超声弹性成像原理及初步应用

超声弹性成像原理及初步应用一、本文概述超声弹性成像是一种新型的医学影像技术，它通过测量和分析组织在受到外力或内部应力作用时产生的形变，来评估组织的弹性特性，从而间接反映组织的内在结构和病理状态。近年来，随着医学影像技术的不断发展，超声弹性成像在临床诊断和治疗中的应用越来越广泛。本文将对超声弹性成像的原理进行详细介绍，并初步探讨其在医学领域的应用价值。我们将从超声弹性成像的基本原理出发，阐述其成像过程和技术特点。超声弹性成像基于弹性力学原理，通过测量组织在受到外力作用时产生的应变和应变率，结合超声成像技术，构建组织的弹性图像。这种图像能够反映组织的硬度、弹性模量等力学属性，为临床诊断和治疗提供新的视角和依据。我们将对超声弹性成像的主要应用领域进行探讨。超声弹性成像在乳腺、甲状腺、肝脏、肌肉等多种组织器官的病变检测中展现出独特的优势。通过对比分析正常组织与病变组织的弹性差异，超声弹性成像有助于提高病变的早期检出率，评估病变的良恶性，以及监测病变的治疗效果。超声弹性成像在心血管疾病、肿瘤诊断、骨骼肌肉系统疾病等领域的应用也备受关注。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，超声弹性成像有望在未来为临床诊断和治疗提供更多的信息和支持。本文旨在全面介绍超声弹性成像的原理和初步应用，以期为医学影像技术的发展和临床实践的改进提供有益的参考。通过深入了解超声弹性成像的原理和应用，我们有望为医学诊断和治疗领域带来更多的创新和突破。二、超声弹性成像原理超声弹性成像（UltrasoundElastography）是一种基于组织弹性特性的医学成像技术，它通过评估组织在受到外力作用时产生的形变程度，间接反映组织的弹性或硬度信息。这种成像技术在临床诊断和治疗中具有重要的应用价值，尤其是在肿瘤的早期诊断、鉴别良恶性以及评估治疗效果等方面。超声弹性成像的基本原理是：当组织受到一个小的外力（如超声波产生的机械力）作用时，组织会发生形变，这种形变与组织的弹性特性（如硬度、粘度等）密切相关。弹性成像技术通过测量和分析组织在不同外力作用下的形变程度，从而间接推算出组织的弹性特性。在实际应用中，超声弹性成像通常采用动态或静态两种方法。动态弹性成像通过测量组织在超声波作用下产生的动态形变，从而推算出组织的弹性特性。而静态弹性成像则通过测量组织在外部压力作用下的静态形变，同样可以推算出组织的弹性特性。超声弹性成像技术的主要优势在于其非侵入性、实时性和高分辨率等特点。超声弹性成像不需要对患者进行有创手术或穿刺，因此具有很高的安全性。超声弹性成像可以实时观察组织的形变过程，从而提供丰富的动态信息。超声弹性成像具有较高的空间分辨率，可以准确反映组织内部的微小结构变化。超声弹性成像技术也存在一些局限性。由于组织弹性特性与多种因素有关，如细胞类型、组织结构、病变程度等，因此弹性成像结果可能受到多种因素的干扰。超声弹性成像对操作者的技能和经验要求较高，不同操作者可能得到不同的结果。超声弹性成像技术在某些特殊情况下可能无法准确评估组织的弹性特性，如对于含有大量液体的囊肿或脓肿等。超声弹性成像技术是一种基于组织弹性特性的医学成像技术，它通过测量和分析组织在不同外力作用下的形变程度，间接反映组织的弹性或硬度信息。虽然该技术存在一些局限性，但在临床诊断和治疗中仍具有广泛的应用前景。随着技术的不断发展和完善，相信超声弹性成像将在未来为医学领域带来更多的突破和创新。三、超声弹性成像技术实现施加压力：通过外部设备（如探头）向组织施加一定的压力，使得组织发生形变。这个压力可以是静态的，也可以是动态的。数据采集：在施加压力的同时，使用超声成像系统采集组织的超声回波信号。这些信号包含了组织的结构信息和形变信息。图像生成：通过一定的算法，如互相关法、应变估计法等，对采集到的超声回波信号进行处理，提取出组织的形变信息。