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1、超声基础理论,医院超声医学科,超声波定义,116Hz为次声，或者称亚声波，低于人耳听阈 162104Hz为声波，即人耳可以听到的声频 2104109Hz（100MHz）为超声波，为超声治疗和诊断所用的频率范围。 1091013Hz称为特超声，尚在研究试用中,超声波定义示意图,人耳听觉范围,超声诊断常用频率,超声可由多种物理能量转变而成，需经过换能器进行转换。 目前最常选用的换能器是压电陶瓷即压电晶体。 压电晶体可具两种可逆的能量转变：,超声的发生,人体内除骨骼外，在所有的软组织中几乎均以纵波的形式传播。 超声传播过程中应了解频率（ f ）、声速（ c ）、波长（ ）之间的关系。 C f ,超声
2、的传播,上方为横波的示意图，波的振动方向与传播方向垂直。 下方为纵波的示意图，波的振动方向与传播方向平行。,频率（f）,由声源（即探头）发生超声时所决定，为一恒定值。 频率越高，分辨力越高，穿透性越弱。 频率越低，分辨力越低，穿透性越强。 心脏（颅脑）探头：2.5MHz，腹部：3.55MHz，浅表： 7.515MHz。,声速（C）,指超声在传播物体（介质）中的速度。 在同一介质中，声速固定不变，它不随频率的改变而改变。 在软组织中的平均声速为1540m/s，在骨骼内，声速约为软组织中的2.5倍。,人体正常组织的声速、衰减系数、声阻抗,波长,在同一介质中，由于声速固定，频率与波长成反比。 在不同
3、介质中，如频率固定，声速与波长成正比。 C f ， C/ f 软组织的声速1500m/s， 软组织的波长1.5/f,声场,近场区声强分布不均，声束宽度接近，且平行。 远场区声强分布均匀，但声束开始扩张。 近场 lD2/4。D：声源直径； ：波长。,空间分辨力,轴向分辨力：与超声传播方向平行，其取决于激励电脉冲的长度和探头的阻尼程度。 侧向分辨力：与超声传播方向垂直，其取决于声束的宽度。 横向分辨力：与超声传播方向垂直，其取决于声束的高度。,A,B,C,超声与生物组织间的相互作用,声阻抗与界面 反射和透射 折射与全反射 散射 绕射 干涉 衰减 动目标回声频移（Doppler）,声阻抗（Z）与界面
4、,ZC ：介质密度。 C：声速。 界面：可分为两种。 大界面：大于声束直径。 小界面：小于声束直径。,Z1,Z2,界面,反射和透射,入射声遇到大界面时发生反射和透射。 反射系数（R）： RZ2-Z1/ Z2+Z1 透射系数（T）： T1R,7.8-1.6/7.8+1.6=66%,颅骨声阻抗：7.8 脑组织声阻抗：1.6,折射与全反射,折射：穿过大界面的透射声偏离入射声束的方向而传播。它是由于两种介质内声速的不同造成的。 全反射：当C2 C1， 2 1当入射角1超过临界角，折射声束会重新进入第一介质内。,1,2,C1,C2,散射,入射声波遇到小界面时，发生散射。 散射变平面波为球面波。 散射回声
5、强度比镜面反射回声强度低。,声束宽,小界面,绕射,绕射：声束传播过程中在界面的边缘经过，当它们之间的距离小于12个波长，声束偏向被转向至该一界面。 声束在散射体小界面附近经过时，一样存在绕射现象。,干涉,反射回声与入射回声在空间相遇，可因相位相同而叠加增加，亦可因相位相反而相互抵消。 左图：入射回声与反射回声相位相反而相互抵消。,入射波,反射波,衰减,衰减为反射、散射和吸收（声能转变成热能）三者的总和。 不同组织的声衰减程度不同。 同一组织中，衰减又随频率的升高而升高。,人体正常组织的声速、衰减系数、声阻抗,Doppler效应,动目标的回声频移现象即为超声Doppler效应。 目标移向探头，F
