超声物理基础及图像基础（课件分享）

1、超声物理基础及图像基础（课件分享） 作者：作者：Dr.FengDr.Feng 超声物理基础及图像基础（课件分享 ） 超声物理基础及图像基础（课件分享）2 掌握超声医学基础知识掌握超声医学基础知识 一、重点理解原理、概念 二、加强记忆规律、数据 三、联想、判断 理解理解 记忆记忆 贯通贯通 打好坚实基础 正确使用仪器 规范检查操作 提高诊断水平 超声物理基础及图像基础（课件分享）3 第一章第一章 物理基础物理基础 第一节第一节 超声显像物理基础超声显像物理基础 一、超声波基本物理量一、超声波基本物理量 （一）声源、介质 1、声源声源 我们把能发出声音的东西叫做声源我们把能发出声音的东西叫做声源。

2、振动是产生声波的 根源。 在超声成像中，探头晶片发射时即产生超声，所以探头晶片就是声在超声成像中，探头晶片发射时即产生超声，所以探头晶片就是声 源。源。 2、介质介质 声源和接收声音之间的空间充满了气体(空气)，或是液 体，或是固体，即有种传播声音的媒介物即有种传播声音的媒介物介质介质。声波必须在介质声波必须在介质 中传播，在真空中声波是不能传播的。中传播，在真空中声波是不能传播的。 在超声诊断中，人体脏器、器官都是介质。介质的声学特性与成像在超声诊断中，人体脏器、器官都是介质。介质的声学特性与成像 的关系非常密切的关系非常密切。 超声与声音除了频率高低有别外，它们在本质上是一致的，都超声与声

3、音除了频率高低有别外，它们在本质上是一致的，都 是一种机械振动，并以确定的速度通过介质。是一种机械振动，并以确定的速度通过介质。 超声物理基础及图像基础（课件分享）4 （二）频谱图与超声波（二）频谱图与超声波 1。谱图 在很宽的频率范围内，机械波和振动都可以产生声音，这种这种 频率范围叫做声学频谱频率范围叫做声学频谱。这个频谱从可听范围到构成物质振动状态的声子的 范围（1012），在图1-1-1谱图中给出了声学频谱的图形解释。 2。超声波 人们能听到的声音，大约是2020000Hz。高于高于20000H20000Hz的声音的声音 叫做叫做“超音超音”，也就是通常所说的超声波，也就是通常所说的超

4、声波 图1-1-1声学频谱图 超声物理基础及图像基础（课件分享）5 （三）超声波应用范围（三）超声波应用范围 在在20到到100KHz的频率范围内，很多动物都用超声波进行交流、导航及追的频率范围内，很多动物都用超声波进行交流、导航及追 捕它们的猎物。捕它们的猎物。 从从100 KHz（105Hz）到）到1MHz（106Hz），超声波最重要的应用就是声呐），超声波最重要的应用就是声呐 （声音导航及测距）。 2.5 MHz到到5 MHz的频率用于心脏、腹部及软组织成像的频率用于心脏、腹部及软组织成像。这些频率能穿透组 织可到达20-15cm的深度。 5-10MHZ的频率的超声波可以用于小器官的成像

5、的频率的超声波可以用于小器官的成像，例如：腮腺、甲状腺、 颈部血管及眼睛显像，它只需要4-5cm的穿透深度。 10-30MHz 用于皮肤及血管内检查，可以获得高分辩力的图像。用于皮肤及血管内检查，可以获得高分辩力的图像。 40-100MHz 用于生物显微镜成像，对眼活组织表面下的显微诊断用于生物显微镜成像，对眼活组织表面下的显微诊断。 超声物理基础及图像基础（课件分享）6 （四）超声波的三个基本物理量（四）超声波的三个基本物理量 1、超声波的振态 超声波的振态在固体中有纵波超声波的振态在固体中有纵波 、横波、横波 和表面波三种，而在液体和气体和表面波三种，而在液体和气体 中只有纵波振态，在超声

6、诊断中应用的是超声纵波中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。 2、超声波的三个基本物理量 超声波有三个基本物理量，即波长波长（wave length,）,频率频率（f）和声速声速 (velocity,C),它们之间的关系为： C=C=f f 也就是也就是=C/f=C/f （1-1-1） 频率频率 即一秒钟内声源振动的次数即一秒钟内声源振动的次数, ,以赫兹为单位，并常用1kHz、1MHz（1 Hz=1次/秒）。频率是周期的倒数，如振动周期为频率是周期的倒数，如振动周期为T T，则，则f=1/Tf=1/T。 声速声速 声波在某种介质中的传播速度声波在某种介质中的传播速度，即一秒钟传播的距

7、离，单位为米/秒 （m/s）。它与介质的弹性（它与介质的弹性（K）和密度（）和密度（）有关）有关, 而与超声的频率无关。声速在决定声阻抗以及回声测距精度上是重要因而与超声的频率无关。声速在决定声阻抗以及回声测距精度上是重要因 素。超声在人体软组织中平均速度为素。超声在人体软组织中平均速度为1540m/s,探测探测1cm深度目标所需时间为深度目标所需时间为 13.4s. 即即 C= k p ， ， 超声物理基础及图像基础（课件分享）7 波长波长 压力波的波峰被特殊的距离所分开，这个距离叫波长（压力波的波峰被特殊的距离所分开，这个距离叫波长（）。）。 波长表示声波在介质中传播时，两个相邻的周期质点

8、之间的长度。对纵波对纵波 来说，是两个相邻的稠密区（压缩区）中心点的波动距离。来说，是两个相邻的稠密区（压缩区）中心点的波动距离。振动的传播过 程就是波动（wave motion ） （a）传播声波的媒质 （介质）的分子 (b) 波长为的平面 连续压缩波的压力分布 图图1-1-21-1-2质点振动传播声波质点振动传播声波 超声物理基础及图像基础（课件分享）8 (五五) 声速、波长与介质的关系声速、波长与介质的关系 1、声速与介质的关系声速与介质的关系 （1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。 所以用不同频率的探头检查肝脏时，