将这些形变信息叠加到原始的超声图像上，生成弹性图像。图像分析：在生成的弹性图像上，可以观察到组织的硬度或弹性分布情况。医生可以根据这些信息，对病变组织进行诊断和分析。超声弹性成像技术的实现过程中，关键在于如何准确、快速地测量组织的形变。这涉及到超声成像技术、图像处理技术、生物医学工程等多个领域的知识。近年来，随着这些领域的不断发展，超声弹性成像技术也在不断进步，其在临床诊断和治疗中的应用也越来越广泛。虽然超声弹性成像技术具有很高的临床应用价值，但其结果也会受到多种因素的影响，如组织的非线性行为、成像系统的分辨率和灵敏度、操作者的技能等。在实际应用中，需要结合其他诊断手段，综合考虑各种因素，以提高诊断的准确性和可靠性。四、超声弹性成像技术的应用领域乳腺肿瘤诊断：超声弹性成像技术在乳腺肿瘤的诊断中发挥了重要作用。通过测量乳腺肿块的硬度，可以辅助医生判断肿块的良恶性。良性肿块通常较软，而恶性肿块则较硬。这种技术有助于在早期发现乳腺癌，提高治疗效果。肝脏疾病诊断：在肝脏疾病的诊断中，超声弹性成像技术可以用于检测肝纤维化、肝硬化和肝癌等疾病。通过测量肝脏组织的硬度，可以评估肝脏的健康状况，为临床诊断和治疗提供依据。前列腺疾病诊断：前列腺是男性常见的疾病发病部位，超声弹性成像技术可以用于前列腺癌的诊断和鉴别。通过测量前列腺组织的硬度，可以辅助医生判断前列腺的病变程度，为前列腺癌的早期诊断和治疗提供帮助。肌肉骨骼疾病诊断：超声弹性成像技术还可以用于肌肉骨骼疾病的诊断，如肌肉损伤、肌腱炎和关节炎等。通过测量肌肉和骨骼的硬度，可以评估病变的程度和范围，为临床诊断和治疗提供有价值的信息。超声弹性成像技术以其独特的优势在多个医学领域得到了广泛的应用。随着技术的不断发展和完善，相信未来超声弹性成像技术将在医学诊断中发挥更大的作用，为人类的健康事业做出更大的贡献。五、超声弹性成像技术的优势与局限性超声弹性成像技术作为一种新兴的无创性医学影像技术，具有显著的优势和一些不可避免的局限性。实时性：超声弹性成像能够实时显示组织的弹性信息，这对于临床上的动态观察和疾病进程的监测具有重要意义。无创性：与MRI和CT等成像技术相比，超声检查无需使用放射性物质，因此更加安全，患者接受度更高。成本效益：超声检查设备相对便宜，操作简便，检查时间短，因此具有较好的成本效益。高分辨率：超声成像具有较高的空间分辨率，能够显示细微的组织结构变化。适用性广：超声弹性成像不仅适用于软组织，如乳腺、肝脏、肌肉等，还可应用于心血管系统的检查。操作者依赖性：超声成像的质量在很大程度上依赖于操作者的技能和经验，不同的操作者可能得到不同的结果。图像解读的主观性：弹性成像结果的解读在一定程度上依赖于医生的经验和主观判断，可能导致结果的误差。伪影干扰：在某些情况下，如气体干扰、肥胖患者等，超声检查可能受到伪影的干扰，影响结果的准确性。深度限制：由于超声波的衰减和散射，较深部的组织可能无法获得满意的弹性成像效果。与病理学的不完全对应：虽然超声弹性成像能够提供组织的弹性信息，但这与组织的病理学改变并不完全对应，因此不能完全替代组织病理学检查。超声弹性成像技术作为一种重要的医学影像技术，在疾病的早期发现和诊断中发挥了重要作用。由于其固有的局限性，在实际应用中需要结合其他成像技术和临床信息进行综合判断。随着技术的不断进步，相信超声弹性成像技术将在未来的医学领域中发挥更加重要的作用。六、超声弹性成像技术的未来发展趋势技术革新与优化：随着超声技术的深入研究和持续创新，超声弹性成像的精度和稳定性将得到进一步提升。通过优化成像算法、提高图像解析度以及减少伪影干扰，超声弹性成像将能更准确地反映组织的弹性特性，为疾病的早期发现和精确诊断提供更有力的支持。多模态成像融合：未来的超声弹性成像技术将更加注重与其他医学成像技术的融合，如超声与CT、MRI、PET等。这种多模态成像技术能够综合利用不同成像手段的优势，提供更全面、更深入的组织结构和功能信息，从而进一步提升疾病的诊断精度和治疗效果。