超声诊断物理特性及超声伪像

超声诊断学,第一章 绪论,超声医学：以处理超声波在人体内所产生的各种回声信息为基础，并以不同的可视模式显示人体脏器、组织结构及血流，用以评价脏器的位置、解剖结构、血流动力学和功能变化，还可以辅助完成多种介入性治疗。,超 声 医 学 Ultrasonic medicine,超 声 治 疗 Ultrasonic therapy,超 声 诊 断Ultrasonic diagnosis,超声诊断学的主要内容,1.解剖学检查 2.血流动力学检查3.功能性检查4.介入性超声,超声检查特点,1.无放射性损伤，可视为无创检查2.准确性，超声解剖与人体解剖结构一致3.实时动态显示4.便捷、所占空间小，可移动5.经济性，费用较低6.及时报告结果，短时间内可重复检查7.与受检者面对面，可及时了解病人信息8.高度的操作者及仪器依赖性,发展史,1950s A型 (A-mode) 回声图 (echogram)1960s M型 (M-mode) M型超声心动图 (M-mode echocardiograph)1970s B型 (B-mode) 声像图 (sonograph , ultrasonograph)1980s 双功( duplex) 声像图 + 多普勒频谱 (sonograph + Doppler spectrum) 1990s 三功(triplex) 声像图+多普勒频谱+彩色多普勒血流显示 (sonograph + Doppler spectrum+ colour Doppler flow image CDFI)1990s 三维 立体声像图 (3 diamentions),新技术,1.超声造影2.介入超声3.组织多普勒技术4.弹性成像技术5.血管内超声6.超声组织谐波成像7.其他，应变与应变率、斑点追踪等,第二章 超声诊断的基础及原理,超声的物理特性超声是机械波，具有波长（）、频率（f）和传播速度（） f,超声的传播,超声的定义：超声为一种高频振动的机械波，其频率超过人耳能听到的声波频率的上限。人耳可以听到的声波频率：2020000Hz （20KHz）超声的频率：20000Hz（20KHz）常用的诊断用超声频率：2.210MHz,超声的速度（c）,在不同的组织中的传播速度,超声在同一介质中，其声速是恒定的，在不同的介质中其声速也会发生改变。一般说，固体物含量多，声速高；含水多，声速低；含气脏器中的气体，声速最低。根据超声的传播速度，把人体组织分为三类： 1，软组织 2，骨与软骨 3，含气脏器,超声的波长（ ）=c/f在同一介质中，声速恒定，频率与波长的关系成反比,超声波的发射与接收,声波的发射：将电脉冲转换成机械振动，也即将电能转换成声能逆压电效应声波的接收：将机械振动（声能）转换成电脉冲（电能）正压电效应,声波的接收,声波的发射,换能器（其主要材料为压电晶体）,各种探头（换能器）,3.5MHz凸阵探头,7.5MHz线阵探头,3.5MHz扇形探头,穿刺探头,腔内探头,术中探头,声场,声场：探头发射的超声所能达到的最大深度及其 周围的空间范围近场：靠近探头的部分，声束比较平行远场：远离探头的部分，声束开始扩散声束：超声所经过的空间束宽：声束横断面的直径声轴：代表声束主方向的中心轴线,近场,远场,声轴,分辨力,超声诊断中重要技术指标。分为基本分辨力及图像分辨力。,基本分辨力：单一声束线上所测出的分辨两个细小目标的能力。分类： 轴向分辨力 axial resolution 侧向分辨力 lateral resolution 横向分辨力 transverse resolution（国内误称厚度分辨力）,轴向分辨力 ：沿声速轴线方向的分辨力。侧向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上， 在探头长轴方向的分辨力。横向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上， 在探头短轴方向的分辨力。,侧向分辨力,横向分辨力（厚度）,轴向分辨力,人体组织的声学参数,密度声速声特性阻抗（Z） 密度与声速的乘积 Z c （ ：密度 c :声速 ）界面 不同声阻抗组织之间形成的接触面 大界面：波长小界面：波长,指向性：当声源直径大于在人体中传播的波长时，此时声束具有指向性可以用声源直径（D）与波长（ ）比值衡量 D/ 10,指向性差； D/ 20，指向性好,人体组织对入射超声的作用,人体组织对入射超声可产生多种物理现象，表现为声像图的各种特征,超 声,散 射 scattering,反 射reflection,折 射refraction,衍 射difration,全反射total reflection,衰 减attenuation,会 聚convergence,人体组织对入射超声的作用,H人 U M A N体 B O D Y,U L T R A S O U N D,发 散 divergence,多普勒效应 Doppler effect,1、散射： 遇到小界面时（散射体），散射使入射超声的能量向各个空间方向分散辐射，故散射无方向性,提示了脏器内部细小结构的回声信息，是超声成像研究内部结构的重要依据,2、反射： 入射声束遇到大界面产生反射现象。