9、声速基本相同。所以用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。 （2）.不同介质 同一频率的超声波在不同介质中传播的声速是不同的，同一频率的超声波在不同介质中传播的声速是不同的， 例如：1MHz超声波在0的水中为150Oms；在0的钢材中为6000ms； 在人体软组织中平均声速为1540ms。如图1-1-3所示：生物材料（组织） 中的超声速，粗横条代表实验测得的速度范围。 人体软组织的声速分布在人体软组织的声速分布在1500m/s1500m/s1680m/s1680m/s之间之间, ,利用超声方法对软组利用超声方法对软组 织测距存在一定的误差织测距存在一定的误差。而骨组织的声速则高于2800m/

10、s、肺组织的声速 大约在1200m/s以下，了解人体不同组织声速的分布对判断由超声测量引人体不同组织声速的分布对判断由超声测量引 起的误差是很有帮助的。起的误差是很有帮助的。 图1-1-3生物材料中的超声速 横条代表实验测的的速度范 围 超声物理基础及图像基础（课件分享）9 2 2、波长与介质的关系、波长与介质的关系 （1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频 率成反比。率成反比。 1MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为1.5mm。 3MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为0.5mm。 5MHz的超声波在人体软组织

11、中传播时，其波长为0.3mm， 所以频率越高的超声波在同一脏器组织中传播其波长愈短。所以频率越高的超声波在同一脏器组织中传播其波长愈短。 例如：用高频率的探头检查肝脏其波长也愈短。例如：用高频率的探头检查肝脏其波长也愈短。 （2）不同介质 同一频率的超声波，在不同介质内传播，因传播声同一频率的超声波，在不同介质内传播，因传播声 速不同，则波长也不相同。速不同，则波长也不相同。频率为3MHz的超声波在人体软组织中传播时， 其波长为05mm，而在空气中传播，其波长为0.114mm。 所以用同一种探头检查人体不同的组织时用同一种探头检查人体不同的组织时，由于声速存在差异，所以 波长也是不相同的波长也

12、是不相同的。 超声物理基础及图像基础（课件分享）10 超声波频率、波长、声速及人体组织的关系错误的超声波频率、波长、声速及人体组织的关系错误的是是： A、 不同频率的探头检查肝组织时，声速基本相同 B、 同一探头检查不同脏器时，声速不相同 C、 不同频率探头检查相同的脏器时，波长与频率成反比 D、 同一探头检查不同脏器时，波长不相同 E、 在肝脏检查中，频率高的探头其波长也愈长 声速与相关的关系中不对的声速与相关的关系中不对的是是： A、 声速与超声波的频率（f）有关 B、 声速与人体组织的弹性（k）有关 C、 声速与人体组织的密度（）有关 D、 声速与人体的特性阻抗（z）有关 E、 声速与测

13、量距离的精度有关 超声物理基础及图像基础（课件分享）11 人体组织的声像学特性，错误的是人体组织的声像学特性，错误的是 A.软组织、肌肉、骨组织声阻抗不同 B.在肝组织中， 3.5Mhz与5.0Mhz探头检查声速相同 C.在软组织中频率高的超声波波长愈短 D.正常肝组织与肝占位病灶组织密度相同 E.10Mhz超声波在虹膜中的声束大于巩膜中的声速 超声测距是按超声测距是按 1540 m/s 平均速度设置电子尺的，下列测平均速度设置电子尺的，下列测 量中哪项是错误的量中哪项是错误的 A.测量肝、胆、脾、胰误差很小 B.测量脂肪组织大于真实值（偏大） C.测量胎儿股骨长径时小于真实值（偏小） D.测

14、量颅骨钙化病灶测值偏小 E.测量眼组织玻璃体、角膜、虹膜无偏差 超声物理基础及图像基础（课件分享）12 二、超声波的物理性能 （一）、超声波对组织作用的信息变化 超声波入射人体组织后，超声波的能量将发生衰减，其损失包括吸收和 反射，如图1-1-4所示 图 1-1-4 超声作用于人体组织的信息变化 超声物理基础及图像基础（课件分享）13 （二）超声波的反射是超声成像的基础（二）超声波的反射是超声成像的基础 1 1分界面上的反射分界面上的反射 在两种不同介质的分界面传播时就可能发生反射和折射。在两种不同介质的分界面传播时就可能发生反射和折射。图 l-1-5表示一 种简单的情况，所示其反射性能受到介

15、质特性阻抗的影响。分界面两边的特分界面两边的特 性阻抗差将决定入射超声如何在透射和反射之间分配。性阻抗差将决定入射超声如何在透射和反射之间分配。 图 1-1-5 分界面上的 反射 2 2、介质的特性阻抗、介质的特性阻抗 介质特性阻抗 Z 等于它的密度和超声在其中的速度 C 的乘积，即： Z= C (l-1- 2) 物质的密度一般是固体液体气体，超声在介质中的速度是固体液物质的密度一般是固体液体气体，超声在介质中的速度是固体液 体气体，故声阻抗值一般也是固体液体气体。体气体，故声阻抗值一般也是固体液体气体。 人体软组织及实质性脏器的密度、声速和声阻抗与水相接近(因脏器内水 的成份约占6070)。

16、 超声物理基础及图像基础（课件分享）14 3, 3, 镜面反射镜面反射 如果特性阻抗相等，即 Z1Z时，称为均匀介质，则不产生反射，如果如果 特性阻抗不同，一部分超声波被反射。和光学情况一样，反射角等于入射角。特性阻抗不同，一部分超声波被反射。和光学情况一样，反射角等于入射角。 这种反射称为镜面反射这种反射称为镜面反射。其反射的能量占入射能量的比例，在入射方向垂直 于分界面时是最简单的情况。此时 图1-2-3 超声波的反射与透射 式中Z1是入射边介质的特性阻抗，Z2 是透射边介质的特性阻抗，反射程 度取决于Z1和Z2的相对值。Qi为声波 入射角,Qr为反射角,Qi=Qr, Qj为透 射角。 (