智能化与自动化：随着人工智能和机器学习技术的发展，超声弹性成像的智能化和自动化水平将不断提高。通过自动分析图像、提取特征、辅助诊断等，超声弹性成像将能够更高效地辅助医生进行疾病的诊断和治疗决策。临床应用拓展：目前，超声弹性成像已广泛应用于乳腺、甲状腺、肝脏等器官的病变诊断。未来，随着技术的不断发展和完善，其临床应用范围将进一步扩大，涉及更多的器官和疾病类型，如心脏、肌肉、血管等。跨学科合作与研究：超声弹性成像技术的发展将促进不同学科之间的合作与交流。通过结合物理学、生物医学工程、计算机科学等领域的知识和技术，将能够推动超声弹性成像技术的持续创新和突破。超声弹性成像技术在未来将呈现技术优化、多模态融合、智能化自动化、临床应用拓展以及跨学科合作等发展趋势。这些趋势将共同推动超声弹性成像技术的不断进步，为医学诊断和治疗提供更加准确、高效的支持。七、结论初步应用表明，超声弹性成像在乳腺、甲状腺、肌肉、血管等多种组织的病变诊断中显示出独特的优势。例如，在乳腺肿瘤的诊断中，超声弹性成像可以有效地鉴别良恶性肿块，提高诊断的准确率。在血管疾病的诊断中，超声弹性成像可以评估血管壁的弹性，对动脉粥样硬化的早期发现和治疗具有重要意义。超声弹性成像技术也存在一些局限性，如成像质量受多种因素影响，包括声波频率、组织厚度、探头压力等。对于某些病变，如炎症、纤维化等，其弹性特性与正常组织的界限可能并不明显，在诊断中需要结合其他影像学手段进行综合判断。超声弹性成像技术是一种具有独特优势和广阔应用前景的医学影像技术。随着技术的进一步发展和完善，我们有理由相信，它在未来的临床诊断和治疗中将发挥越来越重要的作用。参考资料：弹性成像就是把获取的生物体材料的弹性信息转换成医生习惯的可见光图像，从而让医生能够通过可见光图像判别组织的材料力学特性，进而根据组织的软硬情况判断相应组织或器官可能发生的病理改变以及其位置、形状和大小。弹性成像就是把获取的生物体材料的弹性信息转换成医生习惯的可见光图像，从而让医生能够通过可见光图像判别组织的材料力学特性，进而根据组织的软硬情况判断相应组织或器官可能发生的病理改变以及其位置、形状和大小。要了解弹性成像，就必须先了解什么是视觉，什么是成像以及什么是弹性等基本概念。视觉是大多数生物的一种生理功能，看的目的为了获取信息，生物的视觉功能所能获取的信息只是光学信息，光学为我们提供的信息包括大小，色彩，双目或多目获取的光学信息经大脑处理后还可以判断远近信息。触觉也是大多数生物的一种生理功能，它只能通过生物体的感觉器官感受，而不能通过视觉系统看到，例如，物体的温度高低，物质的软硬程度等只能通过触碰得知。从原理上讲，我们的视觉系统只能感受电磁波的可见光波段信息，这一波段的电磁波不能深入物体内部，所以只能提供物体表面的信息。问题是，我们怎么才能看到物体内部的情况？能否把感觉信息转换成可以看到的光学信息以便于观察分析？成像是人体视觉系统协调工作的过程和结果，它是通过眼球获得光学信号并把它转换成电学信号，通过电化学过程经神经系统传输到大脑，经大脑的深度处理，做出判断并发出相应的指令来指挥生物体其他系统进行相应的活动。成像技术就是人们利用各种可能的技术，把物体各种特征信息转换成生物体视觉系统能够识别的光学信息，以便于进行相应的判断的技术集成过程。事实上，成像技术存在的意义和价值就是可以有效地拓展我们的视觉范围，提升我们的识别能力。我们在理解成像技术的时候，需要做这样一些基本判断，第一，你想看的物质是什么，你希望了解这种物质的什么属性，用什么东西作为探测信使才能帮你有效获得这种物质属性，所获得这种物质属性怎么才能转换成你的视觉系统能够感知并方便识别的光学信号。