 （3）多普勒方程 ?d?r-?0&amp;amp;amp;#177;(2Vcos)
13、/C?0 ?d：多普勒频移，Hz； V：血流速度 m/s C：超声波在人体中传播速度m/s ?0：发射超声波频率 Hz ?r：接收超声波频率 Hz ：声束轴线与血流方向间的夹角 2.彩色多普勒血流显像（Color Doppler Flow Imaging， CDFI）：实时彩色编码显示：直观、定位准确。 &amp;amp;amp;#216;血流方向：红色为朝向探头，兰色背离探头。 &amp;amp;amp;#216;血流状态：层流，颜色单一。 湍流（turbulent flow），多彩镶嵌（ mosaic pattern）。 &amp;amp;a
14、mp;#216;血流速度：以明暗显示。 彩色多普勒血流方向 层流 湍 流 2.频谱多普勒（Spectrum Doppler） （1）脉冲式（Pulsed Wave Mode, PW）:采用单个换能器 ，以很短的脉冲发射期发射超声波，在脉冲间期内有一 “可听期“。 优点：具有距离选通功能。 缺点：不能测量高速血流信号。 （2）连续式（Continuous Wave Mode, CW）：两个超声 波换能器分别连续发射和接受超声波，沿超声束出现的 血流信号和组织运动多普勒频移均被接收、分析和显示 出来，来自不同深度的血流频移均被叠加起来。 优点：不受高速血流信号的限制。 缺点：不能提供距离信息 脉冲
15、多普勒 连续多普勒 彩色多普勒血流显像与频谱多普勒技术 &amp;amp;amp;#216;彩色多普勒的优点是血流图像实时二维显示，直观形象， 一目了然，检查快速，漏误较少。其不足之处是对血流速 度只能粗略估计，不能测其确切数值。 &amp;amp;amp;#216;目前的彩色多普勒成像仪上均附有频谱型脉冲波多普勒与 连续波多普勒，使用时以二维彩色血流成像作宏观巡视， 迅速发现异常血流的位置、方向、角度与范围，尔后再在 二维图像引导下对重点部位进行取样容积选择，从微观上 更精确地测量与计算血流方向、速度及其衍生的各种参数 。 常规超声检查应包括二维超声检查、频谱
16、型多普勒超声检查和彩色多普勒血 流显像检查 第三节 超声检查新技术 一、组织多普勒： 传统的多普勒显像技术通过高通滤过器，将室壁等结构运功产生的低频移高振 幅多普勒频移信号滤除，只显示心腔内红细胞运动产生的高频移低振幅多普勒频移 信号。故传统的多普勒用于观察心腔内大血管内的血流情况，称为多普勒血流成像 。 组织多普勒成像（tissue Doppler imaging，TDI）则正好相反，这种技术采 用低通滤过器，将来自心腔内红细胞运动的高频移低振幅多普勒频移信号去除，只 提取来自运动心壁的低频高振幅多普勒频移信号，将其输送到自相关系统和速度计 算单元进行彩色编码，通过数模转换器以二维和M型显示
17、。该方法主要用于定量观察 和分析心肌局部运动情况。 二、腔内超声检查经食管超声心动图 腔内超声检查经直肠超声 腔内超声检查经阴道超声 三、超声声学造影检查 &amp;amp;amp;#216;声学造影检查是将含有微小气泡的对比剂经血管注入体 内，使相应的心腔大血管和靶器官显影，为临床疾病诊 断提供重要依据。 &amp;amp;amp;#216;包括右心系统声学造影、左心系统声学造影和心肌及实 质脏器灌注声学造影。 &amp;amp;amp;#216;前两种方法主要用于观察心内有无右向左和左向右分流 ，已诊断先天性心脏病。 &amp
18、;amp;amp;#216;随着新型对比剂的开发、各种新的成像方式的应用，心 肌及实质脏器灌注声学造影已成为一种无创性观察心肌 供血状况、诊断心肌缺血、判断实质性脏器病变（如肝 癌）的方法。 心肌声学造影 肝脏声学造影 四、三维超声成像 由于计算机技术的进步，三维超 声成像逐渐由三维超声重建向实时三维 超声成像发展。新的实时三位超声成像 能实时三维显示脏器的活动情况、心脏 瓣膜开放等，对疾病的诊断将发挥巨大 的作用。 心脏实时三维成像 胎儿实时三维 五、超声引导定位穿刺技术 n超声引导定位穿刺技术即介入性超声诊断与治 疗，具有定位准确、操作方便的优点，进一步 提高了临床诊断与治疗水平。 超声引
19、导下肝脏穿刺活检 超声引导下乳腺肿块穿刺活检 乳腺导管内癌 超声引导下浅表淋巴结穿刺活检 超声诊断的临床意义 &amp;amp;amp;#216;超声检查由于无创性、无痛苦、无电离辐射影响，一般无需使用对比剂便 可获得人体各部位软组织器官和病变及管腔结构的高清晰度断层图像；提 供解剖结构形态学信息，并能反映心血管等运动器官的重要生理功能，应 用超声多普勒技术可无创地检测有关血流动力学参数以及观察组织器官血 流灌注等。因此超声诊断已广泛应用于内、外、妇科、儿科和眼科等临床 各科。它已成为许多内脏、软组织器官病变首选的影像学检查方法。 &amp;amp;amp;#2
20、16;借助于腔内探头、术中探头、超声造影等新技术，有助于某些微小病变的 早期发现，肿瘤侵犯范围的精确定位，有无周围淋巴结的转移等，用以进 行肿瘤的分期和制定合理的治疗方案。 &amp;amp;amp;#216;超声引导定位穿刺技术即介入性超声诊断与治疗，进一步提高临床诊断与 治疗水平。 小 结 &amp;amp;amp;#216;超声波是声源振动频率大于20000Hz的机械波； 频率（f），波长（），声速（c）是超声波 的三个基本物理量，其关系为=c/f。 &amp;amp;amp;#216;超声波在介质中传播具有反射、折射、散射和 衰减的物理特性；其&amp;amp;lt;/p&amp;amp;gt;&amp;lt;/p&amp;gt;&lt;/p&gt;</p></p>
