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1、超声影像学总论,第三临床学院 超声教研室 陈丽波,各种影像方法均有优势和价值，互相补充 超声影像学以其自身的优势在影像学中占有重要地位。是计算机文明的产物。,超声诊断起源于20世纪40年代初1942年德国医生将A型超声诊断法始用于探测颅脑M型、二维及多普勒超声检查迅速发展，已经成为临床上不可缺少的影像诊断方法。单一-全身 静态-动态 黑白-彩色 定性-定量模拟-全数字化 单参数-多参数 一维-二维-三维优点：便捷、实用、有效、无损伤。特点：实时性、连续性、活体状态、独一无二,超声医学是研究超声波与人体组织相互作用的现象和规律，并以运用于医学为目的的一门交叉学科。涉及物理、生物、医学、电子、计算
2、机、机械、材料等学科。,超声诊断学是超声医学的一部分。是利用人体不同组织类型之间、病理或损伤组织与正常组织之间的声学特性差异，以图像（声像图）、图形、数字、声音等形式予以显示。显示人体器官、组织的断面解剖及病理形态学的改变，并根据这些改变诊断人体疾病。目前已成为一门独立的学科，极大的丰富了临床医学的内容,主要内容,教学内容,1掌握超声诊断的物理原理及超声波的产生。 2掌握超声诊断的显示方式及超声检查技术。 3了解人体组织的声学分型。 4了解超声的临床应用范围。 5了解超声检查的图像方位及图像分析。,一、超声成像的 基本原理及设备,声波：物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中传播、且引起人耳感
3、觉的波动为声波。,20000Hz: 超声波(Ultrasound),超声波的基本概念,超过人耳听阈上限的声波，即大于20 kHz的称超声波（Ultrasond）, 简称超声。临床常用的超声频率在210 MHz之间（超声心动图2.253.5 MHz，经食管超声心动图3.757 MHz，腹部超声35 MHz，外周血管超声710 MHz）。1040 MHz的高频范围用于皮肤成像、超声内镜及血管内超声成像系统。40100 MHz的频率范围用于超声生物显微镜成像系统，主要用于眼前结的微细结构。,超声波的基本概念,超声波的基本物理量：波长 、频率f和声速,超声波的基本概念, f,声波的能量、强度I和阻抗Z
4、：Z = C 固体液体气体,超声波是机械波,超声成像基本原理,超声波的指向性反射、折射与散射衰减与吸收多普勒效应,超声波的频率很高，波长短，在传播过程中沿着发射的方向直线向前传播，有较强的方向性（即良好的指向性），呈束状，所以也称束射性。是超声对人体器官进行定位探查的基础。超声波的方向性取决于声源的直径与波长之比，在相同声源直径的条件下，频率越高，波长越短，方向性越好。,反射：声波在人体组织内按一定方向传播的过程中，遇到不同声阻抗的分界面，即产生反射，大界面对入射声束呈反射现象。可利用超声波的这一特性来显示不同组织界面、轮廓，分辨其相对密度。界面的反射是超声诊断的基础。,反射(reflecti
5、on)当两种介质存在声阻抗差(Z1Z2)，界面径线远大于超声波长发生反射和折射。,介质一,介质二,垂直入射声波的反射与折射,当Z1与Z2相差0.1%时即有回声反射,界面,反射与折射(refraction)折射：在界面两侧的介质中声速不等，且入射角大于0时，则透射声束偏离入射声束的方向传播。,斜行入射声波的反射与折射,interface,Sini C1 Sint C2,=,全反射 如固体或液体与气体之间声阻抗差很大，超声检查遇到气体或含钙组织时，声能几乎全部反射回来。所以超声诊断肺等含气组织较困难。耦合剂的作用：尽量消除探头和皮肤之间的空气对声波传播的影响，增加透声性，使图像更清晰。,散射(Sc