例如，望远镜和显微镜能够有效放大我们的分辨视角范围，帮助我们的自体视觉系统获得清晰图像，这是直接辅助；射线可以穿透物体，在穿透过程中被物质吸收，原子序数越大的物质（单个原子质量越大的物质）吸收的越多，如果我们用均匀强度的射线照射物体，那么由于物体内部不同部位的物质吸收不同，穿过物体后的射线强度就变得不均匀了，把它这种吸收不均匀的情况转换成视觉可分辨图像就是射线成像，我们的光片就是最简单的例子，但它给出的只是平面信息没有深度信息，也就是我们常说二维信息，如果你想获得三维信息，也就是立体信息，我们可以从不同的方向去照射物体，通过计算就可以获得三维信息了，这就是我们老百姓常说的CT扫描；电磁波中的射电波可以进入物体内部，其与物质发生相互作用时，会在物质中与水分子发生共振吸收，如果进入时的射电波强度均匀，由于在物质内部水成分分布的不均匀就会导致透过物质的射电波强度不均匀，通过不同方向的照射，经过计算就可以获得物质内部水成分的分布立体图像，我们把它转换成我们的视觉系统可识别图像，就是物质的核磁共振成像。在人体组织中，不同组织或同一种组织正常和病变以后的水成分有显著差异，我们就可以用核磁共振成像来进行疾病的影像诊断了。所得看到但生物体本身例如是看到才能识别，作为一种医学成像方式反映软组织的弹性性质。弹性是材料的一种力学属性，日常所说的，材料弹性好，就是说材料容易变形，而材料的弹性不好，就是指的材料不容易变形，当然这指的都是在相同的力作用下。在力学学科里边，材料的弹性是指，材料在外力作用下发生变形并恢复原形的能力，一般用模量来表示，材料所受的力可以是不同的形式，它的弹性也表现了他的不同变形能力，例如，材料在与其变形方向相同的方向上受力，发生的变形叫做拉伸（作用力的方向与变形方向一致）或者叫做压缩（作用力的方向与变形的方向相反），描写材料这种变形能力的模量叫做杨氏模量，杨氏模量越大，材料越不容易变形，杨氏模量越小，材料越容易发生变形；描写材料剪切变形的模量叫做剪切模量，描写材料体积变形的模量叫做体积模量，就是材料模量越大就越不容易发生形变。在生物体中，组织材料的软硬状况常常与其组织的健康状态有关，例如，癌症肿块儿通常比正常的组织硬。问题是，我们能否把人体组织的软硬程度（也就是其变形能力）信息转成医生习惯的影像信息，为医生提供一种疾病诊断的技术呢？回答是肯定的，这就是弹性成像。弹性成像有多种技术实现方式，其应用范围从大量的临床应用延伸至早期的研究探索。每种弹性成像技术的工作方式是不同的，所有这些方式都需要产生组织的形变，通过观察和处理这些形变来推断组织的力学性质，并通常以图像的方式将结果显示给操作者，每种弹性成像方法由如何实现组织的形变并且得到组织的弹性性质这些行为特点来划分。通常，组织材料的力学特性是通过触觉感知的，触觉感知的本质就是，材料被触碰之后发生变形的难易程度，材料容易变形，触觉感知到的信息就是材料较软，反之就是较硬。也就是说要想知道材料的软硬程度，就必须使其发生性变。为了显示人体内部组织的力学性质，人们必须使组织发生一定的形变，这就是形变诱导。目前，用于诱导形变的方式主要有三种，他们分别是：1）通过外部的机械装置或受试者自己的肢体推动或振动身体的表面（通常为皮肤），把外部作用力传递到身体内部，引起所关心的组织发生形变；3）观察正常生理活动过程中，所关心组织发生的形变，如脉搏或心跳等诱发形变。形变观察有多中方式，根据所获得的影像，它可能是一维（一条线），二维（平面）或三维（体积），或仅仅是一个单独的数值，也可能是视频或一幅图像。在大多情形下，呈现给操作者的结果会伴随着一幅常规的图像，这幅图像显示了不同硬度在组织中的分布情况。弹性成像技术的分类主要依观察形变的方式，目前，应用超声和核磁共振成像的弹性成像技术占据了主导地位，还存在其它的许多弹性成像方法，包括应用光或机械压力传感器等。观测形变就可以通过力学关系获得相应材料的硬度。