超声医学基础

关于超声医学基础2超声诊断原理与基础

一、超声波的基本概念和物理量第2页,共53页，2024年2月25日，星期天1波的基本概念

机械波

传播需要介质

波

电磁波：横波

传播不需要介质

根据频率不同次声波(<20Hz)声波(20~20000HZ)超声波（＞20000Hz）振动方向和传播方向垂直：横波平行：纵波（液体、气体中传播，人体软组织中传播的超声波主要是纵波）根据频率不同无线电波微波红外线可见光紫外线X-射线伽玛射线第3页,共53页，2024年2月25日，星期天1波的基本概念

次声波声波超声波机械波根据频率分类第4页,共53页，2024年2月25日，星期天1波的基本概念机械波根据传播与振动方向关系分类横波纵波第5页,共53页，2024年2月25日，星期天1波的基本概念电磁波根据频率分类第6页,共53页，2024年2月25日，星期天2

超声波的基本物理量

振幅：质点从平衡位置到最大位移的距离频率、波长、声速：频率(f)是单位时间内质点振动的次数；波长(λ)是声波一个周期内在介质中传播的距离；声速

是声波在介质中的传播速度。(人体组织内C=1540m/s)三者的关系：λ=C/f。声阻抗：声阻抗是介质某表面产生的声压和通过该面积的质点体积速度之比，与介质的密度和弹性有关，两者介质之间声阻抗的差异称为声阻抗差。第7页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声诊断原理与基础

二、超声波的发射与接收

--超声探头第8页,共53页，2024年2月25日，星期天超声探头声透镜匹配层电极压电晶体吸声材料外壳电缆至超声接收装置第9页,共53页，2024年2月25日，星期天压电晶体+++---自然界中存在着某些特殊晶体，当受到外力的作用产生形变时，会在晶体表面产生电荷的聚集而形成电压，这种效应叫做压电效应，这种晶体叫压电晶体。具有正压电效应和逆压电效应。超声波的发射与接收

第10页,共53页，2024年2月25日，星期天

超声波的发生是利用逆压电效应

当在压电材料两端加一交变电场时，则压电材料出现与交变电场同样频率的机械振动，将电能变为机械能。这种效应称逆压电效应。+++---+++++++---------+++---+++++++---------超声波发射形成超声波的发射与接收

第11页,共53页，2024年2月25日，星期天超声波的接收是利用正压电效应当在压电材料两端加一压力时，则在此材料的两个电极面上将产生电荷，将机械能变成电能。这种效应称为正压电效应。+++---F+++++++---------+++++++----------+++---F超声波的发射与接收

第12页,共53页，2024年2月25日，星期天1孔径阵元阵元是换能器的基本单元孔径是发射或接收中同时使用的阵元数超声波的发射与接收

第13页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声诊断原理与基础

三、超声波的传播第14页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声波的传播

超声波在组织内的传播特性1.反射和折射：超声波在体内传播中遇到不同介质形成的界面时，一部分产生反射，另一部分可透过该界面进入下一介质，称为透过，若透过的声波改变方向传播时，称折射。θθ1θ2θθ1θ2当声波有稀疏介质（C小）进入稠密介质（C大）时，折射角将大于入射角第15页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声波在组织内的传播特性2.衍射和散射：当声波遇到线度为1-2个波长的障碍物，声波的传播方向将偏离原来的方向产生衍射；当声波传播过程中遇到线度远远小于波长的粒子，粒子吸收声波能量后再向四周各个方向辐射，成为散射。超声波的传播

第16页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声波在组织内的传播特性3.多普勒效应：振源与散射体之间存在相对运动时，振源发射的超声波射向散射体后，产生散射波的频率发生改变的现象。超声多普勒效应测血流速度超声波的传播

第17页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声波在组织内的传播特性4.衰减特性：声波在介质中传播时，由于介质的黏滞性、热传导性、分组吸收及散射等原因导致声能减少。5.生物学效应：超声通过介质时，与介质产生相互作用。对生物组织的作用引起生物学效应。超声波的传播

第18页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声伪像：超声显示的断层图像与其相应解剖断面图像之间存在的差异主要原因分类：反射、折射衰减断层厚度伪像：近场远场（聚焦区外），声束发散所致旁瓣效应声速伪像仪器设备操作者技术因素：增益、DGC、聚焦调节不当超声波的传播

第19页,共53页，2024年2月25日，星期天超声伪像种类混响超声波在探头和界面之间来回反射引起，可将探头似的侧动，并适当加压，观察反射的变化，进而识别混响伪像超声波的传播

第20页,共53页，2024年2月25日，星期天超声伪像种类声影当声束遇到强反射界面或声衰减很大的组织时，其后方出现超声不能达到的无回声区称为声影超声波的传播

第21页,共53页，2024年2月25日，星期天主要超声伪像后方回声增强当声束通过声衰减甚小的器官组织或病变（如胆囊、膀胱、囊肿）时，其后方回声较同深度的邻近组织回声增强超声波的传播