6、attering):小界面对入射声束呈散射现象当超声波在传播时遇到径线远小于波长的微小粒子会发生散射，微粒吸收入射声波能量并成为新的二次声源，向周围立体空间辐射声波，这种现象称为声波的散射。,衍射(Diffraction)或绕射当声波遇到一个径线为 12个波长的障碍物时，声波绕过该障碍物继续传播，这种现象称为衍射或绕射。,衰减（Attenuation）声波在介质中传播时，声能随传播距离增大而减小，这种现象称为声衰减。吸收：即介质的导热性、粘滞性及介质分子之间的内摩擦，使声能转换成热能，超声能量逐渐的减小。不同组织对超声的吸收程度不同，主要与蛋白质和水含量有关。衰减的主要原因：介质的吸收、小界面
7、的散射、大界面的反射和声束的扩散等。,不同组织对超声的吸收程度与蛋白质、钙和水含量有关，蛋白质或钙质成分高，衰减明显；水分高，衰减少。人体组织衰减程度规律：骨质软骨肌腱肾肝脂肪血液尿液、胆汁水超声通过液体几乎无衰减。超声通过致密的骨组织、钙质、结石时明显衰减，其后方回声消失出现声影(acoustic shadows)。,1842年首先由奥地利物理学家多普勒（C.J.Doppler）发现的，故称多普勒效应（Doppler effect）。当声源和接收器之间出现相对运动时，声波的发射频率和接收频率之间将出现差别，这种现象为多普勒效应，这种频率差别为多普勒频移（Doppler frequency s
8、hift，fd）。 （即超声波遇到运动的反射界面时，反射波的频率发生改变。）多普勒方程：fd = fr f0 =2Vcos f0 / c,多普勒效应（Doppler effect）,声源与物体作相对运动时，频率增高。声源与物体作背向运动时，频率减低。根据这一原理，多普勒技术可用于测量血流速度、血流方向和血流性质（层流或湍流）多普勒技术包括频谱多普勒和彩色多普勒成像。,通过各种类型的超声诊断仪，将超声发射到人体内，具有一定频率的超声波在人体中传播过程中，遇到不同组织或器官的分界面时，每层界面由于它们的声阻抗不同而发生不同程度的反射或/和散射形成回声，这些携带不同声学信息的回声信号经过接收、放大和
9、信息处理后，以图像或波形的形式显示于荧光屏上，即为声像图（Ultrasonogram或echogram）。观察分析声像图并结合临床表现可对疾病做出诊断。,生物学效应一定强度的超声波在人体组织中传播时，通过相互作用，如热效应、机械效应和空化效应，可以使组织功能和结构发生变化，称为超声的生物学效应。胚胎和眼部较为敏感。 取决于声强和持续作用时间。,*换能器 *信息处理系统 *显示器,换能器的工作原理：有超声发射器和接收器的功能换能器：压电效应 逆压电效应 电能发射 机械能正压电效应 机械能接收 电能超声诊断仪获得 声像图,A型超声 B型超声 M型超声 D型超声又称为频谱多普勒 彩色多普勒血流显像（
10、CDFI）,超声成像显示方式,A型（A- mode）,A型仪 横坐标代表探测界面的深度 纵坐标代表波幅的高低,回声以波型显示，幅度调制型，一维显示 以波幅的高低代表界面反射信号的强弱：反射 强，波幅高；反射弱，波幅低。 除用在眼科专用机上，目前已基本淘汰。,B型(Brightness mode，B mode ),回声信号的大小变化以图像辉度的变化显示，组织的深度在显示器的垂直方向显示，并在水平方向上加入声束的位移信息，就构成二维切面图像。,以光点亮度代表回声强弱。图像是由若干像点集合而成，像点（或像素）是图像中最小的基本单元。图像中的像素亮度等级称灰阶，一般为64256级灰阶图像中的像素愈多，
11、空间分辨率愈高，灰阶级数愈多对比分辨率愈好。,特点：1.以断层切面图像来直观地显示脏器的形态结构、空间位置、连接关系等2.为二维显示，所以也称二维或切面超声。3.目前使用的B型超声每秒钟可形成2030帧图像，实时动态地显示脏器的结构改变，所以又称实时超声。,M型超声( Motion mode),活动显示法，是沿声束传播方向各层组织位移随时间变化活动曲线是单条声束成像的检查方法，一维显示，但呈辉度调制的显示方式，B型超声的一种变异型横坐标：光点慢扫描时间 纵坐标：被探测结构的深度应用在超声心动图中，就是M型超声心动图。当扫查心脏某一固定位置时，以曲线动态图像显示结构深度和运动情况,M型超声( M
