第四章 超声成像(第一节至第四节)

主编：南京医科大学吴小玲编者：新疆医科大学马远新锦州医科大学王亚平青岛大学童家明医学影像物理学第四章超声成像

第一节超声回波所携带的信息一、反射和散射回波二、超声成像的三个物理假定

超声反射回波1.反射回波人体组织和脏器的声速、声特性阻抗不同，界面上产生反射声波(回波，也称回波)，通常界面两侧介质声学性质差异不大，大部分超声穿过界面继续传播，至新界面处又产生回波，反射回波主要携带位置信息。一、反射和散射回波一、反射和散射回波超声与人体组织脏器相互作用时，其波前方向、幅度、相位及频率会因组织的非均匀性而发生变化，产生散射回波，主要携带组织的细微结构信息。超声成像的信息主要由反射回波和散射回波所携带，如幅度、频率、相位、时间等含有目标的多种信息。2.散射回波(1)基于回波扫描的超声诊断技术利用超声在不同组织中产生的反射和散射回波强度成像。(2)基于多普勒效应的超声诊断技术利用超声在运动物体散射或反射声波的频移信息成像。3.超声诊断技术获取解剖学范畴检测组织形态学信息。获取器官功能和血流动力学信息。一、反射和散射回波①声束在介质中直线传播。②各介质中声速均匀一致。1.三个物理假定估计成像方位估计成像层面③各种介质中介质吸收系数均匀一致。确定增益补偿等技术参数二、超声成像的三个物理假定2.脉冲回波测距回波位置与往返路程和声速的关系

l：声源至界面距离t：回波时间脉冲回波测距示意图二、超声成像的三个物理假定3.时间增益补偿时间增益补偿依据假设③建立，按衰减的幅度进行补偿，增益与扫描时间成正比。时间增益补偿二、超声成像的三个物理假定第二节A型超声成像与M型超声成像一、A型超声成像二、M型超声成像四、B超图像及质量评价超声回波成像幅度调制回波脉冲波表示反射回波脉冲的幅度(纵轴)代表反射回波的强度脉冲的位置或脉冲之间的距离(横轴)正比于反射界面位置或界面之间的距离.一、A型超声成像M型超声成像原理图辉度调制回波光点显示回波光点的强弱代表回波信号幅度的大小垂直扫描线(深度方向，纵轴)多个界面的回波形成一系列垂直亮点。在水平方向（横轴）展开，可构成一幅各反射界面位置及回波强度随时间变化的活动曲线图。二、M型超声成像二、M型超声成像M型超声心动图（二尖瓣波群）可进行多种心功能参数的测量不能获得真正的二维解剖图像不适用于静态脏器诊查仅适用于以探头为顶点的90°扇面内解剖M型超声成像：利用计算机软件，逐帧将任意方向的取样线与每条声束线交叉点的灰度值及位置信息提取出来，并加以显示，实现了二维时序图像中任意方向上灰度、位置-时间函数的重现。解剖M型超声成像二、M型超声成像第三节B型超声成像一、辉度调制式断面图像形成二、B型超声成像中的电子扫描三、B型超声成像中的图像处理四、B超图像及质量评价1.B型超声成像原理辉度调制回波；光点强弱代表回波信号幅度大小；快速移动声束线逐次获得不同位置界面反射回波；B型超声成像原理图一、辉度调制式断面图像的形成2.扫描线形扫描扇形扫描声束线沿特定方向的快速移动声束的线形扫描与扇形扫描一、辉度调制式断面图像的形成3.B型超声心动图快速连续不断地扫描，可以实现实时动态显示，满足实时动态显示运动性脏器(心脏)二维形态的B型超声成像也称二维超声心动图。二维超声心动图（舒张期）B型、M型联用一、辉度调制式断面图像的形成4.B型超声与M型超声的主要差别M型：帧扫描是与时间成线性关系慢变化显示取样线上各点动态状况B型：帧扫描与声线实际位置严格对应显示断面图像辉度调制探头固定辉度调制声束运动一、辉度调制式断面图像的形成5.三种超声成像比较B超成像原理图M超、A超成像原理图一、辉度调制式断面图像的形成1.电子线性扫描以电子开关或全数字化系统控制由若干个晶片并联起来组成的探头阵元组顺序发射来实现。常规扫描示意图(m=5)(1)常规扫描n个阵元构成阵元组m个阵元构成线阵(m一n＋1)条扫描线组成一帧线性扫描图像二、B型超声成像中的电子扫描二、B型超声成像中的电子扫描隔行扫描示意图(m=5，n=80)(2)隔行扫描相邻阵元组错开两个阵元先扫描奇数线，再扫描偶数线每帧图像由(m一n＋1)条扫描线构成防止前一次回波对后一次扫描干扰第一声束是1、2、……n第二声束是3、4、……n＋2飞跃扫描示意图(m=5)(3)飞跃扫描二、B型超声成像中的电子扫描半间距扫描示意图

(4)半间距扫描二、B型超声成像中的电子扫描半间距飞跃组合扫描示意图(5)半间距飞跃组合扫描二、B型超声成像中的电子扫描¼间距扫描示意图

(6)1/4间距扫描二、B型超声成像中的电子扫描2.相控阵扇形性扫描利用线(或面)阵式换能器阵元发射时有一定的相位延迟，使合成声束的轴线与线阵平面中心线有一夹角，随夹角的变化可实现扇形扫描。相控阵扇形扫描原理图d：晶片中心距离；t：延迟时间；

