超声诊断原理与诊断基础

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1、超声诊断原理与诊断基础超声诊断原理与诊断基础第一章超声 诊断概 述一、超声诊断学 现代科技（电子技术、计算机科 学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。二、超声发展史A型：超声示波诊断法幅度调制型，以波形显示界面回波。纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播深度。属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于1958年应用 于临床。M型：超声光点扫描法M型超声心动图。纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强 度。属一维显示，反应界面随时间的运动曲线，1961年应用于临 床。B型：超声显像诊断法辉度调制型。即以光点的形式显示二维切面图形。仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、

2、接收电路、扫 描电路、主控电路、显示器。20世纪70年代初应用于临床，70年代中后期采用了灰阶及DSC技术，实时超声图像质量大大改善，于80年代迅速发展并普 及，90年代后期进入全数字化时代。DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器，使数字信号转变成标准 电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。D型：超声频移诊断法Doppler频谱、CDFI、CDE、DTI等，1983 年日本Aloka公司研制出世界上第一台彩超，并首先规定朝向探 头与背向探头的血流分别以红色及蓝色显示。20世纪90年代彩超迅速普及，90年代后期进入全数字化时 代。三维超声：20世纪90年代开始应用于临床。三、超声诊断的

3、优点、局限性及临床应用1、超声与普通 X-CT等影像技术相比有以下优点：（1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。（2）直观实时显示检查器官与病灶的切面图像。（3）对活动脏器（如心脏）能实时动态显示其切面图像，便 于观察。（4）能发挥管腔造影功能，而无需任何造影剂。（5）对软组织内的病灶有良好的分辨力，能清晰显示实质性 器官中23mm的囊性或实质性病灶。2、超声诊断的局限性：超声对骨与含气性器官透射率太低，故目前超声对骨关节、颅脑、肺、胃肠道疾病的诊断受到限制。3、超声诊断的临床应用：（1）腹部脏器的器质性病变与腹部包块。（2）妇科疾病与盆腔包块。（3）生理产科、病理产科、胎儿畸形检

4、测。（4）浅表器官（如眼球、甲状腺、乳腺、睾丸等）与浅 表软组织疾病。（5）心脏疾病。（6）外周血管疾病。（7）胸水、腹水及穿刺定点。（8）介入性超声（用于诊断与治疗）。四、超声诊断的学习方法1、 努力学习临床知识。2、认真学好超声专业知识。3、勤实践，勤追踪，勤总结。第二章超声诊断物理基础 第一节 超声波的性质一、超声波的性质波：振动的传播称为波动，简称波。自然界常见有电磁波与机械波。* 电磁波：无线电波、可见光、X线等，可在真空中传播。*机械波：机械振动在介质中的传播称机械波，如声波、水波、地震波 等，只能在介质中传播。声波属机械波，是指振动频率在202万Hz的机械波，在人 的听阈范围内。

5、超声波属机械波，是指振动频率在2万Hz以上的机械波。 超声诊断应用的是超声波的纵波。超声波产生的基本条件：1、产生超声波的振动源。2、传播超声波的介质。二、超声波的物理量1、 周期（T）与频率（f）：介质中质点自平衡位置往返一次（一次全振动）所需时间叫周 期。单位时间内质点完成全振动的次数叫频率。2、 波长（）与声速（C）：一个振动周期内振动传播的距离叫波长。单位时间内超声波在介质中传播的距离叫声速。声速、波长与频率的关系为：C=f（经验公式：在人体软组织中=1. 5mm/ f） （1）不同频率的超声波在同一介质中声速相同，即介质中的声速只与介质的性质（弹性系数与最新资料推荐 密度）有关，与频