17、 透 射 系 数 ) r 1= 4 ZlZ2 ( Z1 十Z2) 2 R1十rI l （1-2-2） (反射系数 ) R1= 2 12 2 12 )( )( zz zz 超声物理基础及图像基础（课件分享）15 4.4.阻抗差异大的界面反射特性阻抗差异大的界面反射特性 从(l-1-3)或可知，当当Z Z1 1和和Z Z 相差很大时 相差很大时，无论Z1Z (固体 气体)或Z1Z (气体 固体)将会发生近乎全部反射而没有透射发生近乎全部反射而没有透射。如在 水和空气的界面上，其中： Z 水 1 . 4 9 2 k g m 2 s ( k g m -2 s -1 ) ， Z气=0.00428(kg

18、m-2s-1)，则反射回来的能量比为： 此时入射超声能量中有99被反射， 由此可见，超声从液体(或固体)向气体中传播几乎是不可能，反之从气 体向液体(或固体)中传播也几乎不可能。为什么说超声在人体诊断中对肺组超声在人体诊断中对肺组 织是困难的，就是因为肺组织中充满气体的缘故。织是困难的，就是因为肺组织中充满气体的缘故。 按同样的道理，在临床诊断时，要在探头与人体受检部位之间涂上足够在临床诊断时，要在探头与人体受检部位之间涂上足够 的超声耦合剂，以减少空气对声波传送的影响。的超声耦合剂，以减少空气对声波传送的影响。 R=（1.492-0.00428 1.492+0.00428 ）= 0.99 即

19、：99% 超声物理基础及图像基础（课件分享）16 5 5、阻抗差异小的界面反射特性、阻抗差异小的界面反射特性 如果如果Z Z1 1和和Z Z 相当接近，则反射很少。但只要有 相当接近，则反射很少。但只要有11的声阻抗差，就会产的声阻抗差，就会产 生反射波，所以超声波对软组织分辨力很高生反射波，所以超声波对软组织分辨力很高。 软组织的特性阻抗彼此非常接近，垂直于肝一肾分界面的人射声波中反射 回肝中的部分大约只占入射波能量的6。其余的94%透过界面送入肾。图1- 1-7示出生物材料的特性阻抗。 图中水平横条代表文献中报导的测量范围,软组织的特性阻抗都相当接 近1.5106kgm-2s-1,因此它们

20、的密度大致都在1000kg/m3左右,声速一般为 1500m/s.但肺的密度及声速都低得多,而骨骼的相应值侧高得多。 界面反射是超声波诊断的基础。界面反射是超声波诊断的基础。 图 1-1-7 生物材料的特性阻抗 超声物理基础及图像基础（课件分享）17 （三）、反（背）向散射是超声成像的重要信息来源反（背）向散射是超声成像的重要信息来源 1、散射散射 在介质特性以粗糙表面、小障碍物或一组小障碍物形式出现在介质特性以粗糙表面、小障碍物或一组小障碍物形式出现 时时( (只有几个波长或更小只有几个波长或更小) )，上面计算平面分界面上反射量的公式就不能用，上面计算平面分界面上反射量的公式就不能用， 这

21、时将有一部分能量被散射这时将有一部分能量被散射(Scattering)，其程度决定于几何条件。如图1- 1-8所示。每块面积把入射平面波作为球面子波加以散射，各子波组合起来便 形成再发射的超声分布。 （a）孤立的小点不连续性所引 起的球面散射 (b) 粗糙表面上的散射，散射场是 各孤立球面子波的合成。 (c) 一组小的颗粒引起的不连续性散 射，散射场为各子波合成。 图 1-1-8 引起超声散射的三 种情况 超声物理基础及图像基础（课件分享）18 2反（背）向散射反（背）向散射 在大小与超声波波长可比或比之更小的脏器 或组织内部的微小结构上进行的超声波的散射对形成软组织的超声图像 起了重要的促进

22、作用，可以认为超声波的这种反向散射形式构成了超声超声波的这种反向散射形式构成了超声 图像中的决定性的信息，是超声成像法研究内部结构的重要依据。图像中的决定性的信息，是超声成像法研究内部结构的重要依据。 标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数b，定义为： b = （1-1-4） 从组织中反向散射的能 量 (参考能量) (立体角) (距 离) 式中：参考能量等于脉冲的总能量。 所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。 3红细胞散射红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back sca

23、ttering） 是极有用的超声信息。是极有用的超声信息。 超声束内红细胞的数量越多，散射源也就越多，超声探头接收的反向超声束内红细胞的数量越多，散射源也就越多，超声探头接收的反向 散射信号的强度也就越大。散射信号的强度也就越大。 红细胞数目的多少与频移范围无关红细胞数目的多少与频移范围无关 。 采用频谱多普勒技术研究红细胞（血流）运动规律时，其信号是来自采用频谱多普勒技术研究红细胞（血流）运动规律时，其信号是来自 红细胞背向散射。红细胞背向散射。 超声物理基础及图像基础（课件分享）19 人体组织内引起超声波反射的条件是：人体组织内引起超声波反射的条件是： A、 人体组织声速有所不同 B、 人

24、体组织声阻抗存在差异 C、 人体组织对超声波产生发散 D、 人体组织对超声波频率改变 E、 人体组织的密度基本相同 采采用频谱技术研究血流运动规律，其信号来自：用频谱技术研究血流运动规律，其信号来自： A、 红细胞运动信号 B、 红细胞反射信号 C、 红细胞背向散射信号 D、 红细胞衍射信号 E、红细胞挠射信号 超声物理基础及图像基础（课件分享）20 （四）超声波的折射四）超声波的折射 1 1折射系数折射系数 由于超声在分界两边的声速不同，其声速之比决定折射（Eeflection） 程度。其间关系是： 2 1 sin sin c c j i 式中i为入射角，为j折射角，C1为入射边介质中超声声

