第四章 超声成像

1、 超声（超声（ultrasound）是指每秒振动频率超过）是指每秒振动频率超过2万赫兹即超万赫兹即超过人耳听觉范围的声波。超声成像（过人耳听觉范围的声波。超声成像（ultrasonOgraphy，USG）就是利用超声波的物理特性与人体组织器官的声学）就是利用超声波的物理特性与人体组织器官的声学特性相互作用后所产生的信息，经处理形成图像，并藉此特性相互作用后所产生的信息，经处理形成图像，并藉此进行疾病诊断的检查技术。进行疾病诊断的检查技术。 超声成像在过去的三十年内有了长足的发展。从早期超声成像在过去的三十年内有了长足的发展。从早期A型型一维超声成像，发展到实时二维和三维超声成像；由黑白一维超声

2、成像，发展到实时二维和三维超声成像；由黑白灰阶超声成像发展到彩色血流显像。谐波成像、组织多普灰阶超声成像发展到彩色血流显像。谐波成像、组织多普勒成像等新型成像技术和腔内超声、器官声学造影等新型勒成像等新型成像技术和腔内超声、器官声学造影等新型检查技术的开展以至介入超声的应用，进一步扩大了超声检查技术的开展以至介入超声的应用，进一步扩大了超声成像的应用领域，使得超声成像在疾病的诊断和治疗中发成像的应用领域，使得超声成像在疾病的诊断和治疗中发挥愈来愈重要的作用，已成为医学影像学的重要支柱。挥愈来愈重要的作用，已成为医学影像学的重要支柱。 第一节第一节 超声成像的基本原理和设备超声成像的基本原理和设

3、备 第二节第二节 超声检查技术超声检查技术 第三节第三节 超声临床应用超声临床应用 一、超声成像的基本原理一、超声成像的基本原理 二、超声成像设备二、超声成像设备（一）超声成像的物理基础（一）超声成像的物理基础 超声波是波长短、频率高的机械波。医学上所用超声波频超声波是波长短、频率高的机械波。医学上所用超声波频率一般为率一般为1.01.030.0MHz30.0MHz，而以，而以2.52.512.0MHz12.0MHz最常用。超声最常用。超声成像与超声波的一些物理性质及人体组织结构的声学特性成像与超声波的一些物理性质及人体组织结构的声学特性有关，分述如下：有关，分述如下： （一）压电效应（一）压

4、电效应 某些天然或人工合成的晶体具有特殊性某些天然或人工合成的晶体具有特殊性质，即其两端在外在拉力或压力作用下，两端表面产生相质，即其两端在外在拉力或压力作用下，两端表面产生相反电荷；反之，若在两端施加交变电场，晶体就出现与交反电荷；反之，若在两端施加交变电场，晶体就出现与交变电场频率相同的机械振动。这种压力（机械能）与电能变电场频率相同的机械振动。这种压力（机械能）与电能相互转换的现象称为压电效应。超声成像所用的探头就是相互转换的现象称为压电效应。超声成像所用的探头就是利用这种压电效应，由电能转换为机械能产生超声波进入利用这种压电效应，由电能转换为机械能产生超声波进入体内，并接受人体返回的声

5、波进而转变为电信号。体内，并接受人体返回的声波进而转变为电信号。 2. 束射性或指向性束射性或指向性 超声波与一般声波不同。由于其频率超声波与一般声波不同。由于其频率很高、波长很短，而像在介质内呈直线传播，具有良好的很高、波长很短，而像在介质内呈直线传播，具有良好的束射性或指向性，这是超声检查对人体特定器官结构进行束射性或指向性，这是超声检查对人体特定器官结构进行探测的基础。声束在远场区有一定的扩散，为此超声成像探测的基础。声束在远场区有一定的扩散，为此超声成像多采用聚焦式声束，以提高成像质量。多采用聚焦式声束，以提高成像质量。 3. 反射、折射和散射反射、折射和散射 当超声波由一种介质向另一

