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1、超声医学总论,海南医学院超声教研室 黄利,超声医学(Ultrasonic medicine) 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,第一章 超声医学基础,6th Generation5th Generation4th Generation3rd Generation2nd Generation 1st Generation,超声医
2、学发展史,1950 1960 1970 1980 1990 1998,4D,A-mode,Static 3D,Digital,B-mode,Real-time B-mode,CFM,HISTORY OF ULTRASOUND,1D,2D,3D,4D,A超 （Amplitude）,B超 （Brightness）,三维超声 (3-dimensional ),超声影像技术迅猛发展,四维超声 (4-dimensional ),第一节 超声的物理原理,一、声波的定义：物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中的传播现象称为波动，而引起人类的听觉器官有声音感觉的波动则称为声波，频率16-20000 Hert
3、z 。 超声波（Ultrasound）: 超过人耳听阈上限值20000赫兹（Hertz）的声波. 临床诊断常用的频率范围210兆赫兹（MHz）,声波分类,横波：指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波。 除骨路、肺外人体组织均以纵波传播,声波的定义及分类,纵波：指介质中的质点都沿着传播方向运动的波。在纵波通过的区域内，介质的各点发生周期性的疏密变化，因此纵波是胀缩波，目前医用超声的研究和应用主要是纵波传播方式。优点：方向性强,超声检查成像原理,超声检查（ultrasonic examination）是指运用超声波原理，对人体软组织的物理特性、形态结构与某些功能状态作出判断的非创伤性检查方法。超声
4、波的波长极短，具有与光波十分相似的直线传播特性。医用超声频率范围：215MHz。,超声基础,基本物理量,超声波有三个基本物理量，即频率（f）、波长（），声速（c），它们的关系是：cf，或c/f。 频率为单位时间内质点振动的次数，一般以每秒振动次数表示，以Hz为单位，每秒振动一次为1Hz。 声速为单位时间波动传播的距离，常用单位为m/s。 人体软组织平均声速为：1540m/s，或近似于是1500m/s。 波长为两个相邻振动波峰间的距离，常用单位为m。,基本物理量,传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同，相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同。人体软组
5、织中超声波速度总体差异约为5，目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1541m/s，通过该速度可测量软组织的厚度。,第二节 超声波物 理 特 性1、方向性和穿透性 直线传播，作用：测距、测厚2、反射与折射 在两种密度不同的组织分界面可产生反射和折射3、分辨力 超声波发现目标大小的显示能力4、穿透力 超声波穿透介质最大厚度的能力5、吸收和衰减 声能在弹性介质中传播会逐渐减弱,物 理 特 性1.方向性：直线传播呈束状,物 理 特 性,2. 反射、透射、折射、散射现象、衍射 （遵守光学Snell定律） 超声波遇到两种阻抗不同（密度不同）组织构成的大界面时会产生界面反射和折射条件：二者介质的声阻抗