25、速，C2为透射 边介质中超声声速。 根据超声波束的折射原理，采用超声速较大或较小，而衰减系数又很小的 材料作成超声聚焦透镜（Focusing lens），使声束聚焦至焦平面处，集中 超声能量，以有利于提高临床诊断效果。当两种介质的声速相差甚大时，由当两种介质的声速相差甚大时，由 于折射引起被测目标的变形，即产生伪象。于折射引起被测目标的变形，即产生伪象。 （1-1-5） 超声物理基础及图像基础（课件分享）21 2 2全内反射全内反射 折射角的大小取决于两种媒质的声速比n=c1/c2 ，当c2c1时,则折 射角ji，当入射角由0 逐渐增大到某一角度ik时,将有j =90,即折 射波沿界面传播，如

26、图1-1-9所示 图 1-1-9 全内反射角临界 示意图 而当入射角超过而当入射角超过ik ik时 时, ,入射声能将全部反射到媒质入射声能将全部反射到媒质1 1中中, ,故故ik ik称为 称为”全全 内反射临界角内反射临界角”。在临床检查中在临床检查中, ,应使探头放置正确的角度应使探头放置正确的角度, ,以避免由以避免由”全全 内反射内反射”引超的图像伪差。引超的图像伪差。 临界角引起全内反射 超声物理基础及图像基础（课件分享）22 ( (五五) )超声波的声场特性超声波的声场特性 1.1.声场分布声场分布:所谓超声场所谓超声场(Ultrasound field),(Ultrasound

27、 field),系指超声在弹性介质中系指超声在弹性介质中 传播时传播时, ,介质中充满超声波能量的空间区域介质中充满超声波能量的空间区域, ,叫作超声波的声场。叫作超声波的声场。 由换能器发出超声之后,呈狭窄的圆柱形分布,其直径与换能器压电晶 体之大小相接近,有明显的方向性,故称为超声束(Ultra sonic beam). 图 1-1-10 声速指向性 2、声束副瓣声束副瓣 近场区是一个复瓣区。形成许多大小不一的超声组成的 “花瓣”，如图1-1-10所示。只有其中心区利于诊断。副瓣在超声扫描时副瓣在超声扫描时 将产生伪象。将产生伪象。 超声物理基础及图像基础（课件分享）23 （六）超声波的衰

28、减特性（六）超声波的衰减特性 衰减的主要影响是逐步减弱由深处反射回声的振幅，使它们更难以检测。衰减的主要影响是逐步减弱由深处反射回声的振幅，使它们更难以检测。 在诊断中，要使用在诊断中，要使用STC以补偿声能的衰减。以补偿声能的衰减。 1、引起超声强度衰减原因： （1）由于“内摩擦”，超声波机械能变为热能被组织“吸收”。 （2）由于声束发散，散射及反射引起声束方向改变如图1-1-11所示 引起超声强度衰减的过 程 由于发散、散射或反射引起的 波束方向改变，使得流经某一 特定面积的超声波能量减小。 图 1-1-11 超声能量的衰减过程 超声物理基础及图像基础（课件分享）24 2 2、 衰衰减的表

29、达式减的表达式 声波的声强 I0与其传播距离 X的关系为：Ix IOe2x Ix为离声源距离 x点的超声声强，x为离声源之距离，以厘米表示，e为 自然对数之底，等于2.71。 式中 I0是 x0处的声强，为振幅衰减系数，是吸收和散射贡献的总 和，即=a+s，它几乎随频率而线性增加。声强或声压的衰减吸收以分 贝(dB)作单位。 分贝是个对数单位，采用它可以把相当大的电压比值用相当小的数值来分贝是个对数单位，采用它可以把相当大的电压比值用相当小的数值来 描述振幅比值。描述振幅比值。6dB代表系数2，20dB代表系数1.0,-6dB代表数0.5，-20dB 代表系数0.1。注意这些关系是很必要的。

30、组织的衰减系数用 dBcm作单位，生物组织的衰减系数不只决定组织 的厚度，而且也决定于超声的频率，生物组织的衰减系数与频率成正比，生物组织的衰减系数与频率成正比， 所以频率高的超声波在人体组织中衰减愈大，只适用浅部器官的检查频率高的超声波在人体组织中衰减愈大，只适用浅部器官的检查。 超声物理基础及图像基础（课件分享）25 超声在人体中传播特性，下列描述不对的是超声在人体中传播特性，下列描述不对的是 A.超声检查肺组织较困难是因为气与人体组织声阻抗 差异大 B.超声检查时要用耦合剂可减少气体干扰 C.由于超声折射，检查胎儿有时会发生畸变 D.因超声能量衰减，深部组织回声变弱 E E.由于超声波的

31、散射，结石后方产生“声影” 超声物理基础及图像基础（课件分享）26 3、人体组织衰减程度一般规律、人体组织衰减程度一般规律 人体软组织对超声波的吸收不仅与媒质的物理特性有关，而且与其生 理状态有关 。从临床实验得知，正常组织与病变组织对超声的反应不同，正常组织与病变组织对超声的反应不同， 癌组织对超声吸收较大，炎症组织次之。血液和眼前房液的吸收最小；肌癌组织对超声吸收较大，炎症组织次之。血液和眼前房液的吸收最小；肌 肉组织的吸收有所增加；纤维组织和软骨则能吸收大量能量；骨质的吸收肉组织的吸收有所增加；纤维组织和软骨则能吸收大量能量；骨质的吸收 更大。更大。 即：骨（或钙化）骨（或钙化） 肌腱（