6、种介质当超声波由一种介质向另一种介质传播时，由于两种介质的声阻抗不同，在其分界面上，部传播时，由于两种介质的声阻抗不同，在其分界面上，部分声束返回第一种介质称为反射，而部分声束进人第二种分声束返回第一种介质称为反射，而部分声束进人第二种介质称为折射或透射。反射波的强弱与两种介质的声阻抗介质称为折射或透射。反射波的强弱与两种介质的声阻抗差成正比，如声波遇到组织与空气或骨质的界面，由于它差成正比，如声波遇到组织与空气或骨质的界面，由于它们的声阻抗差很大而发生全反射。们的声阻抗差很大而发生全反射。 超声波在介质内传播时，若遇到远小于声波波长且声阻抗超声波在介质内传播时，若遇到远小于声波波长且声阻抗不

7、同的微小粒子（如红细胞），则微小粒子将形成新的波不同的微小粒子（如红细胞），则微小粒子将形成新的波源，并向各方向发射声波，称为散射。超声检查，根据散源，并向各方向发射声波，称为散射。超声检查，根据散射情况可评估人体组织器官的声学特性和功能状态。射情况可评估人体组织器官的声学特性和功能状态。 4衰减与吸收衰减与吸收 超声波在介质传播时，声波随传播距离增超声波在介质传播时，声波随传播距离增加而减小，这种现象称为衰减。超声波的衰减原因除反射加而减小，这种现象称为衰减。超声波的衰减原因除反射和散射外，还与介质的吸收有关。吸收是指由于介质的粘和散射外，还与介质的吸收有关。吸收是指由于介质的粘滞性、导热性

8、和弛豫性所造成的声能损失。不同组织对超滞性、导热性和弛豫性所造成的声能损失。不同组织对超声波吸收的程度不同，主要与组织中蛋白质和水含量有关声波吸收的程度不同，主要与组织中蛋白质和水含量有关，并且受到超声波频率的影响。，并且受到超声波频率的影响。 5多普勒效应多普勒效应 当超声波声源与介质界面发生相对运动时当超声波声源与介质界面发生相对运动时，介质接受的频率与声源发射的频率产生差异（频移），介质接受的频率与声源发射的频率产生差异（频移），这种现象称为多普勒效应（这种现象称为多普勒效应（Doppler effect）。如界面朝）。如界面朝向探头运动，频率增高；若背离探头运动，频率减低；界向探头运动

9、，频率增高；若背离探头运动，频率减低；界面运动越快，则频移的数值越大，反之亦然。超声波的多面运动越快，则频移的数值越大，反之亦然。超声波的多普勒效应已广泛用于心血管血流动力学检测。普勒效应已广泛用于心血管血流动力学检测。 6. 人体组织的声学特性人体组织的声学特性 人体内组织包括病理组织的结构复人体内组织包括病理组织的结构复杂，声学特性有很大差异。如在二维灰阶超声图上，不同组杂，声学特性有很大差异。如在二维灰阶超声图上，不同组织呈不同的回声，而表现为不同的灰度：织呈不同的回声，而表现为不同的灰度： 强回声，如骨骼、结石和钙化组织的回声，图像上明亮，后方常强回声，如骨骼、结石和钙化组织的回声，图

10、像上明亮，后方常伴有声影；伴有声影； 高回声，如肾窦等组织的回声，图像上较明亮；高回声，如肾窦等组织的回声，图像上较明亮； 中等回声，如正常肝、脾等组织的回声，图像上呈细颗粒状中等中等回声，如正常肝、脾等组织的回声，图像上呈细颗粒状中等灰度；灰度； 低回声，如肾皮质等组织的回声，图像上为较低灰度；低回声，如肾皮质等组织的回声，图像上为较低灰度； 弱回声，如正常肾锥体和淋巴结的回声，图像上的灰度要更低；弱回声，如正常肾锥体和淋巴结的回声，图像上的灰度要更低； 无回声，如肝肾囊肿、胆囊和膀胱内为均匀液体，不产生回声，无回声，如肝肾囊肿、胆囊和膀胱内为均匀液体，不产生回声，图像上为无回声暗区，并有后

