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1、1影响超声诊断声像图质量的物理因素分析【关键词】 影响摘要：超声诊断是医学临床普遍应用的一种诊断方法。声像图的质量极大地影响着临床的诊断，而超声诊断声像图的质量易受诸多因素的影响。从超声和人体作用的物理规律、物理定律等方面，分析了影响超声诊断声像图质量的物理因素及其控制对策。关键词：声图像；质量；物理因素；控制对策 人体超声成像是用不可见也听不到的超声波能量实现的一种人体组织成像方法。所依据的是声波强度在人体内的分布，其机制是高频短波段的声波和组织之间的机械振动引起的相互作用。用于成像的声波是从人体的组织反射回来的分量，故超声诊断所依据的是脉冲回波检测技术，即利用超声波在传播路线上遇到介质的不
2、均匀界面能发生反射的物理原理检测回波信号，并对其进行接收放大和信号处理，最后在显示器上显示1 。超声成像过程中有诸多因素影响图像的质量，使得图像对比度差，极大地制约了临床的诊断，所以分析影响超声图像质量的物理因素，并采取相应的控制对策具有十分重要的意义。1 空间分辨力2空间分辨力就是能清晰区分细微组织之间差别的能力。它是评价图像质量好坏的主要指标。空间分辨力又分为横向分辨力和纵向分辨力。11 横向分辨力横向分辨力是指在与超声波束垂直的平面上，能分辨开相邻两点间的最小距离。对于单个晶体未加聚焦的换能头，束流的直径决定最小物体模糊的程度。当超声束的直径小于两点间的距离时，能显示出来；否则，不能显示
3、。由于超声波束在横向上的宽度是不相等的，所以在近场和远场的交界面上系统具有最好的横向分辨率，其值等于在这个位置上换能头的半径。离开这个位置则横向分辨力变差，远场更是如此。这是因为远场中的超声束因扩散角而扩散，超声束直径随距离增大而增大的缘故2 。改善横向分辨力的办法是：增加晶体的直径或用高频脉冲；用声学透镜可以对横向超声波进行聚焦，控制束流在不同的深度进行聚焦并把回波延迟，减小焦距，提高横向分辨力；增加实时图像显示中每帧图像扫描线的数目。12 纵向分辨力3纵向分辨力是指在超声传播方向上两界面回波不重叠时的最小距离。超声探头不能在同一时间发射和接收声波，只有当探头发射完脉冲以后，处于静止期间，才
4、能进行接收。假设有两个界面 A和 B 相距很近，当一束脉冲射入时，一部分被 A 面反射，另一部分传到 B 面被反射，如果脉冲前沿经 B 反射到 A 时脉冲后沿还没有离开 A，这样经 A 反射的脉冲后沿就和经 B 反射的脉冲前沿衔接起来，重叠成一个脉冲，接收到的图像中不能分辨出两个脉冲，那么A、B 两点将不能被分辨。所以，只有当脉冲宽度小于往返两点之间所需的时间时，回波显示器上才能显示出两个独立的回波信号。脉冲宽度愈小，纵向分辨力愈高。但是缩短脉冲宽度又会减小发射超声的能量，影响灵敏度。改善纵向分辨力的办法是在适当缩短脉冲宽度的同时靠提高脉冲频率来补偿发射能量，保证达到最佳的纵向分辨力和高的灵敏
5、度。随着探测距离的增大，远声区声束的扩散，即使是聚焦换能器，处于聚焦区内的内外波束直径差别也较大，故横向分辨力随之下降，因此处于不同距离上相同尺寸的目标，在声像图上大小不一致。所以换能头空间分辨力的局限性造成图像产生分辨力伪影。当超声在界面上的反射回波刚好被接收到时，探头到界面之间的距离为最小探测深度。脉冲持续时间愈短，最小探测深度愈小，纵向分辨力愈高。最小探测深度以内的距离称为“盲区” 。如果病灶处于盲区内，由于发射干扰，声场能量分布不均，反射信号不能完全被接4收，可以引起图像模糊不清和分辨力降低。2 对比度分辨力超声仪能显示不同灰阶细微差别的回声能力，或者说在低对比度条件下鉴别软组织类型和
