超声基础理论

1、超声概念及超声成像基本原理合肥市第二人民医院主任医师 硕士导师杨晓第1页（一）超声波定义 声源振动频率 2万赫兹（Hz）机械波为超声波。 超声诊疗所用声源振动频率普通为：110兆赫（MHz），惯用为：2.55.0 MHz。第2页（二）超声波主要物理量 1、波长（） 在波传输方向上，质点完成一次振动距离，单位是mm。 2、周期(T) 质点完成一次振动时间。第3页 3、频率（f） 单位时间内质点完成一个振动过程次数，单位是赫兹（Hz）。第4页 4、声速（c） 单位时间内声波在介质中传输距离, 单位是m/s，人体软组织平均声速为1540m/s。 c = f . 并与介质弹性（E）和密度（ ）相关第5

2、页 （三）超声波方向性 直线传输。可获定向传输超声波束。 在相同声源直径条件下，频率越高，波长越短，束射性或方向性越强。第6页 （四）声源、声束、声场与分辨力 1. 声源 能产生超声物体称为声源，通常采取压电陶瓷、压电有机材料或混合压电材料组成。声源由超声换能器发出。第7页第8页 2. 声束 从声源发出声波，普通在一个较小立体角内传输。其中心轴线称为声轴，为声束传输主方向。声束两侧边缘间距离称为束宽。第9页 3. 近场与远场 超声束各处宽度不等。在临近探头一段距离内，束宽几乎相等，称为近场；远方为远场。第10页第11页 4. 分辨力分基本分辨力和图像分辨力 （1）基本分辨力： 1）轴向分辨力

3、沿声束轴线方向分辨力。其优劣影响靶标在深浅方向精细度。分辨力佳则在轴向图像点细小、清楚。通惯用3-3.5MHz探头时，轴向分辨力在1mm左右。第12页 2）侧向分辨力 指在与声束轴线垂直平面上在探头长轴方向分辨力。声束越细，侧向分辨力越好。第13页第14页 3）横向分辨力 指在与声束轴线垂直平面上在探头短轴方向分辨力（有称厚度分辨力）。第15页 （2）图像分辨力 指组成整幅图像目标分辨力。有细微分辨力和对比分辨力。第16页二、人体组织声学参数（一）密度（ ） 组织、脏器声学密度，单位为g/cm3。第17页 （二）声速（C） 单位为m/s。普通固体物含量高者声速最高，含纤维组织（主要成份为胶原纤

4、维）高者，声速较高，含水量较高软组织声速较低，液体声速更低，含气脏器中气体声速最低。第18页 （三）声阻抗（Z） 各种回声图像主要由声阻抗差异造成。系密度与声速乘积，单位为g/cm2.s。第19页 （四）界面 两种声阻抗不一样物体接触在一起时，形成一个界面。接触面大小称为界面尺寸。尺寸小于波长时名小界面，反之称为大界面。第20页三、人体组织对入射超声作用第21页 （一）散射 小界面对入射超声产生散射现象，使入射超声部分能量向各个空间方向分散辐射。返回至声源能量甚低。散射来自脏器内细小结构，临床意义十分主要。第22页第23页 （二）反射 超声波入射到比本身波长大大界面时，入射声波较大部分能量被该

5、界面阻挡而返回，这种现象称之为反射。第24页 大界面对入射超声产生反射现象，使入射超声能量较大部分返回至声源。入射角与反射角相等。第25页第26页 （三）折射 组织、脏器声速不一样，声束经过其大界面时，前进方向改变称为折射。 （四）绕射 又名衍射。声束绕过物体后，又以原来方向偏斜传输。第27页 （五）衰减 系声波轴向振动与介质之间摩擦致能量消耗结果，它与超声探头频率及声波运行距离相关。在正常及病理情况下，组织衰减会发生改变。第28页 （六）多普勒效应 当一定频率超声波由声源发射并在介质中传输时，如碰到与声源作相对运动界面，则其反射超声波频率随界面运动情况而发生改变，称之为多普勒效应（Doppl