大界面反射遵守斯涅尔（Snell）定律：1.入射和反射回声在同一平面上；2.入射声束与反射声束在法线的两侧；3，入射角与反射角相等,反射的能量大小取决于界面两侧介质的声特性阻抗差。相差越大，反射率越大，当大到一定程度可造成超声能量的全部反射，不再达到深部组织；相反，如果差值较小，反射则较少，大部分超声能量透射到深部组织，反射能量较低时可造成图像上不能显示,3、折射： 入射声束遇到大界面其两侧介质的传播速度不同，声束在经过这些组织间的大界面时，产生声束前进方向的改变。折射角与入射角的正弦比值与界面两侧的声速比值相等 sina/sinb=c1/c2,4、全反射：如第二介质中的声速大于第一介质，则折射角大于入射角。入射角增大至某一角度时，可使折射角等于90，即折射声束与界面平行。此时的入射角名：临界角。入射角大于临界角时，折射声束完全返回至第一介质，称为全反射。,5、衰减（衰减为反射、散射及吸收的总和） 衰减与选用的频率及传播的深度成正比,6、多普勒效应（DOPPLER）超声在探测移动目标时，其回声频率发生变化利用多普勒效应可检测血管内有无血流，及血流方向和血流速度,正频移,负频移,常见的超声效应与图像伪差,混响效应 声束扫查体内平滑大界面时，部分声能量返回探头表面之后，又与探头的平滑面再次反射，又第二次进入体内，形成多次反射。混响效应多见膀胱前壁及胆囊底，大囊肿前壁。,混响伪像。（a）图示超声波在两个强反射界面之间重复反射。（b）显示器显示多发等距信号向深场延伸。（c）新生儿可触性肿物超声横断成像显示混响伪像（箭）。（d）胆囊超声长轴成像显示由罗-阿氏窦内胆固醇结晶引起的彗星尾伪像（箭头）。这一发现诊断为胆囊腺肌症。也可见胆囊结石声影。 (Myra K. Feldman, MD Sanjeev Katyal, MD Margaret S. Blackwood, MS, RadioGraphics 2009; 29:11791189),振铃效应,声束在传播途径中，遇到一层甚薄的液体层，且液体下方有极强的反射界面为条件，通常在胃肠道及肺部。,振铃伪像。（a）图示主声束遇见环形气泡伴中心包绕液体。（b）袋状液体形成的共振引起持续的声源，并传回探头。（c）显示器显示高回声反射体伴后方线状回声。（d）左侧卧位胆囊超声成像显示十二指肠内的气体和液体引起振铃伪像（箭头）。,镜像效应,声束遇到深部的平滑镜面时，镜面把声波反射到与之接近的界面，靶标的反射回声沿原路再次反射回探头，从而在镜面两侧距离相等显示形态相似的声像图。,镜面伪像。（a）在此图中，灰箭头代表预期的超声束路径。这些回波显示正确。黑箭头显示原发超声束的另一路径。在此路径原发超声束首先遇见深方反射界面。（b）深方反射界面的回波延迟返回探头，在显示器上错位。（c）在右肝水平超声长轴成像显示肝右叶高回声病变（光标）和复制的高回声病变（箭头）与膈肌等距，位于本应是肺实质的位置。,侧壁失落效应,大界面回声具明显的角度依赖现象。入射角较大时，回声转向他侧不复回探头，则产生回声失落现象。囊肿或肿瘤其外周包以光滑的纤维包膜，超声可显示其前后壁，但侧壁不能显示。,发生于圆形病灶周围有纤维包膜（声速较软组织高）情况下，当入射角大于临界角时产生全反射现象，从而导致界面下方第二介质内的失照射，即在圆形病灶的两侧侧后方显示为直线形或锐角三角形的清晰声影。,侧后折射声影,后壁增强效应,声束在传播过程中必然随深度的增加而不断增加其衰减，为使声像图显示深浅均匀，仪器上加入深度增益补偿（DGC）调节系统。后壁增强效应是指在常规调节的DGC系统下所发生的图像显示效应。,后方回声增强。（a）图示超声束遇见局灶性低衰减物质。这一物质远端的回声强度比同一深度成像断面高。（b）肝横断超声成像显示无回声和低衰减的肝囊肿。囊肿深方的肝实质由于后方回声增强伪像错误的显示为强度增加（箭头）。,声影,指在常规DGC正补偿调节后，在组织内病灶后方所演示的回声低弱后接近无回声平直条状区。声影系声路中具较强衰减体。 高反射体（如气体）或高吸收系数物体（如骨骼、结石、疤痕）下方具有声影。,声影。（a）图示超声束遇见高衰减的物质。这一物质远端的回声强度比同一深度回声显著降低。（b）胆囊长轴超声成像显示强回声胆囊结石后方声影（箭头）。,第1旁瓣成像重叠效应。旁瓣图重叠在主瓣图上，形成虚线或虚图。,旁瓣效应,旁瓣伪像。（a）图示多发离轴旁瓣声能遇见一个物体（黑圆）。（b）显示器假定从离轴物体返回的回波从主声束发出，错位并复制结构。,病灶尺寸小于声束宽度，或者虽然大于束宽，但部分处声束内时，则病灶回