大多数弹性成像技术是基于以下两个主要力学关系获得组织硬度的：1）直接测量信息提供方式，也就是把测量得到形变或超声波速简单地显示给医生，由医生自己作出判断，这要求医生有一定的临床生物力学基础，必须事先知道什么样的形变或超声波速代表的是什么样的组织状态；2）力学信息提供方式，也就是把测量得到形变或超声波波速换算成组织材料的硬度，如杨氏模量或剪切模量等显示给医生，这也要求医生能够准确对应硬度与组织的病例关系；3）直接诊断影像信息提供方式，也就是把测量得到组织形变或超声波波速信息由计算机按照确定的诊断规律，转换成组织的硬度信息，再转换成可以确定位置、形状和大小的影像学信息，让医生能够形象地了解到组织病变的程度，在最后根据其经验作出合理的判断。这才是真正的弹性成像。弹性成像在临床上主要应用于软组织器官的疾病诊断，与解剖图像相比，弹性成像可提供组织力学状况的辅助诊断信息，可以指导活组织检查，一些时候结合其他检查，就可以代替活组织检查。例如，肝纤维化、脂肪肝等肝病患者的肝组织硬度通常高于正常肝。弹性成像在肝病诊断方面具有巨大的优势。弹性成像可用于判别和诊断胸癌、甲状腺癌和前列腺癌，某些类型的弹性成像也适用于骨骼肌成像，他们能够鉴别肌肉和肌腱的力学性质和状态。弹性成像避免了人工触诊的局限性，其应用可拓展到人工触诊所不能达到的领域。例如，磁共振弹性成像能够评估脑组织的硬度。弹性成像的方法有好多，如超声弹性成像、准静态弹性成像/应变成像、磁共振弹性成像，其中占主导地位的技术是磁共振弹性成像。在磁共振弹性成像中，把特定种类的机械振动放于受试者身体的表面，所产生的剪切波传播进入患者的深层组织，采用一种能够测量波速的图像采集序列推断出组织的硬度（剪切模量）。扫描的结果是定量组织硬度的三维映像，以及与其比较的普通的三维核磁共振影像。其一个优势是能够给出覆盖整个器官的三维弹性图，由于磁共振成像不受限于空气和骨组织，它能够显示超声所不能显示的组织，尤其是脑组织。具有对操作者一致性的优点，与大多数超声弹性成像方法相比，其对操作者依赖以来较少。磁共振弹性成像需要较长的图像采集时间，每方向大约15分钟，这使得它时间耗费较高，并且对于运动的组织或运动组织毗邻的组织效果不好。磁共振成像较超声成像更昂贵，并且对患者和医师来说也不够便利。超声(Ultrasound，简称US)医学是声学、医学、光学及电子学相结合的学科。凡研究高于可听声频率的声学技术在医学领域中的应用即超声医学。包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程，所以超声医学具有医、理、工三结合的特点，涉及的内容广泛，在预防、诊断、治疗疾病中有很高的价值。超声成像是利用超声声束扫描人体，通过对反射信号的接收、处理，以获得体内器官的图象。常用的超声仪器有多种：A型（幅度调制型）是以波幅的高低表示反射信号的强弱，显示的是一种“回声图”。M型（光点扫描型）是以垂直方向代表从浅至深的空间位置，水平方向代表时间，显示为光点在不同时间的运动曲线图。以上两型均为一维显示，应用范围有限。B型（辉度调制型）即超声切面成象仪，简称“B超”。是以亮度不同的光点表示接收信号的强弱，在探头沿水平位置移动时，显示屏上的光点也沿水平方向同步移动，将光点轨迹连成超声声束所扫描的切面图，为二维成象。至于D型是根据超声多普勒原理制成．C型则用近似电视的扫描方式，显示出垂直于声束的横切面声象图。近年来，超声成象技术不断发展，如灰阶显示和彩色显示、实时成象、超声全息摄影、穿透式超声成像、超声计并机断层圾影、三维成象、体腔内超声成像等。超声成像方法常用来判断脏器的位置、大小、形态，确定病灶的范围和物理性质，提供一些腺体组织的解剖图，鉴别胎儿的正常与异常，在眼科、妇产科及心血管系统、消化系统、泌尿系统的应用十分广泛。20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像(快速成像)发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的。