32、或软骨）肌腱（或软骨） 肝脏肝脏 脂肪脂肪 血液血液 尿液（或胆汁）尿液（或胆汁） 液体内含蛋白成分的声衰越大，液体内含蛋白成分的声衰越大， 组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大，组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大， 超声物理基础及图像基础（课件分享）27 声衰程度 极低 甚低 低 中等 高 极高 尿液 肝肾 肌腱 骨 不同组织 胆汁 血液 脂肪 肌肉 软骨 钙化 和 囊液 心腔 瘢痕 肺(含气) 体液 胸腹水 脑 声影 +/ + 后方回声增强 + +/ 人体不同组织的声衰减比较人体不同组织的声衰减比较 超声物理基础及图像基础（课件分享）28 人体不同组织声衰减的程度不同，下面何项不妥：

33、人体不同组织声衰减的程度不同，下面何项不妥： A.骨骼、钙化极高 B.肌腱、瘢痕声衰减高 C.肝脏、肌肉属中等 D.皮下脂肪组织属低衰减 E.肺组织（含气）衰减程度更低 超声物理基础及图像基础（课件分享）29 以下对组织声衰减的描述不正确的是：以下对组织声衰减的描述不正确的是： A.骨衰减程度极高，其后方伴有声影 B.肌腱、软骨、瘢痕、衰减程度偏高，不伴有声影 C.肝、肾、肌肉、心脑组织中等衰减，不伴有声影 D.皮下脂肪衰减程度较低，不伴有声影 E.血液衰减甚低，不伴有声影 实性肺瘤声像图特征错误的是：实性肺瘤声像图特征错误的是： A.边界回声可光滑、整齐或不规则 B.外形常呈圆形、椭圆形或不

34、规则 C.内部有回声 D.后方回声均有衰减 E.侧方声影可有可无 超声物理基础及图像基础（课件分享）30 人体组织人体组织/体液回声强弱排列顺序，正确的是体液回声强弱排列顺序，正确的是： A.胰腺肝脏 B.肝脏 肾皮质 C.肾皮质 肾髓质 D.肾窦 胰腺 E.胆汁、尿液血液 人体组织中，最易引起声衰减的是人体组织中，最易引起声衰减的是： A.皮肤、皮下脂肪 B.肌肉 C.肌腱 D.肝、脾 E.肺组织 超声物理基础及图像基础（课件分享）31 （七）超声波的衍射（七）超声波的衍射 超声波在介质内传播过程中，如遇声阻不同的障碍物时，则声束方向超声波在介质内传播过程中，如遇声阻不同的障碍物时，则声束方

35、向 和声强将发生改变和声强将发生改变，其变化的程度与障碍物之大小及声阻有关。若障碍物 的直径大于 2。在该障碍物表面产生回声反射，在其边缘有少量绕射 发生。若障碍物直径等于或小于若障碍物直径等于或小于 2 2时，超声即绕过该障碍物而继续前时，超声即绕过该障碍物而继续前 进，反射则很少。这种现象叫做衍射进，反射则很少。这种现象叫做衍射(diffraction)。故超声波波长愈短，故超声波波长愈短， 能发现的障碍物愈小，这种发现障碍物之能力，称之为显现力。能发现的障碍物愈小，这种发现障碍物之能力，称之为显现力。 发生衍射现象时，在障碍物的后方有一块没有声振动的区域，称为 “声影”区。 散射和衍射的

36、重要区别在于散射时小障碍物又将成为新的声源，并向散射和衍射的重要区别在于散射时小障碍物又将成为新的声源，并向 四周发射超声波；而衍射时，超声波仅绕过障碍物的边缘前进。四周发射超声波；而衍射时，超声波仅绕过障碍物的边缘前进。 超声物理基础及图像基础（课件分享）32 （八）超声波的干涉 当两个或两个以上的声源同时向周围传播，介质内有些质点因为两 个声波的叠加，使振动幅度增加；有些质点则可以相互产生减弱作用。 这种现象叫做声的干涉。如图1-1-12所示。 图1-1-12 波的干涉 a为幅度加倍， b为相互抵消，合成为零， c为部分加强，部分减弱。 超声物理基础及图像基础（课件分享）33 三三, 超声

37、波的分辨力、穿透力超声波的分辨力、穿透力 分辨力分辨力 能在荧光屏上被分别 显示为两个点的最小间距的能力。 依方向不同可分为轴轴（纵）向分辨力和侧侧 （横）向分辨力。 (1) (1) 轴向分辨力轴向分辨力 轴向分辨力轴向分辨力 是指声束穿过介质中能被分辨为是指声束穿过介质中能被分辨为 前后两点的最小间距，它与超声前后两点的最小间距，它与超声 波的频率成正比。波的频率成正比。从单纯理论上计算所能 测到物体的最小直径，叫做最大理论分辨 力。在数值上为1/2。在实际的B型超声 设备中，轴向分辨力可以达2mm以下。 图1-2-10表示出不同频率的超声波的轴向 分辨力。 图1-2-13 轴向分辨率与频率

38、的关 系 超声物理基础及图像基础（课件分享）34 ( 2) 侧向分辨力侧向分辨力 侧向分辨力是指与声束相垂直的面上，能被分侧向分辨力是指与声束相垂直的面上，能被分 辨两点的最小间距。它与超声束的宽窄带有关。声束越窄（细），辨两点的最小间距。它与超声束的宽窄带有关。声束越窄（细）， 其侧向分辨力越好其侧向分辨力越好。如图1-2-11所示： 图1-2-14 声束宽窄与侧向分辨力的关系 超声物理基础及图像基础（课件分享）35 ( (3) 3) 分辨力的测量分辨力的测量 通常采用生物模块来测量超声波的轴向和侧向分辨力，图1-1-16（A） 为生物模块的照片。1-1-16（B）为实测的分辨力。 图1-1