6、差别0.1声阻抗：声阻抗=介质密度声波速度,声波的特性反射（reflection）,超声波在传播过程中，遇到两种介质所形成的界面，如介质间具有足够的特性阻抗差(0.1%)，而界面又大于超声波的波长，即可发生反射。反射声能的大小，则取决于特性阻抗差别的大小。,声波的特性折射（refraction）,折射（refraction） 当分界面两边的声速不同时，超声波透入第二种介质后，其传播方向将发生改变即折射。声波从一种小声速介质向大声速介质入射时，声波经过这两种介质的分界面后出现折射波的折射角大于入射角。,声波的物理现象散射（scattering）,散射（scattering） 若界面明显小于超声波
7、波长，则声波向物体的四面八方辐射，产生散射。散射是多向性的，朝向探头者称为背向散射，可被探头接收。红细胞的直径比超声波要小得多，是一种散射体。红细胞的背向散射是多普勒超声诊断的基础。,声波的特性衍射,衍射：当障碍物的直径接近或小于，超声波将绕过该障碍物而继续前进，反射很少，这种现象称为衍射或绕射。,3、超声的分辨力,分辨力 显现力越强，所能发现的目标就越小1）纵向分辨力：能分辨与声束平行的上下两点之间最小距离的能力2）横向分辨力：能分辩与声束垂直的左右两点之间最小距离的能力,4、超声的穿透力,依据公式= c/f： 频率（ f ）与波长（ ）成反比频率越高波长越短分辨力越强穿透力越差频率越低波长
8、越长分辨力越低穿透力越强穿透力的强弱取决于是否容易在较小物体（小分界面）上产生反射而使大部分声能被反射掉,5、吸收和衰减,吸收和衰减超声波在弹性介质中传播时，由于“内摩擦”或粘滞性的原因，声能会逐渐减弱声能吸收量的大小与超声波的频率、介质的导热性，温度距离等因素有关,入射波,反射波,透射波,折射波,直至声能耗竭,第二章 超声诊断仪器及技术,利用超声的物理特性和人体器官组织声学性质上的差异以波形、曲线或图像的形式显示和记录来进行疾病诊断的检查方法。,第一节 超声诊断仪的组成部分,超声诊断仪由超声换能器（探头）部分、基本电路（包括计算机信号处理）部分、显示部分组成。超声换能器是发生超声波和接收超声
9、回波的仪器。在医用超声仪中，超声换能器被称为探头。,一、探头的类型,1、 按工作原理可分为以下两大类：脉冲回声式探头和多普勒式探头。前者由同一晶片兼作发射和接受两种功能，按结构可分为单探头、机械探头和电子探头。目前的超声诊断采用的探头，大多既是B超探头又是多普勒探头。 2、按用途分为： A、 电子凸阵探头腹部妇产 B、电子线阵探头-浅表组织器官 C、电子扇形探头-心脏 D、腔内探头-经食道、经直肠、经阴道。,超声探头（换能器） 是电声换能器，由压电晶体构成 完成超声的发生和回声的接收,由超声诊断仪不断向人体组织器官发射超声波,同时接收在体内传播时被组织界面反射回来的超声 回声,压电晶体逆压电效
10、应发出超声波,压电晶体正压电效应接收超声波,线阵型探头,构成：由几十乃至上千个阵元沿一直线排列组合。 原理：由相邻的812个阵元构成的阵元组依一定顺序工作，用电子开关轮番地接通，形成线性扫描。 评估：近场视野大，易受肋骨、气体影响。,凸阵型探头,构成：阵元的窄条振子被均匀分布在凸形圆弧上；原理：同线阵，只是其波束是作扇形扫描；评估：能避开胸骨和肋骨遮挡，无噪音，可替代机械扇扫探头。,第二节超声诊断仪的类型 及超声显示方式,1、脉冲回声法： A超（Amplitude mode ultrasonograph-振幅调制型） B超（Brightness mode ultrasonograph-辉度调制
11、型） M超（Motion mode ultrasonograph-活动显示型）,2、差频回声法 D超（Doppler mode ultrasonograph- -分为频普多普勒显示及彩色多普勒显示） 3、三维超声（3D mode ultrasonograph-）,一、A超(一维),以探头接收到的超声脉冲信号的幅度为纵坐标，而以超声脉冲的传播时间为横坐标的一种显示方式。,型超声适用于简单解剖结构的检查、线度测量，如脑中线检查、眼科检查。,二、B超（二维）,显示的局部亮度代表回波的幅度的回波信息表示方法。,在显示屏上，以探头阵元的位置为横坐标，以超声的传播时间纵坐标，并以回波幅度调制辉度，可得到探
