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1、超声诊断学基础,总 论 滕州市中心人民医院彩超室 王磊,几个常见概念,超声医学（ultrasonic medicine）是利用超声波的物理特性与人体器官、组织的声学特性相互作用后得到诊断或治疗效果的一门学科。 超声诊断学（ultrasonic diagnostics）是向人体发射超声，并利用其在人体器官、组织中传播过程中，由于声的透射、反射、折射、衍射、衰减、吸收而产生各种信息，将其接收、放大和信息处理形成波型、曲线、图像或频谱，籍此进行疾病诊断的方法学。 超声治疗学（ultrasonic therapeutics） ：是利用超声波的能量（热学机制、机械机制、空化机制等），作用于人体器官、组织
2、的病变部位，以达到治疗疾病和促进机体康复的目的方法学,超声诊断的发展历史,超声治疗（ultrasonic therapy）的应用早于超声诊断，1922年德国就有了首例超声治疗机的发明专利，超声诊断到1942年才有德国Dussik应用于脑肿瘤诊断的报告。但超声诊断发展较快，20世纪50年代国内外采用A型超声仪，以及继之问世的B型超声仪开展了广泛的临床应用，至20世纪70年代中下期灰阶实时（grey scale real time）超声的出现，获得了解剖结构层次清晰的人体组织器官的断层声像图，并能动态显示心脏、大血管等许多器官的动态图像，是超声诊断技术的一次重大突破，与此同时一种利用多普勒（Dop
3、pler）原理的超声多普勒检测技术迅速发展，从多普勒频谱曲线能计测多项血流动力学参数。20世纪80年代初期彩色多普勒血流显示（Color Doppler flow imaging, CDFI）的出现，并把彩色血流信号叠加于二维声像图上，不仅能直观地显示心脏和血管内的血流方向和速度，并使多普勒频谱的取样成为快速便捷，80 90年代以来超声造影、二次谐波和三维超声的相继问世，更使超声诊断锦上添花。,超声成像基本原理简介,二维声像图（two dimensional ultrasonograph, 2D USG）：现代超声诊断仪均用回声原理（图1-1-1、图1-1-2、图1-1-3、图1-1-4），由
4、仪器的探头向人体发射一束超声进入体内，并进行线形、扇形或其他形式的扫描，遇到不同声阻抗的二种组织（tissue） 的交界面（界面，interface），即有超声反射回来，由探头接收后，经过信号放大和信息处理，显示于屏幕上，形成一幅人体的断层图像，称为声像图（sonograph）或超声图（ultrasonograph），供临床诊断用。连续多幅声像图在屏幕上显示，便可观察到动态的器官活动。由于体内器官组织界面的深浅不同，使其回声被接收到的时间有先有后，借此可测知该界面的深度，测得脏器表面的深度和背面的深度，也就测得了脏器的厚度,超声成像基本原理简介,回声反射（reflection）的强弱由界面两侧
5、介质的声阻抗（acoustic impedance）差决定。声阻抗相差甚大的两种组织（即介质，medium），相邻构成的界面，反射率甚大，几乎可把超声的能量全部反射回来，不再向深部透射。例如空气 软组织界面和骨骼 软组织界面，可阻挡超声向深层穿透。反之，声阻抗相差较小的两种介质相邻构成的界面，反射率较小，超声在界面上一小部分被反射，大部分透射到人体的深层，并在每一层界面上随该界面的反射率大小，有不同能量的超声反射回来，供仪器接收、显示。均匀的介质中不存在界面，没有超声反射，仪器接收不到该处的回声，例如胆汁和尿液中就没有回声，声像图上出现无回声的区域，在排除声影和其他种种原因的回声失落后，就应认
