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1、超声成像原理与临床应用,浙江大学医学院附属第一医院,超声医学(Ultrasonic medicine),超声医学是声学、医学和电子工程技术相结合的一门学科，是研究超声对人体的作用和反作用规律并加以利用，达到诊断、保健和治疗等目的的学科。包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程。 超声诊断学(Ultrasound diagnostics)研究和应用超声的物理物性，以某种方式扫查人体、诊断疾病的科学称为超声诊断学超声显像法：Ultrasonograph, Ultrasonogram声像图：Sonograph, Sonogram超声心动图：Echocardiography,超声波(Ultraso
2、und),人耳听觉范围的声波频率是16 20000Hz，超过20000Hz的声振动即为超声波，目前用于诊断的频率一般为210兆赫(MHz) ，目前有些血管腔内探头的频率甚至可高达20MHz或更高。 超声诊断使用的频率范围：220MHz(兆赫)1MHz=1x106 Hz,超声的发生和接收,逆压电效应(发生) 在交变电场的作用导致压电晶体厚度的交替改变从而产生声振动，即由电能转变为声能。 正压电效应(接收) 由声波的压力变化使压电晶体两端的电极随声波的压缩(正压)与弛张(负压)发生负电位交替变化。,超声波的发生借助于高频振荡脉冲加在压电晶体上利用逆压电效应使发生机械化的体积胀缩，推动周围介质使之振
3、动，形成疏密波。 由于输入之电振荡频率在115MHZ之间， 故产生115MHZ之Ultrasound；当U在介质传递时，遇有声阻不同之介面即发生反射。这些反射回来的反射波是一种疏密相间的有规律的机械振动，当作用于压电晶体时，由于正压电效应，使晶体两侧产生异种电荷。 把这个高频变化的电位差经仪器接收线路放大后，显示在Monitor上，这就是我们今天所见的各种图像。 目前都是Digital Imaging.,超声的三个最基本的参数,超声的三个最基本的参数（频率f，波长,声速C） ACOUSTIC WAVE EQUATION,振动质点在媒质（空气丶水丶固体）内传播产生周期性疏密波称声波, 波的传播方
4、向与质点振动方向一致的,称为纵波传播方向和振动方向相互垂直的称横波 声波是纵波,声振动传播有赖于媒质,真空中不能传播. 而光波是电磁波丶可以在真空中传播 声振动的频率f（振动数/秒）是振动源的特性,声波在人体组织内传播速度C由传播媒质特性决定.周期性振动在媒体内空间距离上呈波浪形传播,相邻同状态间的最短距离称波长,超声波与人体组织的相互作用,选用超声作为医学诊断的信息载体,首先由于人体组织能作为超声波的传播媒质,其次因为声波和组织能相互作用,作用的后果引起声波特性的某些改变,其方式多种多样,例如频率的改变（Doppler效应）丶方向的改变（反射丶折射丶散射丶衍射）丶能量（强度）的改变（衰减）,
5、这些变化都携带组织结构信息或功能信息,相互作用也能产生治疗效果,或引起损伤.不论诊断或治疗还必须考虑安全阈值和剂量问题,波长与分辨力的关系,被人体组织调制过的超声载体所携带的信息,以像素为单位组合成图像, 像素是图像最基本的单位.像素内部己不可能进一步分解. 像素的直径成为图像显示细节的极限称为分辨率.任何一幅图像是由无数像素组成的,如把这个像素放大都是相似的明暗相间同心圆丶也叫衍射斑（或称弥散园）.衍射斑的直径不能无限小，有一定极限. 即最小分辨距大约是超声波长的一半（/2） 分辨距越小丶分辨率（力）越高,图像能显示的细节更小 为什么医用诊断仪的下限频率一般大于3M（兆/百万）,原因就在2f
6、d,否则会导致信号混叠,测出的信号不准,如被测物体运动速度较高fd 值较大,则测速时PRF也要相应提高,釆用HPRF技术.能自动识别返回脉冲的序列,不需等待前一脉冲返回后再发新脉冲.一面发射丶一面接收,提高了采样频率,尽可能满足取样定律PRF2fd 的要求。,彩色多普勒血流图CDFI,CDFI是重叠在B超图像上的血流状态图,以红绿色分别表示血流方向丶色调表示血流速度大小,混杂色表示湍流，只是定性地显示血流状态，如要定量显示某点的血流定量值、还需要同步显示频谱图.图上有Doppler声束径跡,取样位置以及cos调节标志.以便在血流方向与声速方向不一致时按下式进行Cos校正,Doppler超声测速
7、的深度极限Dmax与速度极限Vmax,Doppler声谱图与频谱分析,声谱图也叫频谱图,Y轴是频移fd,显示该时刻多普勒回波中的频率成份.位置上下表示频移大小,相当于速度大小,X轴是时间t的展开.灰度深浅显示该谐波的相对强度.信号频率成份的分析通常有FFT法和自相关法 频谱分析是血流速分析的关键技术。 Doppler血流速图实际是Doppler频移的时序图.因为频移fd 与物体运动速度v直接相关,可换算为流速时序图.回波信号中可能存在多个质点的运动速度,需要分开,就要利用频谱分析技术。,超声诊断的种类,1A型诊断法 Amplitude Mode 根据回声波幅的高低、多少反映界面二边介质的声阻抗
8、差异大小。,2B型诊断法 Brightness Mode,将回波用辉度调制显示，为二维图像，根据光点亮暗分为 256 级灰阶，是使用最广泛最音遍的超声诊断法。 用于心脏检查的称为二维超声心动图 Two-dimensional Echocardiography或切面超声心动图 Cross Sectional Echocardiography,3.M型超声心动图 Motion Mode,即超声心动图(Ultrasonic Cardiogram, UCG or Echocardiography)心脏回声光点沿时间展开的曲线图 （Time-Position Recording ）。,4D型诊断法 Do
9、ppler,即多普勒频移诊断法，可显示血流方向、速度等，可分为： 脉冲波多普勒Pulsed Wave Doppler , PWD 连续波多普勒 Continuous Wave Doppler , CWD 彩色多普勒血流显像 Color Doppler Flow Imaging , CDFI 将血流信号进行计算机伪彩色编码，对向探头的血流显示红色，背向探头的血流显示兰色，异常血流如心内分流、返流或狭窄血流显示五彩镶嵌的色彩 (Mosaic Pattern)。在诊断心血管病变中起到重大作用，被誉为无创性心血管造影。,1842年Christian Joham Doppler观察天体时发现 （1） PWD：音频输出，视频输出。可以取样，不能定量 （2） CWD：与上相反 （3）Color Doppler：对分流、返流及狭窄血流等作出诊断。,