6、d为正值；目标背向探头，Fd为负值。 Fd2V.cos.F0/C,F0,F0Fd,超声对生物组织的作用,对无创性的理解： SPTAI的概念： 美国超声协会规定了人体使用的安全剂量为SPTAI100mw/cm2。 即使在安全剂量内，亦可产生不良效应。,超声成像原理及分类,A型超声,单声束成像。 X轴从左到右代表被测界面的深度。 Y轴下向上代表回声振幅的高低。,B型超声,B型超声声像图为一幅从体表至深部的切面图形。,按声束扫查方式可分为：弧扫、扇扫、 线扫、径向圆周扫查和复合扫查。,超声成像实现的方法,手动式：如复合B型扫查法。 机扫式：可用于扇扫、线扫、径向圆周扫、及复合扫查。 电子扫查式：使用
7、多晶片及编码发射、接受技术，尚需加入电子聚焦及其他技术。,超声成像的一些基本概念,实时成像和静态成像 放大器的动态范围 声束聚焦 TGC调节 数字扫描转换（DSC） 后处理 灰阶显示 校正,声束聚焦,单晶片声束聚焦采用凹型晶片或声透镜。 多晶片声束聚焦采用两套装置，探头短轴用声透镜，提高横向分辨力；而长轴用电子分段聚焦。,TGC调节,时间增益补偿：系统从总的衰减角度考虑，以时间（即深度）函数予以补偿。 优点： 缺点：,图形伪差,大多与超声的物理特性有关，一小部分与仪器性能及调节有关。 主要有：回声失落、边缘折射（全反射）声影、绕射声影抵消、混响效应、镜像伪差、旁瓣效应、部分容积效应。 分述如下
8、：,回声失落,大界面回声反射具角度依赖。 在界面与声束间角度过小或接近平行时，回声不能返回至声源的发射区（即探头）。,边缘折射（全反射）声影,声束通过声速差别较大的介质所形成的界面后形成折射或全反射，致使在这段界面的下方出现一个声束无法进入的“失照明”区，而产生假性声影。,绕射声影抵消,绕射使声束途径往界面的一方偏向。 当遇到较小尺寸的界面，因其左右两侧声束均向小界面的后方偏向，产生声影消除效应。 例如：在声像图上，小结石的后方往往不伴有后方声影。,混响效应,产生条件：镜面型大界面如界面两侧声阻抗差别较大，而第一介质的衰减较小或厚度较小。 例如：浅部的囊肿，充盈尿液的膀胱。 表现：界面上方各层
9、组织结构倒影入液性无回声区中。,镜像伪差,产生条件：较深大界面旁的病灶。 例如：横膈旁的肝脏占位灶。 表现：在横膈的对侧出现一个对称性的相似病灶。,镜像伪差,镜像伪差,旁瓣效应,产生原理：声源发生主瓣之外，还存在数对旁瓣，其产生的声像图与重叠于主瓣声像图上。 表现：充盈的膀胱底部有时会出现薄纱状虚影。,旁瓣效应,部分容积效应,声束的本身具有一定的厚度，尤其是非聚焦区的声束。 当一小囊肿的直径小于声束厚度，囊肿外组织的回声会在成像时被压缩进囊肿内。 表现为：应表现为暗区的小囊肿内，有低回声的细小光点。,余振效应,超声探头的匹配,超声诊断基础,形态学诊断 生理学诊断 介入性超声 谱分析 其它：例如
10、组织特征分析,形态学诊断,脏器外形及大小、柔软度或可动度 病灶边缘回声 邻近组织结构 病灶结构组织 衰减变化 远处脏器结构的影响,病因学诊断,炎症：急、慢性炎症 积液：单纯性积液、积液继发感染 肿瘤：良、恶性肿瘤的鉴别 纤维化：主要表现为肝脏的弥漫性病变 结石或钙化： 气体：例如肝内胆管积气、胃肠道穿孔后的膈下积气,良恶性肿瘤的鉴别,纤维腺瘤,浸润性导管癌,介入性超声,用于肝、肾、淋巴结、乳腺、前列腺等的超声引导穿刺。 经食管、直肠、阴道的腔内超声检查。 现亦有经尿道的微型超声探头，可通过输尿管直达肾盂。,频谱分析,灰阶直方图分析 Doppler频谱分析,组织特征分析,术中、腹部、脑外科术中探头,经阴道、经食管探头,经直肠探头,穿刺探头,超声新技术,最早期的灰阶声像图,谐波,基波：振幅最大，频率最低,谐波,产生原因：声波在组织内非线性传播特性,谐波的强度随深度变化非线性,谐波能量与基波能量呈非线性关系,谐波成像,Harmonic,Normal,AVM术中超声造影,三维成像,三维成像-兔唇的声像图表现,修补术后,乳腺疾病的诊断和治疗。 神经外科术中应用，现正向神经内科脑血管疾病（TCCD）发展。 神经、肌腱疾病和损伤的超声诊断。,