近三十年来，医学超声诊断技术发生了一次又一次革命性的飞跃，80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。其发展速度令人惊叹，目前已成为临床多种疾病诊断的首选方法，并成为一种非常重要的多种参数的系列诊断技术。能够在听觉器官引起声音感觉的波动称为声波。人类能够感觉的声波频率范围约在20-20000HZ。频率超过20000HZ，人的感觉器官感觉不到的声波，叫做超声波。声源振动产生声波，声波有纵波、横波和表面波三种形式。而纵波是一种疏密波，就像一根弹簧上产生的波。用于人体诊断的超声波是声源振动在弹性介质中产生的纵波。声波在介质中传播，介质中质点在平衡位置来回振动一次，就完成一次全振动，一次全振动所需要的时间称振动周期(T)。在单位时间内全振动的次数称为频率(f)，频率的单位是赫兹(HZ)。f=1/T，声波在介质中以一定速度传播，质点振动一周，波动就前进一个波长(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。声波在媒介中传播，其传播速度与媒质密度有关。在密度较大介质中的声速比密度较小介质中的声速要快。在弹性较大的介质中声速比弹性较小的介质中要快。这就引出了声阻抗的定义，声阻抗为介质密度(ρ)和声速(C)的乘积。用字母Z表示，Z=ρ·C。超声波就是频率大于20KHZ，人耳感觉不到的声波，它也是纵波，可以在固体、液体和气体中传播，并且具有与声波相同的物理性质。但是由于超声波频率高，波长短，还具有一些自身的特性。超声波具有束射性。这一点与一般声波不同，而与光的性质相似，即可集中向一个方向传播，有较强的方向性，由换能器发出的超声波呈窄束的圆柱形分布，故称超声束。当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时，就会发生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角，因此超声波探查疾病时要求声束尽量与组织界面垂直。超声波的反射还与界面两边的声阻抗有关，两介质声阻抗差越大，入射超声束反射越强。声阻抗差越小反射越弱。穿过大界面的透射声，可能沿入射声束的方向继续进行，亦可能偏离入射声束的方向而传播，后一种现象称超声折射，是由于两种介质内声速的不同所致。超声波在介质内传播过程中，如果所遇到的物体界面直径大于超声波的波长则发生反射，如果直径小于波长，超声波的传播方向将发生偏离，在绕过物体以后又以原来的方向传播，此时反射回波很少，这种现象叫衍射。因此波长越短超声波的分辨力越好。如果物体直径大大小于超声波长的微粒，在通过这种微粒时大部分超声波继续向前传播，小部分超声波能量被微粒向四面八方辐射，这种现象称为散射。超声波在介质中传播时，入射超声能量会随着传播距离的增加而逐渐减小，这种现象称作超声波的衰减。衰减有以下两个原因：(1)超声波在介质中传播时，声能转变成热能，这叫吸收；(2)介质对超声波的反射、散射使得入射超声波的能量向其他方向转移，而返回的超声波能量越来越小。多普勒效应是奥地利物理学家克里斯汀·约翰·多普勒于1842年首次提出来的。描述了光源与接收器之间相对运动时，光波频率升高或降低的现象。这种相对运动引起的接收频率与发射频率之间的差别称为多普勒频移或多普勒效应。声波同样具有多普勒效应的特点，多普勒超声最适合对运动流体做检测，所以多普勒超声对心脏及大血管血流的检测尤为重要。A超是一种幅度调制型，是国内早期最普及最基本的一类超声诊断仪，目前已基本淘汰。M超是采用辉度调制，以亮度反映回声强弱，M型显示体内各层组织对于体表(探头)的距离随时间变化的曲线，是反映一维的空间结构，因M型超声多用来探测心脏，故常称为M型超声心动图，目前一般作为二维彩色多普勒超声心动图仪的一种显示模式设置于仪器上。B型显示是利用A型和M型显示技术发展起来的，它将A型的幅度调制显示改为辉度调制显示，亮度随着回声信号大小而变化，反映人体组织二维切面断层图像。