《超声总论》PPT课件.ppt

1,湖北医药学院第三临床学院 十堰市人民医院 白姣,超声医学总论,2,一、超声波的定义,3,一、超声波的定义,振源 介质 感受器,4,超声波 (ultrasound) 是声源 高速振动，频率很高，每秒次数 在 20000次(Hz) 以上，超过人的 听觉范围，不能被人感受的机械 波。,一、超声波的定义,5,二、超声与 压电晶体,6,二、超声与压电晶体,当在石英等晶体上施加压力时，晶体表面上即出现异名电荷。这种物理现象称压电效应 (piezoelectric effect)。,A B C,7,反之，如将此晶体置于交变电场时，则可发现晶体厚度有所改变，出现强烈的压缩或扩张。这种物理现象称逆压电效应,A B C,二、超声与压电晶体,8,三、超声波的 发射与接收,9,利用逆压电效应，诊断超声仪将 高频交流电压信号加在压电晶体上， 使晶体片推动周围介质使之振动，形 成疏密波，产生1-15MHz之超声波。,三、超声波的发射与接收,(一)超声发射 (transmit),10,当超声遇有声阻不同之界面而发 生的反射返回后，作用于压电晶体, 使晶体两侧产生异名电荷，经仪器接 收放大后，在示波屏上形成代表界面 反射强弱的光点与波幅。,三、超声波的发射与接收,(二)超声接收 (receive),11,12,四、有关声波的 几个物理量,13,单位时间内声波在介质中传播的 距离称声速。其传播速度在气体中较 小, 360 m/s左右；在液体和人体软组 织中较大，1500 m/s 左右；在固体中 最大，约为4500 m/s 左右。,(一)声速 (velocity of sound, c),四、有关声波的几个物理量,14,频率为单位时间内发射源 振动的次数，亦即超声波通过 介质中某点的疏密波的数目。,(二)频率 (frequency, f),四、有关声波的几个物理量,15,超声发射频率： 成人一般用2.25-3.5MHz 婴幼儿用5MHz 腔内超声用3.75-7MHz 皮肤与表浅器官超声频率为7-10MHz 冠脉内超声的频率可达20-30 MHz,四、有关声波的几个物理量,16,(三) 波长 (wavelength, ),指声波在传播过程中一个完整 周期内所通过的距离。,四、有关声波的几个物理量,17,波长,四、有关声波的几个物理量,18,波长、声速与频率之间有密 切的关系，可用公式表示：,声速 (c) 波长 () - 频率 (f),四、有关声波的几个物理量,19,五、超声波的 物理性能,20,五、超声波的物理性能,(一) 方向性 (指向性 direction),21,(二)反射(reflection)与 透射(transmission),五、超声波的物理性能,22,超声在传播中，经过两种不同介 质的界面时，一部分能量由界面处返 回第一介质，此即反射 (reflection)。 另一部分能量穿过界面，进入第二介 质，此即透射 (transmission)。,五、超声波的物理性能,23,反射与透射之总值不变，二者之 和与入射总能量相等，但反射之多少 则随界面前后介质的声阻 (acoustic impedance) 差异而有所不同。 设：Z为声阻，为密度，c为声速 则：声阻 (Z)密度 () X 声速 (c),五、超声波的物理性能,24,X,五、超声波的物理性能,25,反射系数之大小决定在界面处两 介质声阻之差。设 Z1为第一介质之声 阻，Z2为第二介质之声阻。以式表之： Z1 - Z2 声强反射系数 R1 = (-)2 Z1 + Z2,五、超声波的物理性能,26,大界面与界面反射 大界面指长度大于声束波长的界 面，入射声束垂直于大界面时，回声 反射强入射声束与大界面倾斜时，回 声反射减弱甚至消失。,五、超声波的物理性能,27,小界面与后散射 小界面指长度小于声束波长的界 面，声束遇红细胞时产生微弱的散射 波，散射波向四面八方分散能量，只 有朝向探头方向的散射（后散射，又称背向散射）才能被仪器检测到。