6、er effect）。第29页 1842年，奥地利数学家及天文学家克约斯琴.约翰.多普勒发觉，当星球与地球近向运动时，光色向光谱紫色端移位，表明光波频率增高；第30页 向红色方向移位，表明光波频率降低。其差称为多普勒频移。这种物理学效应命名为多普勒效应。此亦适合用于各种类型波源和接收器之间相对运动。第31页第32页第33页 多普勒方程： fd =2V.cos fo c fd :多普勒频移；fo:发射频率；V:血流速度；:声束与血流夹角；c:超声波在介质中传输速度。第34页 实际应用中fo:即为换能器（探头）频率；c：超声波在人体软组织中平均传输速度为1540m/s。第35页 多普勒频移与声速成

7、正比。为取得最大血流信号，应使声束与血流方向尽可能平行（角尽可能小）。第36页四、人体组织声学分型 （一）无反射型：液性组织（如：血液、尿液、心包积液、胸水、腹水、胆汁、羊水等）。第37页（二）少反射型：基本均质实质性组织（如：肝脏、肾脏、脾脏、心肌、瓣膜等）。第38页（三）多反射型：结构较复杂、致密，排列无一定规律实质性组织（如：乳腺、心外膜、肾包膜、骨骼等）。第39页（四）全反射型：含气组织（如：肺、胃、肠等）。超声检验时使用偶合剂，就是为了预防探头与皮肤之间存在空气，影响探查。第40页 五、超声诊疗原理 高频脉冲发生器换能器（将电能转变为声能）组织界面（反射）换能器（将声能转变为电能）接

8、收放大装置示波管显示系统（显示图像）。 换能器即为超声检验用探头。第41页第42页 六、超声生物效应 产生超声生物效应主要物理机制有：热机制、机械机制、空化机制。当超声剂量（声强）超出要求，将造成若干生物效应。第43页 诊疗用超声剂量（声强）限定值，Ispta100mWcm2，一次超声照射时间 10-20分钟。第44页七、超声伪像 第45页1.混响效应 声束扫查体内平滑大界面时，部分能量返回探头表面之后，又从探头平滑面再次反射第二次进入体内。第46页 为屡次反射一个。多见于膀胱前壁、胆囊底、大囊肿前壁，可被误诊为壁增厚、分泌物或肿瘤等。第47页第48页2.镜像效应 镜像效应亦可名为镜面折返虚像

9、。声束碰到深部平滑镜面时，反射回声如测及离镜面较靠近靶标后，按入射路径反射折回探头。第49页 此时，在声像图上所显示者，为镜面深部与此靶标距离相等、形态相同图像。镜像效应必须在大而光滑界面产生，常见于横膈附近。一个实质性肿瘤或液性占位可在横膈两侧同时显示，较横膈浅一处为实影，深者为虚影或镜像。第50页第51页3.声影 声影指在常规DGC正赔偿调整后，在组织或病灶后方所演示回声低弱甚或靠近无回声平直条状区。系声路中含有较强衰减体所造成。第52页高反射系数物体（如气体）、高吸收系数物体（如骨骼、结石、瘢痕）下方含有声影，二者兼具则声影更显著。第53页第54页4. 高衰减结构 超声能量消耗甚多，其后

10、方回申显著减弱，常见于肌腱、软骨、瘢痕之后，提升仪器“增益”仍可显示少许回声信号第55页5.后方回声增强 声束向深部传输时不停衰减，设计者为使图像显示均匀，加入了深度增益赔偿（DGC）调整系统。后壁增强效应是指在常规调整DGC系统下所发生图像显示效应，第56页 而不是声能量在后壁被其它任何物理能量所增强效应。此效应常出现在囊肿、脓肿及其它液区后壁，但几乎不出现于血管后壁。有些小肿瘤如小肝癌、血管瘤后壁，亦可略见增强。第57页第58页6. 旁瓣效应 旁瓣效应系指第1旁瓣成像重合效应。声源所发射声束含有一最大主瓣，普通处于声源中心，其轴线与声源表面垂直，名主瓣。第59页 主瓣周围有对称分布数对小瓣，称旁瓣。旁瓣重合于主瓣上，形成