6、分清细微结构的能力叫对比度分辨力，实际上就是信噪比。图像的对比度主要取决于像素数和扫描声线数。像素数越多，灰阶愈多，图像的层次越丰富，包含的信息量就越多，对比度愈好，分辨力愈高；声线数越多，图像越清晰细腻，分辨细节的程度愈高，对比度愈好。改善对比度的办法是：提高超声的发射频率或重复发射频率；选择低噪声和高增益的放大电路；充分应用影像增强和边缘提取等图像处理技术3 。3 图像的均匀性声像图在整个显示画面内，提供均匀分布的分辨力和清晰度的能力。信号幅度的动态范围小，形成的亮度曲线的连续性就好，图像的层次就丰富，能分开的组织层数就多，图像的均匀性就好。改善图像均匀度的办法是尽可能压缩信号的动态范围，
7、使图像呈等亮度显示。4 伪影5由于超声成像原理的不完善、技术的限制、方法的不全、诊断的主观推断等客观条件和人为因素造成的图像畸变或假象，使检测到的数据与真实情况之间存在的差异。超声诊断是以三个物理假定为基础的，事实上，三个假定条件在实际组织中很难满足，因此就会造成图像与实际组织情况不一致，形成伪影。41 边缘失落伪影超声波与一般声波不同，由于频率高，波长短，在介质中呈直线传播，因此具有良好的指向性。这是超声对人体器官进行定向探测的基础。当超声波传播遇到两种声阻抗不相等的媒质界面且尺寸远大于声波波长时，超声波将发生部分反射。界面反射是超声诊断的基础，主要是反射脏器边界、轮廓及管壁等大界面的图像。
8、大界面反射如同几何光学那样，遵守镜面反射定律。当入射超声束与界面垂直时，入射角等于零，则反射回声沿原路返回，几乎被探测器全部接收。如果入射超声束不与界面垂直时，反射回声沿入射角相等的方向发生反射，不能被探头接收，呈边缘失落伪影。这种伪影常出现在球形结构或器官的两侧，如囊肿或肿瘤其外围包以光滑的纤维薄膜。声像图上可清晰显示前、后壁，但侧壁不能显示，出现细长狭窄纵向条状的无回声区。改善的办法是调整探头与界面的位置，使回波最大限度的被探头接收，减少边缘失落。642 混响伪影当超声束垂直照射到平整的界面而形成声束在探头与界面之间来回反射，出现等距离的多条回声，其回声强度逐渐减少，形成混响伪影。胸壁和腹
9、壁常出现混响伪影，使膀胱、肾脏、浅表囊肿等部位出现假回声。改善的办法是侧动探头，避免声波垂直腹壁或加压探测，使等距离多次反射间的距离变小，减少混响伪影。43 多途径反射伪影当声束非垂直入射到组织内某界面，并反射偏离到另一界面，然后再反射直到被接收时，显示的位置与目标实际位置相差甚远，形成多途径反射伪影。这些反射伪影多表现为环状或拖尾形状，对诊断影响甚大。改善的办法是测量时根据需要变换探测器的探测角度，以减少甚至消除多途径反射伪影。44 透镜折射伪影入射于大界面的超声，除部分反射外，其余部分超声将透过此界面，进入第二介质，称为折射。折射角与入射角的正弦比值与界面两侧的声速比值相等。由于这种折射效
10、应，声像图将发生畸变。折射可以使测量和超声导向两方面产生误差。当入射声束与界面垂7直时，进入第二介质的透射声束方向不变。当入射声束与界面不垂直时，折射声束的方向要发生改变。声束在人体内腹壁横断面扫描时，由于腹直肌起透镜的作用，可在声像图上出现正中线直下方结构如肠系膜上动脉和腹主动脉的双像。改善的办法是尽可能地让入射声束与界面垂直，使得折射声束的方向不变。45 后方回声增强伪像声束在介质中传播时，遇小界面散射，遇大界面反射。声束传播时的扩散，以及软组织对超声能量的吸收等，都造成超声能量的衰减。所以声束在传播过程中必然随着深度的增加，强度要不断的减弱，这就使得回波信号的幅度产生很大差异，而回波信号
11、的幅度又决定像点的灰度（亮度） ，故这种现象给成像造成了一定的困难。解决的办法是对不同深度上的回波按照衰减幅度进行时间增益补偿。当时间增益补偿与软组织衰减的能量损失一致时，获得“正补偿” 。而在整体图形正补偿后，其中某一小部分的声衰减很小时，又呈“过补偿”状态，较同等深度的周围组织比较又明亮得多，形成后方回声增强伪像。出现这种伪像要有一个前提，即在其后方必须有足够的散射体存在。常出现在囊肿或胆囊等液体性结构的后方。声像图上显示后方明亮，且呈内收状态。46 声影伪影8在扫描成像中，由于前方有强反射或声衰减很大的物质存在，致使在后方出现声线不能到达的地方，在该区域内检不到回声，紧随回声的后方出现纵