12、头扫查平面内的图象。,三、M超（一二维组合）,将沿声束方向各反射点位移随时间变化而显示，是一种以亮点亮度来表示反射声信号强弱的仪器。,将回波强度用辉度调制，代表深度的时基线加到垂直偏转板上，在水平偏转板上加一慢变化的时间扫描电压，使深度的时基线以慢速沿方向移动，故摆动的目标显示为一条水平亮迹。,四、D型超声诊断法（多普勒超声诊断法 Doppler mode）,1、 彩色多普勒血流成像（Color Doppler Flow Imaging） 彩色多普勒血流诊断设备主要由脉冲多普勒系统、自相关器和彩色编码及显示器等组成，其图像输出方式是应用伪彩色编码技术，编码从自相关技术所获得的血流信息转变成可视
13、影像来显示血流影像。伪彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，不同方向、速度、性质的血流以不同的颜色表示。,D型超声诊断法（多普勒超声诊断法 Doppler mode）,2、血流定量测定 多普勒频谱技术为在生理条件下进行血流定量的无创伤研究提供了有效手段。临床上应用该技术可以测定血流速度（包括：瞬时速度、峰值速度、平均速度、主频速度）、压力阶差及血流流量（包括：静脉血流量、动脉血流量）。,频谱多普勒： 正频移为正向波，负频移为负向波。,多普勒效应,彩色多普勒: 正频移设为红色， 负频移设为蓝色。,5、三维超声,2D,3D,胎儿颜面部三维,第三章 人体超声成像医学基础,第一节人体组织结构特点
14、 软组织：脂肪纤维组织 软骨、骨 实性脏器、空腔脏器。,第二节 声像图中人体组织的回声强度顺序,肾中央区（肾窦）胰腺肝、脾实质肾皮质肾髓质（肾锥体）血液胆汁和尿液； 正常肺（胸膜肺）、软组织骨骼界面的回声最强，软骨回声很低，甚至接近于无回声； 病理组织中，结石、钙化最强；纤维化次之；典型的淋巴瘤回声最低，甚至接近无回声。,第三节 超声伪像 1、混响,混响（reverberations） 超声垂直入射声阻抗差大的平整界面时，在界面与探头之间多次反射所形成的伪像。例如膀胱等表浅部位常出现回声延续的假性回声，可以通过侧动探头角度来鉴别。在组织内部两个界面之间的多次反射所形成的伪像是多次内部混响，例如
15、胃肠道内的振铃状伪像。,混响 无混响,超声伪像2、声影,声影（acoustic shadowing） 当声束遇到强反射（如含气肺）或声衰减程度很高的物质（如瘢痕、结石、钙化等），声束完全被阻挡时，在其后方出现条带状无回声区即声影。,超声伪像4、旁瓣伪像,旁瓣伪像 (side lobe artifact) 在遇到强反射界面时，旁瓣回声能产生重影或虚影，常出现在液性暗区中，例如在胆囊或膀胱中的结石强回声两侧呈现的“狗耳”样图像。,旁瓣伪像,超声伪像3、镜面伪像,镜面伪像（mirror artifacts）遇到深部的镜面，即声阻抗差异较大的平整大界面时，在近侧的结构同时在图像的该界面另一侧出现的伪像
16、。,镜面伪像,超声伪像5、后方回声增强,后方回声增强（enhancement of behind echo） 前方的组织声衰减明显比两旁小时，其后方回声明显强于同深度的周围组织的伪像。例如，囊肿等液性结构的后方回声增强，而且内收，呈蝌蚪尾征（tadpole tail sign）。临床上可以借此伪像鉴别液性与实质性。,后方回声增强,超声伪像6、部分容积效应,部分容积效应（partial volme effect）由于声束宽度引起周围组织重叠的伪像，也称为切层厚度伪像，如小的囊肿呈低回声，误诊为实性结节，CT更常见。,部分容积效应,无,有,第四章 超声多谱勒血流成像技术,第一节多普勒效应 1842年奥地利物理学家Cristian Johann Doppler 首先观察到来自星球的光色变化： 发现星球与地球对向运动时，光波频率升高，向光谱的紫色端移动， 当背向运动时则光波频率降低，向光谱的红色端移动 产生“红移”现象,