B型显示的实时切面图像，真实性强，直观性好，容易掌握。它只有20多年历史，但发展十分迅速，仪器不断更新换代，近年每年都有改进的新型B型仪出现，B型仪已成为超声诊断最基本最重要的设备。目前较常用的B型超声显像方式有：扫查方式：线型(直线)扫查、扇形扫查、梯形扫查、弧形扫查、径向扫查、圆周扫查、复合扫查；扫查的驱动方式：手动扫查、机械扫查、电子扫查、复合扫查。超声多普勒诊断仪简称D型超声诊断仪，这类仪器是利用多普勒效应原理，对运动的脏器和血流进行探测。在心血管疾病诊断中必不可少，目前用于心血管诊断的超声仪均配有多普勒，分脉冲式多普勒和连续式多普勒。近年来许多新课题离不开多普勒原理，如外周血管、人体内部器官的血管以及新生肿瘤内部的血供探查等等，所以现在彩超基本上均配备多普勒显示模式。彩色多普勒血流显像简称彩超，包括二维切面显像和彩色显像两部分。高质量的彩色显示要求有满意的黑白结构显像和清晰的彩色血流显像。在显示二维切面的基础上，打开“彩色血流显像”开关，彩色血流的信号将自动叠加于黑白的二维结构显示上，可根据需要选用速度显示、方差显示或功率显示。目前国际市场上彩超的种类及型号繁多，档次开发日新月异，更具高信息量、高分辨率、高自动化、范围广、简便实用等特点。不同类型的超声仪有不同的图像特点，因B型超声是最重要的诊断方法，故对其图像特点做以下介绍：1回声强弱的描述：根据图像中不同灰阶将回声信号分为强回声等回声、低回声和无回声。而回声强弱或高低的标准一般以该脏器正常回声为标准或将病变部位回声与周围正常脏器回声强度的比较来确定。如液体为无回声，结石气体或钙化为强回声等。正常人体软组织的内部回声由强到弱排列如下：肾窦>胎盘>胰腺>肝脏>脾脏>肾皮质>皮下脂肪>肾髓质>脑>静脉血>胆液和尿液。2回声分布的描述：按图像中光点的分布情况分为均匀或不均匀，密集或稀疏。在病灶部的回声分布可用“均质”或“非均匀”表述。3回声形态的描述：光团：回声光点聚集呈明亮的结团状，有一定的边界。光斑：回声光点聚集呈明亮的小片状，边界清楚。光点：回声呈细小点状。光环：显示圆形或类圆形的回声环。光带：显示形状似条带样回声。4某些特殊征象的描述：即将某些病变声像图形象化地命名为某征，用以强调这些征象，常用的有“靶环”征、“牛眼”征、“驼峰”征、“双筒枪”征等。5彩色多普勒血流显象还可对脏器内或肿块内、外及外周血管的分布、走向、多少、粗细、形态以及血流速度等多项参数加以显示。超声垂直照射到平整的界面而形成声波在探头与界面之间来回反射，出现等距离的多条回声，强度渐次减弱，尤其与薄层气体所构成的界面上，如肝左叶与胃内气体之间、膀胱回声前部分的细小回声。因声束宽度较宽(即超声切面图的切片厚度较厚)引起。如胆囊内假胆泥样图像。由声束主瓣外的旁瓣反射造成，在结石和肠气等强回声两侧呈现“狗耳”样或称“披纱”样图像。由于前方有强反射或声衰减很大的物质存在，以致在其后方出现声束不能到达的区域即纵条状无回声区称为声影区，利用声影可识别结石、钙化灶和骨骼等。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，见于球形结构的两侧后方或器官的两侧边缘，又称边缘声影。超声束投射到表面平滑的人体强回声大界面如横膈面上时，犹如光投射到平面镜上一样，产生相似的实、虚两图像，如横膈两侧出现对称的两个肿块回声。1实时线阵超声诊断仪：适用于一般的腹部检查，可有多种不同频率探头。主要缺点是探头与人体接触面较大，检查时需要大的透声窗才能使声束有效地经过检查目标。2实时扇型超声诊断仪：心脏探查最常用，探头小，便于肋间扫查，缺点是近场视野小。3实时凸阵超声诊断仪：凸阵探头具有比扇型探头近场视野大，又比线阵探头远场视野广的优点。4彩色和频谱多普勒超声诊断仪：用于探查心血管、各种器官及病变相关血管，外周血管的血流速度、血流量等血流动力学改变。