11、方回声增强。图像上为无回声暗区，并有后方回声增强。（二）超声成像的基本原理（二）超声成像的基本原理 1A型超声型超声 属一维超声。其成像基本原理属一维超声。其成像基本原理为单声束在传播途径中遇到不同声阻抗的为单声束在传播途径中遇到不同声阻抗的各个界面时产生一系列回声，这些回声以各个界面时产生一系列回声，这些回声以波的形式显示出来，并以波幅的变化来反波的形式显示出来，并以波幅的变化来反映回声的强弱，为幅度调制型显示。映回声的强弱，为幅度调制型显示。A型超型超声用于测量界面的距离、脏器的径线以及声用于测量界面的距离、脏器的径线以及反映病变的物理特征等，但由于定位、定反映病变的物理特征等，但由于定位

12、、定性均欠准确，故目前临床上已很少应用。性均欠准确，故目前临床上已很少应用。 2B型超声型超声 为二维超声。其采用多声束对检查平为二维超声。其采用多声束对检查平面快速顺序扫查（扇形扫查或线阵扫查等），并面快速顺序扫查（扇形扫查或线阵扫查等），并将每条声束的回声依其深度和强弱重新组成检查将每条声束的回声依其深度和强弱重新组成检查平面的二维图像。平面的二维图像。B型超声是用亮度反映回声的型超声是用亮度反映回声的强弱，属于灰度调制型显示（图强弱，属于灰度调制型显示（图a、b）。由于成）。由于成像速度快，故重复扫描可在极短时间内获得多幅像速度快，故重复扫描可在极短时间内获得多幅图像，当超过图像，当超过

13、24帧秒时，便能显示脏器的活动帧秒时，便能显示脏器的活动状态，即为实时成像。状态，即为实时成像。B型超声由于能够清晰显型超声由于能够清晰显示脏器形态、解剖层次、动态变化和毗邻关系以示脏器形态、解剖层次、动态变化和毗邻关系以及血管和其他管形结构的分布，因此是目前临床及血管和其他管形结构的分布，因此是目前临床上应用最为广泛的超声检查方法，而在心脏检查上应用最为广泛的超声检查方法，而在心脏检查时，时，M型和型和D型超声亦需与型超声亦需与B型超声结合应用才能型超声结合应用才能更好地发挥作用。更好地发挥作用。(a)二维灰阶超声图，胆囊腔（二维灰阶超声图，胆囊腔（GB）为无回声暗区，）为无回声暗区，胆囊结

14、石（胆囊结石（s）为强回声伴后方声影；）为强回声伴后方声影；b二维灰阶超声图，肝组织（二维灰阶超声图，肝组织（RL，肝右叶）为中等，肝右叶）为中等回声，是细颗粒状中等灰度；回声，是细颗粒状中等灰度； c d同一例，同一例，c心脏二维灰阶超声图，心脏二维灰阶超声图，d为为c图中虚线部位的图中虚线部位的M型超声图；型超声图； e f同一例，同一例，e心脏四个房室腔的二维灰阶超声图，心脏四个房室腔的二维灰阶超声图，f为为e图断面的彩色多普勒血流显像；图断面的彩色多普勒血流显像； g h同一例，同一例，g胎儿矢状面二维灰阶超声图，胎儿矢状面二维灰阶超声图，h胎儿的三维超声的立体显示胎儿的三维超声的立体

15、显示 3M型（型（motion mode）超声）超声 为单声束为单声束B型扫描中取样获得活动界面回声，再以慢型扫描中取样获得活动界面回声，再以慢扫描方法将活动界面展示，则反射光点在扫描方法将活动界面展示，则反射光点在显示屏上自左向右移动显示，而获得显示屏上自左向右移动显示，而获得“距距离离时间时间”曲线。曲线。M型超声亦属于灰度调制型超声亦属于灰度调制型显示，主要用于检查心脏和动脉等搏动型显示，主要用于检查心脏和动脉等搏动器官。器官。 4D型超声型超声 是利用超声波的多普勒效应原是利用超声波的多普勒效应原理，来探测心脏血管内血流方向、速度和理，来探测心脏血管内血流方向、速度和状态的方法。根据显