第22页,共53页，2024年2月25日，星期天超声伪像种类镜面伪像当声束遇到深部的镜面(声阻抗差异较大的平整的大界面)，在近侧的结构同时在图像的该界面另一侧出现的伪像超声波的传播

第23页,共53页，2024年2月25日，星期天3超声诊断原理与基础

四、评价超声系统性能的基本参数第24页,共53页，2024年2月25日，星期天超声波的分辨力—空间分辨力轴向/纵向分辨力（声束传播方向）：声束长轴方先生区分两个细小目标的能力，与f密切相关，频率越高（波长越短），轴向分辨力越好。超声波的传播

第25页,共53页，2024年2月25日，星期天超声声学基础

超声波的分辨力—空间分辨力2.侧向/横向分辨力（与声束轴线垂直方向）:与线阵、凸阵探头长轴方向上扫描声束的宽度有关。通常采用各种电子聚焦技术，使声束变窄，改善侧向分辨力。第26页,共53页，2024年2月25日，星期天超声声学基础

超声波的分辨力—空间分辨力3.层厚分辨力（与声束轴线垂直方向）：与探头厚度方向上声束宽度和曲面的聚焦性能有关，一般用声透镜聚焦来改善横向分辨力。第27页,共53页，2024年2月25日，星期天超声声学基础

超声波的分辨力—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，时间分辨力越好，越能真实反映运动脏器的瞬间变化情况。扫描时的线密度、FOV、焦点个数及扫查深度都将影响帧频。图像上显示第28页,共53页，2024年2月25日，星期天超声声学基础

超声波的分辨力—对比分辨力灰阶分辨能力，它是画面上最大亮度与最小亮度之比。“黑”到“白”的分辨能力相关调节参数显示第29页,共53页，2024年2月25日，星期天超声声学基础

超声波的穿透力:是指超声波检测的最大深度。影响因素：频率λ=C/f(频率越低--波长越大--穿透力越好，反之亦然)、衰减系数、发射声功率、仪器的信噪比（相对恒定）、动态范围和增益近场远场（近场长度L=2rf/c,r为探头的半径）显示当前检测深度当前检查频率（开启谐波功能）第30页,共53页，2024年2月25日，星期天2超声诊断原理与基础

五、超声临床应用模式及调节第31页,共53页，2024年2月25日，星期天超声临床应用模式

反射型2D模式：亮度模式M

模式：运动模式C

模式：彩色多普勒模式--彩色多普勒

--能量图D

模式：频谱多普勒模式

--脉冲波多普勒

--连续波多普勒（用于心脏，主要测高速血流）三维/四维模式：自由臂三维；实时三维（四维）

第32页,共53页，2024年2月25日，星期天

2D和M模式2D模式的成像基础是根据组织间的声阻抗差异。M型属于辉度调制型，Y轴（垂直方向）代表软组织空间位置深浅，X轴（水平方向）代表时间扫描线，以此得到“运动位置-时间”曲线第33页,共53页，2024年2月25日，星期天

2D和M模式2D/M型图像参数的调节增益（Gain）基波/谐波频率（GEN/THIFrequency）动态范围（DynamicRange）边缘增强余辉线密度灰度图伪彩帧频扫描的滚动速度第34页,共53页，2024年2月25日，星期天2D和M模式2D模式下的参数及调节基波/谐波频率（GEN/THI）:根据病人情况，选择合适的频率，以选择相匹配的穿透力和轴向分辨力。增益（Gain）整体增益--调整2D或M模式扫描的回波增幅和亮度--更改图像整体亮度。深度补偿增益（DGC）--用来对不同深度的弱信号或过亮信号进行补偿。动态范围（DR）：表示图像所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表示的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。即扫描的整体对比精度。边缘强化（Edge）：有助于分辨实时成像过程中的结构轮廓。线密度（R/S--精度/速度）：用来增加或减少每帧2D图像的扫描线数量。增加线密度将改善图像细节，但会降低帧频。第35页,共53页，2024年2月25日，星期天2D和M模式2D模式下的参数及调节余辉/持续性（Persistence）：通过存留每个成像帧的图像数据线，为2D模式图像提供可见的平滑效果。Maps：用来选择将回波振幅指定给灰度等级的处理曲线，活动灰度图显示为屏幕右侧的灰度条来表示，用来表明可用于所选灰度图的灰度阴影范围。伪彩（Tint）：通过向灰度图中的灰色添加更多蓝色、红色、黄色或绿色来改变图像的颜色，肉眼对彩色的分辨更敏感。深度（Depth）：最大和最小深度取决于当前探头的频率。焦点（Focus）:选择合适的焦点的个数、间距和焦点位置，以调整图像的侧向分辨力。Sweep（M模式下）：调整M模式扫描的滚动速度。第36页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒技术频率检测多普勒频移信号检出幅度处理壁滤波血流滤波CDFIDTICDE第37页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒技术—彩色多普勒血流成像（CDFI）该技术能表示血流的方向、速度和性质红色表示朝探头方向运动，蓝色表示背离探头方向单纯红色或蓝色表示层流，绿色表示湍流颜色越鲜亮表示速度越快，越暗表示速度越慢局限性：