6、率无关。例如，不同频率超声波在人体软组织平均声速为1540m/s。（2）频率相同的超声波在不同介质中传播时其声速不同。（3）在同一介质中，波长与频率成反比（C=f ），频率越 高，波长越短。3、波幅：质点离开平衡位置的最大距离叫波幅。波幅越大，波的能量越高。4、声强：声强指在垂直于超声波传播方向上，单位时间内通过单位面积 的超声能量。还可理解为单位面积上被照射的声功率。医学诊断用超声频率高，剂量小，平均声强控制在 10-20mW/cm2。治疗用超声频率低，剂量大。2的范围内，最高不超过100mW/cm三、超声波的声场 声场: 探头向前方辐射超声能量所到达的空间称声场，即介质中有超 声波存在的区

7、域。声束：包括主瓣与旁瓣，声束随离开声源的距离增加而逐渐扩 散。近场：声束不扩散，呈狭窄的圆柱形，因此近场的指向性和横向分辨 力咼。2/4 （L为近场区长度，d为换能器直径）L=d远场：声束扩散，横向与侧向分辨力下降，必须进行声束聚焦处理（几 何聚焦、可变孔径、电子聚焦）。扩散角SinQ=l. 22 /d四、超声波的物理特性：1、束射性（直线传播）2、反射与折射3、散射与绕射4、 衰减5、多普勒效应第二节超声波的发射与接收一、 压电效应：压电晶体在机械应力的作用下，会在晶体表面产生电荷，反 之，若对晶体施以交变电场，晶体也会产生应力变形，这种机械 能与电能互相转变的现象称压电效应。前者称正压电

8、效应，后者称逆压电效应。二、超声波的发射和接收：电声转换1、 超声波的发射利用了逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将 在厚度方向上产生胀缩变形，即振动。这个振动的晶片即成了超声波的声源，当振动频率超过2万 Hz时即为超声波。2、超声波的接收利用了正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上时，相当于对其施加一外力，晶 体表面将产生携带回声信息的微弱电信号，这种电信号经放大、处 理后即能在显示器上以光点形式显示用于诊断的声像图。三、超声探头的基本结构和功能结构：（1）压电晶体：产生压电效应，与发射及接收超声有关。目前常用压电陶瓷材料是锆钛酸铅。（2）吸声背块（背材）：吸收

9、背向辐射的超声，提高纵向分辨力。（3）匹配层（面材）：A、导声作用（声阻抗匹配）B、保护电极与晶体。声阻抗匹配条件：A、匹配层厚度d=1/4 。B、匹配层声阻抗Z22二Z1*Z3。（4）聚焦件：在匹配层前方加聚焦件（几何、电子），使声束聚焦，从而提 高横向分辨力。（5）电极与电路：功能：发射及接收超声波，起换能器作用。四、探头的主要参量1、 频率：一般在220MHz之间，低频探头适用于深部器官检查，高频探 头适用于浅表器官检查。2、分辨力：包括时间分辨力、空间分辨力与对比分辨力。A、时间分辨力：指帧频，腹部实时超声要求18cm深度时，帧频大于25帧/s,心脏实时超声要求18cm深度时，帧频大于

10、30帧/s。B、空间分辨力：指超声探头能分辨空间相邻两个点之间最小距离的能力。包括纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。纵向分辨力：超声探头能区分声束轴线上相邻两点之间最小距离的能力。与探头频率有关，探头频率越高，分辨力越高，理论上约/2, 实际上3. 5-5MHz探头纵向分辨力约1mm。侧向分辨力：指声束扫描平面内垂直于声束方向（探头长轴方向）的分辨力， 与声束宽度有关。3. 0-3. 5MHz探头侧向分辨力约2mm。横向分辨力：指声束扫描平面的厚度方向上（探头短轴方向）的分辨力，与 声束宽度有关。C、对比分辨力：指灰阶级数（由白到黑的灰阶等级），现代超声仪一般256级。3、穿透力：超声在介质