39、-15（A）生物模块图1-1-15（B）为实测的分辨力图片 超声物理基础及图像基础（课件分享）36 ( (4)4)、穿透力、穿透力 分辨力的增加将以穿透力的损失为代价。所有的人体组织都表现出随 频率增加超声衰减也增加。 典 型 软 组 织 衰 减 系 数 为 0 . 5 d B / m m M H Z . 3 M H z 系 统 可 达 到 最 大 穿 透 力 为 2 2 0 m m （ a ） 5 M H z 系 统 可 达 到 最 大 穿 透 力 为 1 5 0 m m （ b ） 1 0 M H z 系 统 可 达 到 最 大 穿 透 力 为 5 0 m m （ c ） 60MHz系统可

40、达到最大穿透力为5mm（d） 由于人体软组织对超声的吸收衰减系数不同，其波长对探查结构的 容许尺寸的因素是有帮助的。应针对不同部位的诊断，可选择不同频率应针对不同部位的诊断，可选择不同频率 的超声探头。的超声探头。 图1-1-16在理想成像情况 下， 穿透力相对频率的关系 a b c d 超声物理基础及图像基础（课件分享）37 四四, 超声生物效应超声生物效应 一定强度的超声在生物体中传播时，通过它们之间一定的相互作用一定强度的超声在生物体中传播时，通过它们之间一定的相互作用 机制（热机制、机械机制或空化机制）致使生物体系的功能和结构发机制（热机制、机械机制或空化机制）致使生物体系的功能和结构

41、发 生变化。生变化。 超声物理基础及图像基础（课件分享）38 (1)空化作用空化作用： 所谓空化作用就是指在液体中产生强超声时，会所谓空化作用就是指在液体中产生强超声时，会 出现一种类似雾状的气泡出现一种类似雾状的气泡，此种现象称超声空化作用。这种现象类似日 常生活中所遇到的轮船推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样。这 种空化作用使超声具有强烈的破坏作用。 由于生物组织大多数属软组织，因此，在超声作用下，其细微结 构多少会发生形变。 在较大强度超声的作用下，如超声治疗所用的1W/cm2以上的剂量， 则生物组织会由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形变，以至则生物组织会由于超声空化作用而产生

42、不能复原的破坏性形变，以至 使细胞坏死和整个生物组织坏死使细胞坏死和整个生物组织坏死，这种强度剂量在超声治疗中，用以 粉碎结石、血栓。在外科手术中，用更强的超声来作为非侵入性手术刀。 但作为超声诊断，一般是禁止使用这种剂量的。 超声物理基础及图像基础（课件分享）39 (2) 热作用热作用： 生物组织在超声机械能的作用下，由于沾滞吸收，生物组织在超声机械能的作用下，由于沾滞吸收， 将一部分超声能转化为热能，使生物组织的温度上升将一部分超声能转化为热能，使生物组织的温度上升。 当超声辐射达到治疗剂量的强度时，热作用明显，并能使热量深入 人体组织器官，甚至还会随着血液传导热能。在用超声进行治疗中得

43、知，频率为800KHz、剂量为4w/cm2的超声照射20s后，会在组织器官 0.23cm的深处产生热作用，而起到治疗效果。(HIFU) (3) 化学作用化学作用: 超声的空化作用和热作用与化学作用是有机联系的； 化学作用是氧化和还原作用。 在高剂量超声情况下，因超声的化学作在高剂量超声情况下，因超声的化学作 用还会破坏有机结构的蛋白质用还会破坏有机结构的蛋白质 . 超声物理基础及图像基础（课件分享）40 (4)、超声诊断的安全因素、超声诊断的安全因素 超声诊断仪的输出脉冲声强是关系到人身安全的问题，尤其是孕产 妇、胎儿影响更甚 ，超声诊断仪的超声源已列入国家强制检定项目。美 国的510（K）导

44、侧对于超声诊断设备的超声辐射。针对人体不同部位作 规定 声强的定义声强的定义 空间峰值时间平均超强Ispta ： 在声场中或某一指定平面上的时间 平均声强的最大值。单位为w/cm2。 空间峰值脉冲平均声强Isppa ： 在声场中或某一指定平面内的脉 冲平均声强的最大值。单位为w/cm2。 最大声强度Imax： 在空间最大值处，具有最大时间平均声强的脉冲半 周期内的时间平均声强。单位为w/cm2。 真实声束声强Iob。 超声物理基础及图像基础（课件分享）41 (5) 限定值限定值 表1-6-1为美国食品药品局（FDA）规定的超声强度限定值。 限 名 定 称 Isppa W/cm2 Ispta w

45、/cm2 Imax w/cm2 值 部位 心 脏 190 430 310 脉 管 190 720 310 眼 部 28 17 50 胎儿等 190 94 310 超声物理基础及图像基础（课件分享）42 国际电工委员会国际电工委员会IEC115792也作出了规定：也作出了规定： Iob20mW/ cm2； Ispta100 mw/ cm2 如果超声诊断仪超出了这些规定值，必须公布其声输出的具体值。如果超声诊断仪超出了这些规定值，必须公布其声输出的具体值。 超声强度超出规定，将造成若干生物效应，如：育龄妇女早熟排卵、超声强度超出规定，将造成若干生物效应，如：育龄妇女早熟排卵、 受孕率下降，胎儿体重

46、减轻、生产后儿童发育迟缓等。受孕率下降，胎儿体重减轻、生产后儿童发育迟缓等。 (6) 超声照射时间及波形方式超声照射时间及波形方式 通常脉冲超声采用了短脉宽度，其平均声强是低的，与连续波超通常脉冲超声采用了短脉宽度，其平均声强是低的，与连续波超 声相比，脉冲波超声较为安全。声相比，脉冲波超声较为安全。 超声照射时间对生物组织会产生一定的影响，脉冲波声源可以照超声照射时间对生物组织会产生一定的影响，脉冲波声源可以照 射的时间在射的时间在30min内为好。在妊娠全过程期间使用超声诊断次数应控制内为好。在妊娠全过程期间使用超声诊断次数应控制 在在810次为好。次为好。 超声物理基础及图像基础（课件分