,五、超声波的物理性能,28,(三) 吸收与衰减 (absorption & attenuation),当声波穿过介质时，由于 “内摩 擦 ” 或所谓 “粘滞性”，使声能被吸 收、 散射而逐渐减弱，声波的振幅 随之减低，此即衰减。,五、超声波的物理性能,29,吸收与衰减的多少和超声的 频率、介质的粘滞性、导热性、 温度及传播的距离等因素有密切 关系。,五、超声波的物理性能,30,频率低者穿透性好，透入较深，但分辨力较低 频率高者穿透性差，透入较浅，但分辨力较高,31,声能随着透入距离增加而减弱,32,五、超声波的物理性能,33,0.18,五、超声波的物理性能,34,组织、体液中蛋白成分尤其胶 原蛋白成分愈高， 钙质成分愈多， 衰减愈显著；反之， 组织、器官之 中水分含量愈多，衰减愈少。,五、超声波的物理性能,35,衰减程度的一般规律是： 骨 (或钙化) 软骨 肌腱 肝、肾组织 脂肪 血液 尿液 与胆汁。,五、超声波的物理性能,36,(四)分辨力 (Resolution),分辨力是指超声检查时能在荧光 屏上被分别显示为两点的最小间距。 依方向不同可分为纵深分辨力与横向 分辨力 (depth resolution and lateral resolution)。,五、超声波的物理性能,37,纵深分辨力 是指声束通过介 质中能被显示为 前后两点的最小 间距，高低与发 射脉冲宽度 (即 持续时间) 有关,五、超声波的物理性能,38,当发射脉冲 (持续时间)较宽， 超过两点的间距两倍时，由于第 一点与第二点回波相重叠，故在 荧光屏上相混成一长形光点。,五、超声波的物理性能,39,只有当脉冲宽度小于两点的 间距时，两点回波之间有一间隔， 才能在示波屏上形成两个独立的 光点。,五、超声波的物理性能,40,脉冲宽度大时纵深分辨力低；脉 冲宽度小时纵深分辨力高。又因频率 高者脉冲较窄，频率低者脉冲较宽， 故频率高低间接影响纵深分辨力。现 用2MHz者，其分辨力可达1mm左右。,五、超声波的物理性能,41,横向分辨力 乃指与声束相垂 直之界面上，能 在荧光屏上被分 别显示之左右两 点的距离,五、超声波的物理性能,42,横向分辨力大小与声束宽窄有密 切关系。当声束直径小于左右两点间 的距离时，此两点即可分别显示；而 大于左右两点间的距离时，则两个物 体合二为一，横向分辨力差，线条变 粗，图像模糊，常可导致误诊。,五、超声波的物理性能,43,探头频率越低，分辨力越低 探头频率越高，分辨力越高,44,除纵深和横向分辨力外，实际上 还有厚度分辨力。因为声束呈柱状， Y 轴指图像上的左右方向，另在 Z 轴 前后位上即图像的厚度也影响其分辨 力， 故 Z轴上声束粗者分辨力低，声 束细者分辨力高。,五、超声波的物理性能,45,此外超声检查时尚需注意时间 的分辨力问题。在M型曲线上时间 分辨力高低，决定于脉冲发射的频 率；在二维超声图像上时间分辨力 高低，决定于图像的帧数。,五、超声波的物理性能,46,(五) 多普勒效应 (Doppler effect),由于发射超声的声源或反射体之 间的相对运动，使反射回来声波频率 和发射声波频率之间出现差异(频移)， 这种现象即多普勒效应。,五、超声波的物理性能,47,五、超声波的物理性能,48,六、超声的 生物学效应,49,超声在生物组织内传播过程中， 推动介质分子微粒发生高频机械振 荡，此即由于超声的能量传递或超 声的功率作用，使电能 (电功率)转 变为声能 (声功率)。