超声诊断物理基础课件

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1、2018/10/24,1,US,安徽中医学院第一附属医院超声科伍宏兵,超 声 诊 断 学,2018/10/24,2,概论 影像诊断,五大影像技术：,X线,超声诊断（US）,电子计算机体层扫描（CT）,磁共振成像（MRI）,放射性核素扫描（SPECT、PET）,2018/10/24,3,概论 影像诊断,超声诊断现代医学影像诊断技术之一,CT,US,MRI,PET,2018/10/24,4,超声诊断定义,超声诊断是利用超声波的物理特性来探查人体组织器官以获取组织器官的大小形态、内部结构、比邻关系以及部分器官的生理功能等信息来诊断疾病。,2018/10/24,5,超声诊断的优势,1、能够提供高清晰的

2、实时动态图像，直观性强。它既能显示内脏器官的断面解剖结构图，又能反映心脏和血管系统、消化系统、泌尿系统及宫内胎儿等的许多重要生理功能。,2018/10/24,6,超声诊断的优势,2、彩色多普勒的问世作为超声发展史的一个里程碑，被誉为“无创性心血管造影技术”，对心血管疾病的诊断起了重要作用。,2018/10/24,7,2018/10/24,8,2018/10/24,9,超声诊断缺点及不足,1、图像不如CT、MRI清晰。 2、超声穿透力差，易受气体、肥胖等因素影响。3、操作手法技巧以及识别图像的能力，个体差异 较大。4、临床医师不易独立阅读超声图片。,2018/10/24,10,一 声波的定义(d

3、efinition),声源：声带、鼓面媒介：空气、人体组织接收器：鼓膜、换能器分类：纵波、横波,物体的机械性振动在媒介中传播,且引起人耳感觉的波动为声波，声波的频率范围为：2020000Hz；凡振动的频率20000Hz、人耳不能分辨的的声波就叫超声波。超声波在媒介中以纵波的形式传导。,第一章 超声诊断的物理基础,2018/10/24,11,频率(frequency),定义：声源每秒钟振动的次数为频率(f),单位为赫兹（Hz）。,20Hz：次声波2020000Hz：可闻波20000Hz：超声波医学常用为：210MHz,第1章 超声的物理基础,超声的频率越高，分辨率越好，穿透率越差。临床可根据不同

4、的需要配置不同频率的探头。,2018/10/24,12,声速(sound velocity),定义：指声波在传播媒介中每秒传播的距离，用c表示。,相同频率的超声波在不同的介质中声速有所差别，人体软组织中速度总体差异约5。人体组织据声波传播速度可分类：软组织约1540m/s；气体约350m/s；骨骼：约3852m/s；医用以软组织的平均声速。,t 组织厚度= 2 可通过声速测量软组织的厚度,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,13,波长(wavelength),定义：声波在完成一次完全振动所传播的距离为波长，以表示。,超声在同一介质中传播时，由于声速已确定不变，频率与波长间的关系为：频

5、率愈高则波长愈短；频率愈低则波长愈长，两者间呈反比。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,14,二 超声诊断物理基础,超声波的主要特性有以下几个：方向性、反射与折射、衍射、散射衰减、多普勒效应、,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,15,1、方向性,由于超声波的频率高、波长短，因而在传播时能定向成束传导，具有很好的方向性，称为超声束。在超声诊断中正是根据超声波的方向性来探查声束传导方向上的组织或器官。超声波虽然具有束射性，但随着传播距离的增加，声束向四周扩散，形成扩散角。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,16,2、反射与折射,第1章 超声的物理基础,声阻抗(a

6、coustic impedance),定义：介质对声波传播的阻碍作用叫声阻抗，它等于介质中的密度与该介质中的声速C的乘积，以Z表示。,意义：反映了介质中的密度与弹性。是介质传播超声波能力的重要物理量。,Z=c 单位为Kgm2s,超声波在介质中传播与介质的声阻抗密切相关。,当超声传经两种声阻抗不同的相临介质的界面时，其声阻抗差大于0.1%时，既可产生反射。,2018/10/24,17,2、反射与折射,超声波在传播过程中遇到两种不同介质构成的界面时，由于前后两种介质的声阻抗不同，部分声束会折返回来，产生反射。而部分声束可穿过界面继续向前传播，称为透射，透射的角度发生改变时则为折射。,界面：两个介质

7、的分界面,声阻差：两个介质声阻抗的差值,入射角：声波入射到界面的角度,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,18,反射(reflection),两种介质的声阻抗只要相差0.1%,便产生反射,声阻差越大,反射越强烈，透射越弱；声阻差越小则反之。反射时遵循反射定律。,RI与界面两边介质的声阻抗Z1和Z2的关系公式如左：,结论：超声波在界面上反射的大小取决于界面两边介质的声阻差及超声波的入射角。,当Z1Z2时，无反射均质性物体 当Z1Z2，有反射不均质性物体 如Z1Z2或Z1Z2时，全反射气体利用反射，提取信息，进行诊断 皮肤与空气声阻差大，用耦合剂 不适肺、肠、骨等组织器官检查,第1章 超

8、声的物理基础,2018/10/24,19,折射(refraction）,当声波从一种介质向另一种介质入射时，声波经过这两种介质的分界面后出现折射。当折射角为90时的入射角称为临界角，当入射角超过临界角时，相应的折射波消失，出现全反射。作超声检查时，需尽可能将声束垂直于界面，否则将会引起：,侧方声影误诊； 错位影响穿刺； 全反射无法检查。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,20,衍射(diffraction),定义：当障碍物的直径等于或小于2，超声波将绕过该障碍物 而继续前进，这种现象称为衍射。,超声波波长越短，能发现障碍物越小。这种发现最小障碍物的能力，称为显现力。,第1章 超声的