47、享）43 第二节第二节 超声诊断图像基础超声诊断图像基础 一、超声成像的一般规律一、超声成像的一般规律 回声来源：来自大界面的反射和散射体的散射。回声来源：来自大界面的反射和散射体的散射。 界面反射与声束角度：界面与声束角度对图像影响较大，球形病灶常界面反射与声束角度：界面与声束角度对图像影响较大，球形病灶常 仅有前后壁回声，侧壁声常常消失仅有前后壁回声，侧壁声常常消失形成侧声影。形成侧声影。 衰减对成像的影响：物体衰减特征主要表现在后方的回声。衰减对成像的影响：物体衰减特征主要表现在后方的回声。 囊性物体的声像图特征：内部为无回声区；前壁和后壁声增强；侧壁囊性物体的声像图特征：内部为无回声区

48、；前壁和后壁声增强；侧壁 回声消失；后方有回声增强和侧声影回声消失；后方有回声增强和侧声影. 多重反射：超声强反射界面，在界面后出现一系列的间隔均匀的依次多重反射：超声强反射界面，在界面后出现一系列的间隔均匀的依次 减弱的影像，成为多重反射，这是声束在探头与界面之间往返多次而形成。减弱的影像，成为多重反射，这是声束在探头与界面之间往返多次而形成。 超声物理基础及图像基础（课件分享）44 二二, 回声强度分级的条件回声强度分级的条件 1, 通常使用的分级术语通常使用的分级术语 (1) 高水平回声高水平回声也可统称为强回声或较强回声。 有的强回声常伴有声影；有的强回声伴随的 声影不明显 (2) 中

49、等水平回声中等水平回声亦称等回声。 (3) 低水平回声低水平回声亦称弱回声。还存在 着接近无 回声的很弱的回声，或“极低水平的 回声”。 (4) 无回声无回声 超声物理基础及图像基础（课件分享）45 2,2,回声强度的分级与描述回声强度的分级与描述 分级与描述分级与描述 典型的人体介质举例典型的人体介质举例 强回声强回声 （高水平回声）（高水平回声） 强回声伴有声影强回声伴有声影 胆结石胆结石（边缘清晰声影（边缘清晰声影 ） ） 胸膜肺组织胸膜肺组织（边缘模糊声影）（边缘模糊声影） 强回声伴有可疑声影强回声伴有可疑声影 前列腺较小结石前列腺较小结石 强回声 强回声/较强回声较强回声（不伴有声影

50、）（不伴有声影） 多数脏器的包膜，囊肿壁，多数脏器的包膜，囊肿壁， 肾中央区，肝脏小血管瘤肾中央区，肝脏小血管瘤 前列腺小结石前列腺小结石 等回声等回声（中等水平回声）（中等水平回声） 肝脏实质肝脏实质 心肌，子宫肌壁心肌，子宫肌壁 弱回声弱回声（低水平回声）（低水平回声） 典型的弱回声典型的弱回声/较低水平回声较低水平回声 皮下脂肪皮下脂肪 微弱回声微弱回声（极低水平回声）（极低水平回声） 血液、动静脉管腔血液、动静脉管腔 无回声无回声 正常的胆汁、尿液、脑脊液、玻璃体正常的胆汁、尿液、脑脊液、玻璃体 超声物理基础及图像基础（课件分享）46 囊肿和实性肿物的比较，以下描述何项不妥囊肿和实性肿

51、物的比较，以下描述何项不妥： A .典型的囊肿和实性肿物声像图，是容易鉴别的 B .单凭外形、内部回声、有无后方回声增强或侧边声影来 鉴别，均不可靠 C .囊肿内均无回声、实性肿物内均有回声，故容易鉴别。 D .部分小肿瘤如小肝癌，圆形、边界清晰、光滑，轻度后 方回声增强 E .有的恶性淋巴瘤呈圆形，边界清晰，光整，内部无回声 酷似囊肿 超声物理基础及图像基础（课件分享）47 胆道、泌尿系出血、感染时，胆汁、尿液回声强度变化规律是胆道、泌尿系出血、感染时，胆汁、尿液回声强度变化规律是 A .正常均匀性胆汁、尿液为无回声 B .混有血细胞的胆汁、尿液回声增多 C .混有凝血块的胆汁和尿液回声增多

52、显著且不均匀 D .混有微气泡的胆汁、尿液回声增多显著 E .以上均正确 超声物理基础及图像基础（课件分享）48 3, 人体组织，体液回声强度的一般规律人体组织，体液回声强度的一般规律 (1)均质性液体（介质）均质性液体（介质）: 如胆汁、尿液为无回 声。血液为很低回声。透明软骨、小儿肾锥 体，可以出现无回声或接近无回声。 (2)非均质性液体（介质非均质性液体（介质）: 尿液中混有血液和 沉淀，囊肿合并出血或感染时回声增加。纤 维化、钙化的软骨（非均质性改变） ，则 由原来的无回声（或接近无回声）变成有回 声。不能认为不能认为“液体均是无回声的，固体均液体均是无回声的，固体均 是有回声的是有回

53、声的”。 超声物理基础及图像基础（课件分享）49 以下人体组织、体液回声强度的描述，不正确的是以下人体组织、体液回声强度的描述，不正确的是 A.骨骼和钙化的组织，回声显著增强 B.软骨属于固体，但回声较弱甚至接近无回声 C. 均质性肝脏和脾脏呈低水平回声 D.非均质性液体如囊肿内合并出血，回声可以增多、增强 E.均质性液体如胆汁、尿液、通常为无回声 超声物理基础及图像基础（课件分享）50 三三、超声诊断的误诊因素：、超声诊断的误诊因素： 点状反射声源的横向变形（延伸）：点状反射声源的横向变形（延伸）：由于超声波束具有一定的宽度，所 以在声束扫描检查时，点状反射源（目标靶）的回声波，在荧屏上呈现