6、为是液性区。,超声成像基本原理简介,超声成像（ultrasonic imaging）还与组织的声衰减（acoustic attenuation）特性有关。声波在介质中传播时，质点振动的振幅将随传播距离的增大而按指数规律减小，这种现象称为声波的衰减。,声衰减系数,声衰减系数（）的单位为dB/cm，在人体中，超声的弛豫吸收引起声衰减系数与频率近似地成正比，即f，式中也为声衰减系数，但其单位为dB/cmMHz。（式中f为所用的超声频率）,多普勒频谱（spectral）,多普勒频谱是利用多普勒效应（Doppler effect，）提取多普勒频移（Doppler shift）信号，并用快速富立叶变换（f
7、ast Fourier transform，FFT）技术进行处理，最后以频谱形式显示。,造成声衰减的主要因素,声吸收（acoustic absorption） 声反射（acoustic reflection） 声散射（acoustic scattering） 声束的扩散,多普勒频移公式,多普勒频移可用下列公式得出： 2Cos fd = fo C 式中fd = 频移；V = 血流速度；C = 声速（1540m/s）；fo = 探头频率，Cos= 声束与血流方向的夹角余弦值。,血流速度,血流速度： fd C V = 2fo Cos 多普勒频谱，频谱的横轴代表时间，纵轴代表频移的大小（用KHz表示）
8、，中间水平轴线代表零频移线，称为基线（base line）。通常在基线上面的频移为正，表示血流方向迎着换能器而来；基线下面的频移为负，表示血流方向远离换能器而去。,几个概念,频谱幅值 即频移大小，表示血流速度，其值在自动测量或手工测量时，可在屏幕上读出。 灰度（即亮度），表示某一时刻取样容积内，速度相同的红细胞数目的多少，速度相同的红细胞多，则散射回声强，灰度亮；速度相同的红细胞少，散射回声弱，灰度暗。,几个概念,频谱宽度 即频移在垂直方向上的宽度，表示某一时刻取样血流中红细胞速度分布范围的大小，速度分布范围大，频谱宽，速度分布范围小，频谱窄。人体正常血流是层流，速度梯度小，频谱窄；病变情况下
9、血流呈湍流，速度梯度大，频谱宽。频谱宽度是识别血流动力学改变的重要标志。,超声多普勒实时频谱上，可以得到血流动力学资料, 收缩期峰速（Vs） 舒张末期流速（Vd） 平均流速（Vm） 阻力指数（RI） 搏动指数（PI） 加速度（AC） 加速度时间（AT）,多普勒频谱的种类,脉冲波：脉冲多普勒的换能器兼顾超声的发射和接收，换能器在发射一束超声后，绝大部分时间处于接收状态，并利用门电路控制，有选择地接收被检测区血流信号，其优点是有深度的定位能力，但它的缺点是受尼奎斯特极限（Nyquist limit）的影响，在测量高流速血流时，产生频谱的混迭（aliasing）现象（图1-1-6）。 连续波：连续波
10、多普勒的换能器由二片相邻的晶片组成，一片发射超声，另一片接收超声，其优点为可测量高速血流而不发生频谱的混迭，但无深度定位功能，故只有测量高速血流时用。,彩色血流成像（color flow imaging）或称彩色超声血流图（简称彩超）,彩色多普勒血流成像（color Doppler flow imaging, CDFI） 彩色多普勒能量图（color Doppler energy, CDE） 彩色血流速度成像,彩色多普勒血流成像（color Doppler flow imaging, CDFI）,是利用Doppler原理，提取Doppler频移（Doppler shift），作自相关处理，并用
11、彩色编码（频域法 frequey domain）。常规把迎着换能器方向（即入射声束方向）而来的血流显示为红色，远离换能器（入射声束）而去的血流为蓝色。血流速度快（即Doppler频移值大），彩色显示亮而色淡；血流速度慢（即Doppler频移值小），彩色显示暗而色深。,彩色多普勒血流显示的不足主要, 显示的信号受探测角度的影响较大； 当显示的频移超过Nyquist极限时，图像色彩发生混迭，出现五彩镶嵌的血流信号。,彩色多普勒能量图（color Doppler energy, CDE）,彩色多普勒能量图利用血流中红细胞散射的能量成像（能量法），即提取多普勒回波信号的能量（即强度），用积分法计算，然