,六、超声的生物学效应,50,声功率 (acoustic power): 单位时间内从超声探头内发出 的功率 (W) 声强 (intensity): 单位面积上的电功率 ( W/cm2 或 mW/cm2),六、超声的生物学效应,51,超声生物学效应及其产生机制： 1、由于组织的黏滞吸收效应使部分 声能转为热能 2、空化效应 3、使细胞、染色体畸变，器官受损 4、高强聚焦超声对生物组织的破坏,六、超声的生物学效应,52,诊断用超声的安全性和应用原则： 1、目前使用的超声成像装置的声功率 甚小，一般不产生有害的热效应 2、某些 Doppler 装置在无血流灌注的 实验条件下可能引起有一定影响的 生物学效应,六、超声的生物学效应,53,诊断用超声的安全性和应用原则： 3、尽可能采用最低的输出功率，缩 短扫描时间，对眼球和胎儿的检 查尤应注意 4、妊娠早期一般不宜进行超声检查， 彩色多普勒更应视为禁忌,六、超声的生物学效应,54,ISPPA： 空间峰值时间平均声强 ISPTA： 空间峰值脉冲平均声强 IM： 最大声强,六、超声的生物学效应,55,七、人体组织的 声学类型,56,七、人体组织声学类型,由于各个组织的密度和声速有所 不同，其声阻值也有差异。超声通过 声阻有差异的界面时，将发生反射。 根据反射多少，可将人体组织分为四 型：(一)无反射型、(二)少反射型、 (三)多反射型、(四)全反射型。,57,- 组织器官 密度(g/cm3) 声速(m/s) 声阻抗(105g/mm2s) - 生理盐水 1.002 1534 1.537 血液 1.055 1570 1.656 体液 0.9973 1495 1.492 大脑 1.038 1540 1.599 肝 1.050 1570 1.648 肌肉(均值) 1.074 1568 1.684 软组织(均值) 1.016 1500 1.590 脂肪 0.955 1476 1.410 骨骼 1.800 3380 6.084 肺和肠腔 0.00129 332 0.000428 内的气体 -,人体组织密度、声速及声阻抗数值表,七、人体组织声学类型,58,(一)无反射型,液体内无声阻明显差异之界面， 如假设有一界面，因其前后声阻值相 似，其反射系数为0或接近于0，超声 通过相应区域时无何反射。此乃液体 的特点，故称无回声区或液性暗区。,七、人体组织声学类型,59,60,61,(二)少反射型,超声经过结构比较均匀的实质组 织如肝脏、脾脏、甲状腺、睾丸等器 官和组织时，在相应区域即或有些界 面，但声阻差较小，回声较少，此即 少反射型或称低回声区。,七、人体组织声学类型,62,63,64,65,66,67,68,(三) 多反射型,超声经过结构杂乱的实质组织如 乳腺时，因结构复杂，界面甚多，其 前后声阻差大，故反射较多且强，光 点更为密集，回声强度亦大，此称多 反射型或谓高回声区。,七、人体组织声学类型,69,七、人体组织声学类型,70,71,72,73,74,75,七、人体组织声学类型,76,(四) 全反射型,在软组织与含气组织(如肺、肠腔) 交界处，界面前后声阻相差3000多倍， 反射系数达 99.9，接近于全部反射， 故不能透入第二介质，使界面后的组织 结构则无法显示，故称全反射型。,七、人体组织声学类型,77,七、人体组织声学类型,78,七、人体组织声学类型,79,八、超声伪像,80,伪像又称伪差（Artifact）,超声成像中可出现多种形式的伪差。其成因多与超声的物理特性有关，有的与仪器设计性能及调节有关，有的与人体生理或病理等情况有关。,81,混响伪像 (reverberations),镜面型大界面如其两侧声阻抗差别较大，而第一界面中物质的衰减甚小或厚度甚小时最易发生。,82,混响伪像 (reverberations),83,多次内部混响 (multiple internal reverberations),超声在靶(target)内部来回反射，形成彗尾征(comet tail sign)，利用子宫内彗尾征可以识别金属节育环的存在。,84,部分容积效应 (partial volume effect),因声束宽度太宽，把邻近靶区结构的回声一并显示在声像图上。,85,旁瓣伪像(side lobe artifact),由超声束的旁瓣回声造成，在结石等强回声两侧出现,86,声影(acoustic shadow),有强反射或声衰减甚大的靶存在，使超声能量急剧减弱或消失， 致其后方没有超声到达，当然也检测不到回声，称为声影，声影可以 作为结石、钙化和骨骼等存在的诊断依据。,87,后方回声增强 (enhanceme