54、横向 （声束移动方向）延伸，表现为横向失真。 纵向变形：纵向变形：换能器激励电脉冲具有一定的宽度，它将引起界面或目标 靶的声反射波沿纵向变形，使没有厚度的界面也表现一定的厚度，在有强反 射界面或增益太大时，增厚现象更明显，甚至可使二条相邻介面重叠一条。 所以超声脉冲宽度是影响纵向变形和分辨率下降的一个重要原因。 重力变形重力变形：受检者的体位姿势对回声图像有明显影响。在各种不同体 位姿势下都会表现出上、下的垂直延伸变形。这就是体位不同时的重力变形。 反射和折射引起的变形反射和折射引起的变形：一个圆形体由线阵探头扫描，它可清楚的显示 与声速较垂直的近段和远段，而与声束接近平行的两侧难于显示或不能

55、显示， 在回声图像中会将圆形体表现为两侧无显像区的似圆非圆的变形图像。由于 声束的折射，对体内存在复杂的界面，会将其它方向的界面在声束直线方向 上表现出来，出现假的界面，从而使回声图像变形。 衰减变形衰减变形：当超声波不能到达部位，即使该部位存在一些强反射界面， 也不可能在那里产生回声，其回声图像表现为黑影。 （六）超声伪像包括：（六）超声伪像包括：A型超声；型超声；B型超声；多普勒超声；彩色血流成像；型超声；多普勒超声；彩色血流成像； 三维成像三维成像 超声物理基础及图像基础（课件分享）51 四四, , 临床常见的声像图伪像临床常见的声像图伪像 1. 混响混响 混响，亦被通俗地称为“多次反射

56、”。 （1）外部混响）外部混响 声波在探头表面与平整界面之间如此来回反射，直至完全衰减。声波在探头表面与平整界面之间如此来回反射，直至完全衰减。 这种混响声像图表现为特征性的等距离排列的多条回声，其强度这种混响声像图表现为特征性的等距离排列的多条回声，其强度 依次递减。依次递减。 经肋间和腹壁扫查时，此类混响伪像多见于胸膜经肋间和腹壁扫查时，此类混响伪像多见于胸膜-肺表面（正肺表面（正 常含气肺），腹壁肌常含气肺），腹壁肌-筋膜、腹直肌鞘膜的后方器官筋膜、腹直肌鞘膜的后方器官 ( 2）内部混响）内部混响 振铃伪像振铃伪像 胃肠道内的含气性内容物、人体内的某些异物（如子宫内节育 器、植入的人工瓣

57、膜、眼球内金属异物）等，由于声波在成堆的由于声波在成堆的 微气泡中或在异物中亦称微气泡中或在异物中亦称“靶靶” 中多次来回反射，故称内部混响。中多次来回反射，故称内部混响。 其声像图特点：彗星尾征。彗星尾的长短不一，其强度和大小 取决于含气量的多少和异物的形状、大小、性质。 超声物理基础及图像基础（课件分享）52 2,与声衰减有关的伪像与声衰减有关的伪像 声影和后方回声增强（透声性）声影和后方回声增强（透声性） （1）声影）声影 声影伪像常常由强烈反射和显著的声吸收和衰减引起。如含钙的结声影伪像常常由强烈反射和显著的声吸收和衰减引起。如含钙的结 石、瘢痕、骨骼、软骨等介质石、瘢痕、骨骼、软骨等

58、介质，除反射因素以外，如果它们的衰减值 超过1dB/1cm/1MHZ仪器设定的增益补偿范围，则发生后方回声显著 减少或无回声，亦称声影。 图1-2-1 多发性胆囊多发性胆囊 结石结石 声像图声像图 ST 结石 SH 声影 此侧若无声 影，胆囊内 小结石易被 漏检。 RK 右肾 图图1-2-2 皮肤瘢痕声像皮肤瘢痕声像 图图 SC 瘢痕（位于真皮层） SH 声影（位于皮下组织 内） 超声物理基础及图像基础（课件分享）53 （2）后方回声增强（透声性）后方回声增强（透声性） 当介质声衰减值低于假定声衰减值时，出现透声现象。例如， 囊肿后壁及其后方组织回声显著增强囊肿后壁及其后方组织回声显著增强（图

59、5-3-10）。胆囊、膀胱、 饮水后充盈的胃、胸腹水等均有类似的透声性。 图图1-2-3 肾囊肿声像图肾囊肿声像图 示囊肿后方回声增强（透声性） 超声物理基础及图像基础（课件分享）54 3,部分容积效应伪像部分容积效应伪像 超声声束扫描有一定的宽度超声声束扫描有一定的宽度。声束的宽度尤其在非聚焦区内（近场 和远场区）的宽度不容忽视。超声扫描所获声像图，代表一定厚度范围 内体层容积中回声信息在厚度方向的叠加。扫描声束愈宽，这种回声信 息叠加现象愈严重。亦称为声束厚度伪像。 准备超声导向对于小囊肿、小淋巴结进行穿刺时，尤其对于位置较 深的小病变，要特别提防部分容积效应所至伪像（以为“针尖刺入靶 标

60、”）。 超声物理基础及图像基础（课件分享）55 下列哪项与切面（断层）厚度伪像有关下列哪项与切面（断层）厚度伪像有关： A.发射超声的波长的宽度 B.发射超声频带的宽度 C.发射超声声束的宽度 D.发射超声的重复频率 E.发射超声的能量过高 超声物理基础及图像基础（课件分享）56 4,旁瓣伪像旁瓣伪像 探头发射的声束有主瓣和旁瓣之分。在超声发射后，这些旁瓣也会探头发射的声束有主瓣和旁瓣之分。在超声发射后，这些旁瓣也会 接收来自不同方向的回声，使声像图产生凌乱的甚至令人费解的回声接收来自不同方向的回声，使声像图产生凌乱的甚至令人费解的回声 干扰干扰。离体标本图像以外同时出现许多杂乱无章的回声反射