16、示方式，分为状态的方法。根据显示方式，分为 频谱型多普勒和彩色多普勒血流显像（频谱型多普勒和彩色多普勒血流显像（color Doppler flow lmaging，CDFI），），其中频谱型多普勒又分为脉冲波多普勒（其中频谱型多普勒又分为脉冲波多普勒（pulsed wave Doppler，PWD）和连续波）和连续波多普勒（多普勒（continuous wave Doppler，CWD）。）。 在频谱型多普勒，流动血流的频移信号是在频谱型多普勒，流动血流的频移信号是以频谱的方式进行显示，即朝向探头和背以频谱的方式进行显示，即朝向探头和背向探头流动血流的频移信号分别显示在频向探头流动血流的频移

17、信号分别显示在频谱图基线的上方和下方。频谱图的横轴和谱图基线的上方和下方。频谱图的横轴和纵轴分别代表时间和频移的大小。频谱型纵轴分别代表时间和频移的大小。频谱型多普勒检查时，频移值的范围通常为多普勒检查时，频移值的范围通常为1l0KHz，该频率的声波在人耳听觉阈之内，该频率的声波在人耳听觉阈之内，故当其转换为音频信号并由扬声器播放时故当其转换为音频信号并由扬声器播放时，亦可大致提供血流方面的信息。，亦可大致提供血流方面的信息。 彩色多普勒血流显像（彩色多普勒血流显像（CDFI）是利用多普勒效应）是利用多普勒效应原理，获得二维超声切面内多点的频移信号，以原理，获得二维超声切面内多点的频移信号，以

18、彩色方式进行显示，并叠加在相匹配的二维灰阶彩色方式进行显示，并叠加在相匹配的二维灰阶图像上。图像上。CDFI上，应用红、蓝、绿三色显示血流上，应用红、蓝、绿三色显示血流的频移信号，其中朝向探头的正向血流通常以红的频移信号，其中朝向探头的正向血流通常以红色表示，背离探头的负向血流则以蓝色表示，而色表示，背离探头的负向血流则以蓝色表示，而湍流的方向复杂多变，为五彩镶嵌样色彩。血流湍流的方向复杂多变，为五彩镶嵌样色彩。血流速度越快则色彩越明亮，速度越慢则色彩越暗淡速度越快则色彩越明亮，速度越慢则色彩越暗淡。因此，。因此，CDFI能够直观血流的分布、速度和方向能够直观血流的分布、速度和方向。不同类型超

19、声诊断仪的配置有所差异，但不同类型超声诊断仪的配置有所差异，但基本配置包括换能器（亦称探头）、主机和基本配置包括换能器（亦称探头）、主机和相应的处理软件及图像显示和记录系统。相应的处理软件及图像显示和记录系统。 1超声探头超声探头 是在主机控制下完成超声波的发射与是在主机控制下完成超声波的发射与接受的部件。探头有多种类型：接受的部件。探头有多种类型： 依声束驱动方式分为机械探头和电子探头；依声束驱动方式分为机械探头和电子探头； 依使用类别分为检查心脏的扇形探头和环阵探头，依使用类别分为检查心脏的扇形探头和环阵探头，检查腹部用的线阵探头、凸阵探头和梯形探头，检检查腹部用的线阵探头、凸阵探头和梯形

20、探头，检查小器官的高频（查小器官的高频（715MHz）线阵探头，以及各）线阵探头，以及各种腔内探头、穿刺探头和术中探头等。种腔内探头、穿刺探头和术中探头等。 2主机和相应处理软件主机和相应处理软件 负责控制超声诊断负责控制超声诊断仪的运转，包括超声波的发射、接收、信仪的运转，包括超声波的发射、接收、信息采集和处理以及图像显示和记录等。息采集和处理以及图像显示和记录等。 3图像显示和记录系统图像显示和记录系统 用于实时显示图像用于实时显示图像和资料保存。由显示屏、黑白和彩色视频和资料保存。由显示屏、黑白和彩色视频打印机打印机 照相机和各种录像装置构成。照相机和各种录像装置构成。第二节第二节 超声