：合成声束偏转角度c：人体中的声速二、B型超声成像中的电子扫描相控阵接收原理图扫描按时差对各晶片接收回波进行时差补偿，然后叠加获得目标空间位置正确信息，完成相控阵扇形扫描信号接收。二、B型超声成像中的电子扫描1.动态范围在回波信号既不被噪声淹没也不饱和的前提下，允许仪器接收放大回波信号幅度的变化范围。一般仪器在40～60dB动态范围越大，所显示影像的层次越丰富，影像越清晰三、B型超声成像中的图像处理三、B型超声成像中的图像处理2.数字扫描变换器将回波的模拟信号转换为数字信号，进行图像后处理。(1)像素亮度后处理(2)空间后处理(3)时间后处理(4)图像冻结1.声像图特征(1)根据图像中的不同灰阶，把回波信号分为：强回声、高回声、等回声、低回声和无回声。回声强度示意图四、B超图像及质量评价四、B超图像及质量评价(2)按显示器上所形成状态，回声形态可划分为:光团、光斑、光环、光点、光带等。回声形态示意图(3)按图像中光点的分布情况可分为：均匀或非均匀、密集或稀疏等不同类型。2.空间分辨力清晰区分细微组织的能力(1)横向分辨力在与超声波束垂直平面上能分辨开相邻两点间最小距离的能力。超声束直径小于两点间距可将其分辨。四、B超图像及质量评价(2)轴向分辨力超声传播方向上两界面回波不重叠的最小距离设脉冲宽度t，两界面可测最小距离d，声速c若使两界面回波刚好不重合，必须满足脉冲宽度愈小，纵向可辨距离d愈小，轴向分辨率愈高四、B超图像及质量评价轴向可分辨示意图轴向分辨不清示意图四、B超图像及质量评价(3)侧向分辨力超声换能器长轴方向的分辨力线阵、面阵及相控阵换能器有侧向分辨力与横向分辨力之区别超声换能器短轴方向的分辨力称为横向分辨力空间分辨力示意图单晶或环型换能器侧向分辨力与横向分辨力相等四、B超图像及质量评价3.对比度分辨力是对超声图像中相邻两个结构能够加以区分程度的量度超声图像对比度是画面上相邻两个结构亮度之比，主要取决于反射特性和纹理反射特性主要由生物组织的阻抗特性决定两种组织的声特性阻抗差越大，其反射强度越大，其对比度也越好四、B超图像及质量评价4.时间分辨力单位时间成像的幅数，即帧频，表示时间分辨力帧频越高，获取图像的时间越短，即成像速度越快，其时间分辨力越高时间分辨力的极限合理选择R、F和N

多声束技术可突破上式的极限

四、B超图像及质量评价5.清晰均匀性(1)对比清晰度(2)图像均匀性显示相似振幅、不同灰阶细微差别回声的能力低对比度条件下、鉴别软组织和细微结构的能力整个显示画面的均匀程度四、B超图像及质量评价6.伪像(1)伪像形成的原因实际情况下三个物理假定难满足技术限制、方法不全诊断上的主观偏差四、B超图像及质量评价1)图像形状与位置失真声速不同造成散射体位置失真声特性阻抗差异较大产生反射失真圆柱体后成像示意图四、B超图像及质量评价

2)图像亮度失真声束传播路径上媒质的不均匀性，声速与声衰减变化及界面存在，改变回波强弱，而改变亮度。反射或折射回声与原区域回声叠加引起亮度增强造成图像失真。不同类型后方回声示意图四、B超图像及质量评价

(2)伪像分类

1)混响伪像多次反射形成混响伪像（a）胆囊内显示混响伪像；（b）胆囊内无混响伪像识别方法：侧动探头、加压探测四、B超图像及质量评价2)切片厚度伪像也称容积伪像切片厚度伪像（a）胆囊内显示切片厚度伪像；（b）胆囊内无切片厚度伪像识别方法：侧动探头、加压探测四、B超图像及质量评价

3)旁瓣伪像旁瓣和主瓣同时检测物体，两者回声重复造成旁瓣伪像旁瓣伪像示意图（a）膀胱内有旁瓣伪像；（b）膀胱内无伪像四、B超图像及质量评价4)声影胆结石声像图前方有强反射或声衰减很大的物质存在，在其后方出现声线不能达到的区域。四、B超图像及质量评价

5)后方回声增强后方回声增强(肝囊肿)当前方的病灶或器官的声衰减甚小时，其后方回声强于同深度的周围组织。四、B超图像及质量评价6)侧壁回声失落侧壁回声失落示意图超声入射角较大时，反射声转向他侧不复回探头的现象。侧壁回声失落(睾丸)四、B超图像及质量评价

7)侧后折射声影侧后折射声影(乳腺)超声从低声速介质进入高声速介质，在入射角超过临界角时，产生全反射，以致其后方出现声影，也称侧边声影。四、B超图像及质量评价8)多途径反射伪像多途径反射伪像示意图声束非垂直入射到组织内某界面，并反射偏离到另一界面(不在声束传播方向上)，然后再反射直至被接收，显示的位置与目标实际位置相差甚远。四、B超图像及质量评价

9)镜面伪像镜面伪像示意图镜面伪像（肝脏血管瘤）四、B超图像及质量评价

10)折射伪像折射伪像示意图折射伪像（a）胆囊壁重复伪像；（b）胆囊壁无重复伪像四、B超图像及质量评价

11)声速失真

声速失真伪像示意图通过低声速结构的回声接收到得晚，而通过高声速结构的回声接收到得早，结果使深部的图像失真。平整的表面变得不平整；甚至使小结构不能显示。四、B超图像及质量评价肝被膜破裂伪像由于超声在肝内富含脂肪的血管平滑肌脂肪瘤(L)中的传播速度较慢，出现的肝被膜破裂伪像(左下方三角箭头所示)。四、