对入射角的依赖性检测深度与成像帧频及可检测流速之间互相制约

对B型图像质量的影响

第38页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒技术种类—彩色多普勒组织成像法（TDI）与CDFI不同点在于采用血流滤波器代替壁滤波器去除低幅高频的血流信息而保留高幅低频的组织运动信息，一般用来观察心肌组织运动情况。显示的速度范围在0.03~0.24m/s。第39页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒技术种类—彩色多普勒能量图（CDE）以多普勒信号的幅度（强度）为信息来源，以红细胞散射能量的总积分进行彩色编码显示，通常以单色表示血流信息。特点：

对血流的显示只取决于红细胞散射的能量存在与否成像相对不受入射角的影响

不能显示血流的方向、速度和性质

对高速血流不产生彩色混迭

第40页,共53页，2024年2月25日，星期天

彩色多普勒模式彩色多普勒模式下主要参数增益（Gain）脉冲重复频率（PRF）余辉（Persist）彩色图（Maps）平滑度帧频频率（Frequency）滤波线密度优先级别血流状态第41页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒参数的调节传输频率：选择较高频率会增大图像的精度，选择较低频率可以改善穿透性。ROI：其位置和形状取决于当前的探头和默认的成像深度，增大ROI的范围和深度将降低帧频。增益（Gain）:可以调整颜色或能量的接收增益，不会影响二维影像的增益。滤波（filter）:低通滤波可使低速血流显示，高通滤波可切掉低速血流，检查高速血流时不受低速血流干扰。线密度（R/S）：增加或减少经过ROI的扫描线数量，增加线密度将提高精度，但会降低帧频。速度标尺（Scale）/脉冲重复频率（PRF）：调整彩色的速率范围。第42页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒参数的调节优先级别（Priority）：彩色优先级用于选择是否显示任意像素的颜色或2D模式数据的阈值，即增加彩色优先级将使2D影像上显示更多彩色像素信息；能量优先级看调整能量显示幅度的阈值，增加能量优先级将增加接受信号幅度范围，因而产生更多的能量信息。平滑度（Smooth）：调整用于平滑血流模式显示的空间平均水平（包括轴向和侧向），当空间平均水平增加时，血流灵敏度将增加，但空间精度会降低。Map：由屏幕右侧的彩色条或能量条表示，是指分配给彩色或能量ROI的颜色范围，彩色以血流速率、能量以血流幅度为基础。彩色图时，较深色调表示速率较低，较浅色调表示速率较高，红蓝表示血流方向；能量图时，较亮颜色表示较强信号，较暗颜色表示较弱信号。第43页,共53页，2024年2月25日，星期天彩色多普勒模式

彩色多普勒参数的调节血流状态选择（Flow）：分为高速、中速、低速血流三个级别，针对选定的血流状态自动调整壁滤波器参数和脉冲重复频率。余辉（persistence）：可决定彩色数据在ROI中的保持时间。增加持续性可以延长峰值速率的保持时间。零位基线（Basicline）：调整评估状态下血流方向中的失真现象，调整显示的流量速度范围而不改变彩色PRF。选通门（gate）：gate过小则显示血流的敏感性可能降低消除彩色信号的闪烁：这种干扰多来自低频运动信号，一般可选较高的滤波条件，较高的速度标尺来避免。最佳的方法是令患者屏住呼吸。第44页,共53页，2024年2月25日，星期天

频谱多普勒模式频谱多普勒技术分类

脉冲波多普勒(PW):采用同一个换能器间歇式发射和接收超声。受脉冲重复频率(PRF)影响。连续波多普勒(CW):采用两个超声换能器获得有关血流资料。无检测深度的功能，但可测高速血流，不会产生混迭伪像。第45页,共53页，2024年2月25日，星期天频谱多普勒模式频谱多普勒分析技术最常用的显示方式：速度-时间显示波形的意义：零基位线上方波形表示血流朝探头方向移动，下方的波形表示背离探头方向频谱的灰阶表示取样门内速度方向相同的红细胞数量频谱（频带）宽度表示某一时刻取样门中红细胞运动速度分布范围的大小。通常湍流频谱宽，层流频谱窄；取样门小，易获窄频谱，取样门大，可使频谱变宽。第46页,共53页，2024年2月25日，星期天频谱多普勒模式

频谱多普勒参数调节传输频率：在Doppler混合模式成像过程中，更改传输频率不影响2D模式频率，选择较高频率会增大精度，选择较低频率则可以改善穿透性。CWorPW：高速血流（＞3m/s）选用CW，较低流速选用PW。增益：调整频谱的亮度。时间/频率（T/F）：调节时间/频率精度滤波条件：滤过通常由组织混乱引起的低频信号。速度（频移）标尺/PRF：选择与检测血流速度相应的速度标尺第47页,共53页，2024年2月25日，星期天频谱多普勒模式

频谱多普勒参数调节取样门：对于血管的检测，取样门应小于血管内径；检查心腔内、瓣膜口血流时，取样门选用中等大小零位基线：移动它，可增大某一方向的频移测量范围，避免出现混迭反转频谱:可相对于基线反转频谱，