12、otion mode),D型 Dopple超声诊断法利用多普勒效应对血流动力学变化进行检测分析的检查方法即：血流性质、血流方向、血流速度显示方式：频谱多普勒（PW、CW）彩色多普勒血流显像（CDFI）,型（ mode，Doppler mode）,频谱多普勒超声,对运动物体所产生多普勒信号的频谱分布进行分析的检查方法朝向探头流动的血流信号在基线以上 背向探头流动的血流信号在基线以下频谱图：横轴代表时间纵轴代表频移的大小,脉冲多普勒（PW）特点：是具有深度分辨力，对某一点的血流状态进行定量的分析限制：但检测的血流速度受脉冲重复频率（PRF）的限制，当超过1/2PRF，称尼奎斯特频率极限，此时高速血
13、流出现混叠。不能检测高速血流,连续多普勒（CW）特点：能检查声束上一条线的血流变化状态，可检测心脏的高速血流信号限制：没有深度分辨力，不能确定异常血流产生的确切部位可检测高速血流 无深度分辨力,脉冲波多普勒（PW） 连续波多普勒（CW） V = cfd / 2 f0cos 脉冲重复频率 PRFD = c T/2， PRF = 1/TD = c/2PRF,型（mode，Doppler mode）,彩色多普勒血流显像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI）,用自相关处理提取到的多普勒信息,再用伪彩色编码,形成彩色血流图像,叠加到二维声像图上,形成彩色多普勒血流图。,彩色多
14、普勒超声检测血流动力学变化,彩色编码以红、蓝、绿三种颜色显示血流信号，将彩色血流信号叠加在同一层面二维灰阶图像的相应区域内。彩色多普勒血流可以直观显示心脏和血管内的血流分布（方向、速度、性质、范围、有无异常通路等）。是心脏和大血管疾病的重要检查方法。,血流方向 红色表示朝向探头的正向血流 蓝色表示背向探头的负向血流 血流性质 层流为单色血流信号 湍流为多色镶嵌血流信号 血流速度 速度愈快色彩愈明亮 速度愈慢色彩愈黯淡,彩色多普勒超声诊断仪兼有B型、M型、频谱多普勒超声、CDFI等显示功能,二、超声图像特点,人体内器官组织回声强度的一般规律,人体不同组织回声强度顺序：颅骨肌肉肾窦胰腺肝、脾实质肾
15、皮质肾髓质脂肪血液尿液和胆汁水 均质性液体为无回声；有些均质性固体如透明软骨也可以为无回声。 非均质性液体回声增强，如尿液中混有血液。 引起回声增强的原因：均质性液体混入微气泡或合并感染；新鲜的出血、血肿；纤维化、钙化。,人体组织器官声学类型,无回声区echo free area弱回声区 hypoechoic area等回声区 isoechoic area高回声区 hyperechoic area强回声 strong echo透声区 sonolucent,超声图像的描述,常见的伪像声影：超声传播过程中，如遇到强反射或高衰减的组织或病变时（如血管内钙化斑块、气体、骨骼、结石），其后方形成回声减弱甚至接近无回声的平直条状区，称为声影。,常见的伪像后方回声增强：超声传播过程中，如遇到极低衰减的组织或病变时（如膀胱、胆囊、囊肿），其后方回声强度高于周围组织的现象。,三、超声检查技术,检查前准备,为了获得清楚的图像腹部检查-空腹经腹妇产科及盆腔检查-膀胱适当的充盈避免气体干扰,体 位,仰卧位-最常用 侧卧位 俯卧位 半卧位 站立位 耦合剂-探头与皮肤密切接触,各种超声检查方法,常规超声检查包括：二维超声检查 M型超声心动图（心脏检查） 频谱多普勒检查（PW、CW） 彩色多普勒血流显像,组织多普勒成像 彩色多普勒能量图 声学造影 腔内超声 三维超声,超声成像新技术,四、超声图像的解读,