21、检查技术超声检查技术一、普通超声检查一、普通超声检查 普通超声检查通常包括二维超声检查和多普通超声检查通常包括二维超声检查和多普勒超声检查。检查前要做好准各工作，普勒超声检查。检查前要做好准各工作，如腹部检查应在空腹时进行，盆腔检查则如腹部检查应在空腹时进行，盆腔检查则需适度充盈膀胱。检查一般采取仰卧位，需适度充盈膀胱。检查一般采取仰卧位，并根据需要加行侧卧、俯卧并根据需要加行侧卧、俯卧 半卧和站立位半卧和站立位检查。检查时，需在皮肤表面涂匀耦合剂检查。检查时，需在皮肤表面涂匀耦合剂，探头紧贴皮肤进行扫查。，探头紧贴皮肤进行扫查。 1二维超声检查二维超声检查 能清晰、直观、实时地显示各脏器形态

22、能清晰、直观、实时地显示各脏器形态结构、空间位置和回声情况及其异常改变，为超声检查的结构、空间位置和回声情况及其异常改变，为超声检查的基础。基础。 2多普勒超声多普勒超声 PWD能对心血管腔内某一点处血流方向、速度及性质进能对心血管腔内某一点处血流方向、速度及性质进行定量分析，但测量速度有一定限度。行定量分析，但测量速度有一定限度。 CWD则可对心血管腔内的高速血流的速度及性质进行定则可对心血管腔内的高速血流的速度及性质进行定量分析，并能克服量分析，并能克服PWD测量血流速度的限制，但不能了测量血流速度的限制，但不能了解异常血流产生的准确部位。解异常血流产生的准确部位。 CDFI能实时显示血流

23、状况，一目了然，检查快速，不足能实时显示血流状况，一目了然，检查快速，不足之处是对血流速度只能粗略估计。之处是对血流速度只能粗略估计。 因此，通常的方法是先用因此，通常的方法是先用CDFI进行全面观察，发现异常进行全面观察，发现异常后，再用后，再用PWD和和CWD对重点部位进行取样，以便更准确对重点部位进行取样，以便更准确测量血流方向、速度及其他各种参数。测量血流方向、速度及其他各种参数。二、超声检查新技术二、超声检查新技术 1组织多普勒成像组织多普勒成像 是应用多普勒效应原理定量检测心肌是应用多普勒效应原理定量检测心肌局部运动的技术，检测结果以频谱形式显示。局部运动的技术，检测结果以频谱形式

24、显示。 2彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图 该技术是利用血管内红细胞等运动该技术是利用血管内红细胞等运动散射体的频移信号强度或能量为成像参数，进行二维彩色散射体的频移信号强度或能量为成像参数，进行二维彩色成像的方法。与成像的方法。与CDFI不同，色彩的亮度不再代表血流速不同，色彩的亮度不再代表血流速度，而是与产生频移信号的红细胞数有关。该技术常与声度，而是与产生频移信号的红细胞数有关。该技术常与声学造影技术合用，以观察脏器的血流灌注情况。学造影技术合用，以观察脏器的血流灌注情况。 3腔内超声检查腔内超声检查 包括经食管超声心动图、血管内超声、包括经食管超声心动图、血管内超声、经直肠超声和经阴道超声等，用以检查相应和毗邻脏器的经直肠超声和经阴道超声等，用以检查相应和毗邻脏器的病变。病变。 4声学造影检查 是将内含有微小气泡的对比剂经血管注入，以使心血管和靶器官显示的技术。其能为疾病诊断和鉴别诊断提供重要依据。 5实时三维超声成像 能够实时三维显示脏器的空间位置、心脏瓣膜的开放及心内缺损口的大小等，有利于疾病的检出和诊断。第三节第三节 超声临床应用超声临床应用 超声检查由于操作简便