12、后也用彩色编码成像。,彩色多普勒能量图几种优点, 不受探测角度的影响； 灵敏度提高3 5倍，能显示低流量、低流速的血流； 血流可以显示平均速度为零的肿瘤灌注区； 显示的信号动态范围广； 不受尼奎斯特极限频率（Nyquist limit frequeney）的影响，不出现混迭（Aliasing）现象。,彩色血流速度成像,此法不用多普勒原理，而是由计算机根据反射回声中红细胞群在某一时间内的位移（时域法, time domain），用互相关系原理计算出血流的方向和速度，再把信号伪彩色编码，成为彩色血流图。此法可消除血管壁搏动回声的干扰，且不出现混迭。,三维超声成像,三维超声成像为20世纪90年代面世
13、是新方法，近年来随着计算机技术的发展，三维超声成像不断改进，已有实时三维成像面世，但目前三维超声成像的实用价值尚待开发。,三维超声成像显示方式,(一) 表面三维显示 在液体 非液体界面作计算机人工识别，钩边、数据采集，最后显示其表面景观。 (二) 透视三维显示 对体内灰阶差别明显的界面，如胎儿骨骼，经数据采集，重建作三维显示，透视三维可选取高回声结构作为成像目标，也可选取低回声区域作为成像。 (三) 血管树三维显示 用彩色血流图法显示脏器内的血管树并加以数据采集，经计算机处理，显示为三维血管树。 (四) 多平面重投影 从三维数据中沿任何倾斜角度提取切面二维图，或显示三个轴向的任何平面切面图和与
14、之相应的一幅立体图。,超声诊断仪,超声诊断仪基本的结构,(一) 探头（probe） 探头由换能器（transducer）、外壳、电缆和插头组成，换能器是探头的关键部件。通常由压电陶瓷构成，担负电声转换的作用，也即发射超声和接收超声的作用。 (二) 电路和显示器 由发射电路、接收电路、扫描电路和显示器（显象管）组成。 (三) 记录器 采用照相机、多幅照相机、视频图像记录仪（video printer）录像机、彩色打印机或磁光盘记录，也可存储在工作站，以便在科内、院内或远程联网。,超声诊断仪的种类 1,(一) A型（A-mode） 这是一种幅度调制（amplitude modulation）超声诊
15、断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅的高低代表回声的强弱，以波型形式出现，称为回声图（echogram）（图1-2-2），现已被B型超声取代，仅在眼科生物测量方面尚在应用，其优点是测量距离的精度高。 (二) B型（B-mode） 这是辉度调制型（brightness modulation）超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。通过扫描电路，最后显示为断层图像，称为声像图（ultrasonograph或sonograph）,超声诊断仪的种类2,三) M型（M-mode） M型超声诊断仪是B型的一种变化，介于A型和B型之间，得到的是一维信息。在辉度调制的基础上，
16、加上一个慢扫描电路，使辉度调制的一维回声信号，得到时间上的展开，形成曲线（图1-2-4）。用以观察心脏瓣膜活动等，现在M型超声已成为B型超声诊断仪中的一个功能部分不作为单独的仪器出售。 (四) D型（Doppler mode） 在二维图像上某点取样，获得多普勒频谱加以分析，获得血流动力学的信息，对心血管的诊断极为有用（图1-2-5），所用探头与B型合用，只有连续波多普勒，需要用专用的探头。超声诊断仪兼有B型功能和D型功能者称双功超声诊断仪。,超声诊断仪的种类3,(五) 彩色多普勒超声诊断仪 具有彩色血流图功能，并覆盖在二维声像图上，可显示脏器和器官内血管的分布、走向，并借此能方便地采样，获得多普勒频谱，测得血流的多项重要的血流动力学参数，供诊断之用（图1-2-6）。 彩色多普勒超声诊断仪一般均兼有B型、M型、D型和彩色血流图功能。 (六) 三维超声诊断仪 三维超声是建立在二维基础上，在彩色多普勒超声诊断仪的基础上，配上数据采集装置（专