11、中传播时，能量不断衰减，到达一定深度时，不 能产生可被接收的反射。能产生有效反射回声的传播距离，就是穿透力，与频率有关， 频率越高，穿透力越低。五、探头的种类：1、按扫描方式分：线阵、凸阵、扇扫（包括机械式与相控阵）、三维容积探头。2、低频探头（2-5MHz）、高频探头（大于5 MHz）。3、单频探头（一个中心工作频率）、宽频探头（工作频率范 围宽，带宽系数大于0. 5）、变频探头（频率可变，有二个或二个 以上的中心工作频率）、宽频+变频。六、超声耦合剂的作用：排除空气，增加透声，起导声作用。要求超声偶合剂的声阻抗接近于人体软组织平均声阻抗。第三节超声波的传播一、几个重要概念声阻抗、声 强、介

12、质与界面1、 声阻抗：超声波在介质中传播时某点的声压与质点速度的复数比称声阻 抗，它取决于介质的密度和弹性。声阻抗Z= c。（Z：声阻抗；:介质的密度；c：介质中的声速）2、 声强：指在垂直于超声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的超1厶匕1=1.声冃匕量。3、介质与界面：介质是超声波传播的载体。界面指声阻抗不同的两种介质的交界面。大界面（界面大于声束波长）产生反射，且反射强度与入射角有 关。小界面（界面小于声束波长）产生散射与绕射。二、声波的传播方向超声的束射性（直线传播）是诊断用超 声首要的物理特性，超声波在均匀介质中直线传播，在非均匀介质 中将发生反射、折射、散射和衰减等现象。三、反射

13、、透射、折射反射：超声波入射至两种声阻抗不同的介质中，部分或全部声能在其 界面处返回到原介质中传播称反射，大界面的反射有非常显著的角 度依赖性，入射角越小，反射越强，入射角越大，反射越弱。透射：超声波穿过多层声阻抗不同的介质向深层传播称透射。折射：指穿过大界面的透射波发生声束前进方向的改变。声学研究表明：界面反射回声的强弱与界面两侧介质的声阻抗差有关，可用声 强反射系数表示：R二反射波声强/入射波声强二(Z2Z1/Z2+Z1) 2 从上式可看出：两种介质在其界面处存在声阻抗差是界面反射的必要条件，是 超声成像的基础。声阻抗差越大，超声反射越强，声阻抗差越小，超声反射越 弱，二维超声就是根据超声

14、反射强度进行灰阶编码(白-灰-黑)而 成像。1、两种介质的声阻抗差越大，反射越强，透射越弱。一般认为两种介质声阻抗有0.1%的差别，在其界面上就能发生 反射，因此超声对软组织有较高的分辨力。但在固体气体或液体气体等声阻抗差很大的界面上超声几乎完 全反射，难以透射，因而限制了超声在骨关节、颅脑、胃肠、肺 的应用。2、两种介质的声阻抗越接近，反射越少，透射越多， 当 Z1=Z2时，没有反射，只有透射。超声波在均匀介质中传播就是如此。超声诊断常利用这一特性来鉴别病变的囊性、实性或被检结构 的均匀性。3、人体组织回声类型：（1）无反射型:介质的组织结构均匀，无声阻抗差，因而无反射，声像图上 表现为无回

15、声，如液体。（2）少反射型：介质结构较均匀，声阻抗差较小，因而反射少且幅度低，声 像图上表现为低回声，如人体软组织与实质性脏器。（3）多反射型：介质结构复杂且不均匀，声阻抗差较大，因而反射多且幅度高, 声像图上表现为高回声。在两种组织交界处或结构复杂且不均匀的组织多属此回声类型。（4）全反射型：在软组织与含气性组织或骨骼的交界面，因声阻抗差极大，超 声波几乎全部反射，而不透入第二介质，声像图上表现为强回声， 后伴声影。四、散射与绕射散射：超声波与小界面微粒（d）作用后，大部分声能继续向前传 播，小部分声能激发微粒振动，形成新的点状波源，向各方向辐射 声波，即散射。只有朝向探头的散射信号（背向散射）才会被探头接收到。 人体组织器官的细微结构对超声波的散射是细微结构成像的基 础。绕射（衍射）:如果介质中界面尺寸ds ,声波将