12、向条状无回声区，称为声影。声影伪像常出现在高反射系数和高吸收物体的下方，声像图表现为暗区，是探测不到的盲区。在单次扫描中，超声从低声速介质进入高声速介质，在入射角超过临界角时，发生全反射，以致后方出现全反射声影。多见于球形结构的两侧后方或器官的两侧边缘，呈细狭纵向条状无回声区。另外，如果超声从高声速介质进入低声速介质，情况正好和全反射声影相反，这时球形病灶如同一个光学透镜，该声透镜使声线向其后方偏折，而其侧后方的物体处声束不能到达，形成了折射声影。临床上在胆囊的纵切声像图中，胆囊底及胆囊颈侧后就出现这种声影。因为声束进入胆囊时依次通过肝胆囊壁界面和胆囊壁胆汁界面，所以在入射角未超过临界角时出现
13、折射声影，在入射角超过临界角时形成全反射声影，出现两种声影毗邻的现象4 。47 旁瓣伪影声场中的声压不但随距离而变，同时还随方向角而变，当=0时，声场的声压为最大，表现为主瓣； 在其他方向上，称为旁瓣。医学上利用主瓣进行超声检查和成像而决非旁瓣。当主瓣声束检查目标时，旁瓣也同时在检查成像，但旁瓣对同一目标测距长、9能量又小，图像极不清楚。而旁瓣图像又重叠在主瓣图像上，形成各种虚线，分布在主瓣回声图的两侧，具有浅淡的拱形长线。比如结石能产生“狗耳”伪像，如检查女性膀胱后壁时，因子宫前突，后壁两侧呈现“纱状披肩”伪影。改善旁瓣伪影的办法是增大超声频率；改变换能头的方位。48 镜面伪影对于声束来说，
14、横膈尤如一个巨大光滑的反射凹面镜。在横膈回声的两侧出现对称的两个肿块回声，其中表浅的一个是来自肿块直接回声，是实像；另一个较深的肿块回声，是由横膈把超声反射到肿块后，肿块回声沿原路经过横膈再次反射回探头，才由探头接收到，是虚像。虚像在时间上落后于实像。落后的值恰好等于肿块到横膈间的超声传播时间，在超声图上出现横膈两侧对称的两个肿块回声。落后的值恰好等于肿块到横膈间的超声传播时间，在超声图上出现横膈两侧对称的两个肿块回声。在空间关系上，伪像的位置和物体的位置总是以镜面为对称的。所以在 B 超检查中，肝内靠近横膈的囊肿常常被误以为在胸腔内也有一个。49 切片厚度伪像超声扫描的声束有一定的宽度。当声
15、束宽度较大（即超声切10层图像的切片厚度较大） ，病灶尺寸小于声束宽度或虽然大于声束宽度，但部分处在声束内时，病灶回声与周围正常组织的回声重叠，形成切片厚度伪像，又叫部分容积效应。这种伪像常见于小型液体形病灶。如肾上腺肿瘤重叠于肝脏内，误诊为肝内占位5 。声像图上表现为一定厚度范围内体层容积中回声信息在厚度方面的叠加。扫描声束愈宽，这种回声信息叠加愈严重。切片厚度伪像在声像图中是比较常见的。410 声速失真伪影一般情况下，超声仪器测量是取人体软组织声速 1540m/s来确定时标。但实际上，人体不同软组织的声速有明显差异。通过低声速结构的回声接收较晚，而通过高声速结构的回声接收较早，这就会给纵向
16、测距带来直接误差。同样，由于不同组织的声速差异，界面上发生折射，又导致横向测距的误差。如角膜、晶体、骨骼等声速较高的一些组织，会导致误测，测量值过小。反之，对于肝内或腹膜后巨大的脂肪瘤，会导致误测，测量值会过大。这些误差使平整的表面在声像图上变的不平整，甚至使小结构不能显示，结果使深部的图像失真5 。总之，影响超声诊断声图像的物理因素很多，而且这些因素之间相互渗透，错综复杂。其中伪像又是影响声像图质量最明显、11最活跃的因素，它的形成偏离了成像的三个物理假定。所以从声波在人体中传播的规律出发，分析成像的物理原理，能够清楚地认识这些因素形成的原因与机理，读释其在声像图中的各种表现，判断其影响因素，才能避免误诊、漏诊，扩大超声的诊断范围，提高超声诊断的水平。参考文献1 包尚联 , 编著 . 现代医学影像物理学. 北京：北京大学出版社，2003，418.2 张泽宝 , 主编 . 医学影像物理学. 北京: 人民卫生出版社, 2000，219.3 美