9、物理基础,2018/10/24,21,散射(scattering),定义：超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物(或一组小障碍物形式)时，则声波将使其成为新的声源，使得声波能量向四面八方发射，这种现 象称为声波的散射。,红细胞是一种散射体，声束内红细胞数量越多，背向散射强度就越大。 血流中的红细胞是多普勒超声检测血流的基础。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,22,3、吸收、衰减(attenuation),定义：当声波在弹性介质中传播时,因介质本身的粘滞性、导热性等多种因素使声能转变成其他形式的能，使声能减少，这种现象称为吸收。声波随传播距离增加而减少的现象称超声波的衰减,人体组织

10、中衰减程度的一般规律为：骨(或者钙化)肌腱(或软骨)肝脏脂肪血液尿液(或胆汁)组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,23,衰减(attenuation),为了使深部回声信息清晰，在诊断中要使用STC或TGC调节，补偿声能的衰减。,影响因素： 吸收：组织特性使声能转换 反射：反射使得能量减弱 散射：散射使得能量减弱 频率：衰减与频率四次方呈正比 声束扩散：单位面积内的能量减少,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,24,4、多普勒效应(Doppler effect),定义:当声源与被探测物体之间存在相对运动时，则反射的频率不同于发射的频率

11、，这种现象称为多普勒效应。界面向声源移近时，反射频率增高，界面远离声源者反射频率减低，反射频率与发射频率的差值叫频移。频移绝对值的大小与相对运动的速度成正比，频移值的正负决定了运动的方向，由频移值的变化则可了解到界面的活动情况。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,25,多普勒效应(Doppler effect),在超声医学诊断中，超声多普勒技术可用于检测心血管内的血流方向、流速和湍流程度、横膈的活动以及胎儿的呼吸等。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,26,多普勒效应(Doppler effect),当血流流向换能器时，频移为正值(接收频率高于发射频率)；当血流背离换能

12、器时，频移为负值。当角为2时，fd0。,频谱多普勒超声仪上常将正频移设为正向波，负频移为负向波；而彩色多普勒则将正频移设为红色，负频移为蓝色。超声仪将频移转换成速度的公式如下：,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,27,正常人体组织和器官是一个复杂的介质，由于各种组织的声学特性不同，其声阻差也不一样，当组织、器官发生病变时可使组织失去应有的反射规律，但按其声学特性可分为以下四种，即无反射型、少反射型、多反射型、全反射型。,三 人体组织的声学类型,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,28,无反射型（无回声echoless ）：,液体为人体最均质的介质，超声波通过时无声阻差，显

13、示呈液性暗区回声，如血液、胆汁、尿液，羊水，病理状态下的胸水、腹水、卵巢囊肿等。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,29,少反射型（低回声Low level echo ）：,实质性器官虽较均匀，但其纤维支架与组织间的声阻抗略有不同，超声波通过时出现稀疏的微小光点回声,随着灵敏度增大，回声数量相应增多，如肝、脾、子宫等。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,30,多反射型（强回声High level echo ）：,结构复杂的组织器官或脏器发生病变时失去它原有的声学特性，表现为多反射，如乳房、葡萄胎、肝癌、畸胎瘤等。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,31,全反

14、射型（极强回声Strong echo ）,软组织与气体或骨骼之间声阻抗差相差3000多倍，超声通过此界面时99.9%反射回来，形成全反射，即超声无法通过软组织与气体之间的界面。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,32,（一） 超声波的发射与接受,四、超声诊断的基本原理,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,33,1、压电效应与压电材料,对某些非对称性结晶材料在一定方向上加压或拉伸时，其表面将会出现正负的电荷，反之,将这种晶体置于交变电场中，则晶体的厚薄出现剧烈变化，这种压力与电荷之间相互转换的现象称为压电效应。,具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚

15、合物和复合材料等。,第1章 超声的物理基础,晶体在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量正负电荷。,2018/10/24,34,2、逆电效应与超声波的发生,定义：在交变电场（电能）的作用下，晶体将产生剧烈的收缩膨胀，产生振动（机械能） ，称之为逆压电效应。,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,35,超声换能器(探头)由压电晶体构成具有:机械能(声能) 电能声能 电能 正压电效应电能 声能 逆压电效应,2018/10/24,36,3、超声波的发生,诊断用的超声波，是将高频交流电压信号加在压电晶体上，利用逆压电效应，使晶体片发生机械性的体积膨胀与压缩，推动周围介

16、质使之振动，形成疏密波，即超声波。 逆压电效应,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,37,超声波的接收,当超声波在介质中传播时遇到声阻不同的界面产生反射 反射波形成机械振动 作用于压电晶体表面晶体片两侧产生正负电荷 换能器把这个电荷转换成相应的脉冲信号仪器接收、处理、放大后显示在示波屏上。 正压电效应,第1章 超声的物理基础,2018/10/24,38,任何一台超声仪都由主机及探头组成。主机：完成电信号的发生、回收、放大、 运算、处理和显示等功能。探头：又称换能器，能将电信号转换成超 声波发射出去，又可将回波转换成电信号，它兼有发射和接收超声波 的双重功能。 根据仪器的显示类型，将超声诊断仪分为以下几种：A型超声 M型超声 B型超声 D型超声,