一般不必作探测前准备，在探测易受消化道气体干扰的深部器官时，需空腹检查或作更严格的肠道准备。胆囊检查需前晚进清淡饮食，当天禁早餐；妇产科和膀胱前列腺检查要求充盈膀胱；经直肠检查前需排便或灌肠；某些特殊检查另有特别的检查前准备要求，将在具体章节中介绍。1直接探测法：探头与受检者皮肤或粘膜等直接接触，是常规采用的探测方法。2间接探测法：探头与人体之间灌入液体或插入水囊、Proxon耦合(延迟)块等使超声从发射到进入人体有一个时间上的延迟。目的有三：①使被检部位落入聚集区，增加分辨力；②使表面不平整的部位得到耦合；③使娇嫩的被检组织(如角膜)不受擦伤。超声探测的体位因探测部位需要不同，可采用各种体位，如仰卧位、左右侧卧位、俯卧位、坐位、立位、截石位、膝胸位等等，无一定限制。将在各论中分别介绍。超声诊断基础着眼于详尽的观察与分析。捕捉各种特征，综合分析病因，研究各种生理情况下的改变，以及结合其他形式进行诊断。1脏器外形及大小、柔度或可动度各种脏器均有其自然的解剖形态及大小尺寸。观察脏器的轮廓有无形态失常，肿块的形状、位置、大小、数目、范围等，腹腔脏器的活动度等。2病灶边缘回声发现病灶后，观察病灶的边缘回声，有无包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周边是否有晕圈等。3后壁及后方回声由于人体各种正常组织和病变组织对声能吸收衰减不同，故表现后方不同的回声。如含液性的囊肿或脓肿，则出现后壁回声“增强”；而钙化、结石、气体等，则其后方形成“声影”。某些酷似液性病灶的均匀实质性病灶，后方则无回声增强效应。4内部结构特征可分为结构如常，正常结构消失，界面的增多或减少、界面散射点的大小与均匀度的不同以及其他各种不同类型的异常回声等。5周邻关系根据局部解剖关系判断病变与周邻脏器的连续性，有无压迫、粘连或浸润。6功能性检测如应用脂餐试验观察胆囊的收缩功能。空腹饮水后，测定胃的排空功能及收缩蠕动状态等。均质性病变呈均匀一致的低回声等回声或强回声，非均质性病变则呈复杂的回声结构。急性炎症早期以水肿为主，局部回声减低，脏器肿胀，经线值增大；慢性炎症纤维组织增加，回声增粗增多。纤维化病变多呈强回声，按其病变程度不同而表现不同。如血吸虫肝纤维化呈典型的“地图”样改变。一般而言，良性病变质地均匀、界面单一故回声均匀、规则。恶性病变因生长快，伴出血，变性，瘤内组织界面复杂不均匀，表现为不规则的回声结构。如(1)肿瘤边缘：①有：良性或恶性未向外伸展；②假边缘：光晕圈，水牛眼；③规则：良性、恶性均可；④分界截然：良性为多；⑤不规则，伪足伸展：恶性为多。(4)后方回声：①正常或增强：多为良性；②正常或减弱：多为恶性。(5)侵入或转移：阻塞或侵入管道、邻近组织及/或脏器扩散或转移者考虑为恶性。超声多普勒是近年来迅速发展的一种检测技术，随着电子学的进步，此法在临床上得到日益广泛的应用，对心脏疾病、周围血管疾患实质器官的血流灌注、小器官血流供应、占位性病变血供情况及胎儿血液循环的检查上具有重大的价值。在切面超声显像图上常见有各种形式的液性暗区，可分别代表脓腔、积液、胆汁、尿液、羊水或血液等，一般情况下根据解剖部位、周围轮廓、径线长短及连续关系等，其性质易于区分，但有时因断面复杂，暗区较多，在鉴别时很困难。进行多普勒检查时因动脉、静脉及静止的液腔有明显的不同，对鉴别性质有很大帮助。如肝内胆管高度扩张时，某一断面很难区分门静脉与扩张的胆管，彩色血流显像加上去，门静脉有彩色血流显示并有典型门静脉频谱，而胆管无血流显示。再如诊断下肢深静脉血栓时，首先要用彩色多普勒鉴别并行的两条血管哪一条为动脉，哪一条为静脉，然后再行进一步追踪检查。彩色多普勒血流显像及能量图可以清晰显示脏器的正常血供，当有病变或新生占位性病灶出现时，通过血流显示可以做出具有重要意义的鉴别诊断。甲亢病人甲状腺血供异常丰富，呈典型特征的“火海”征；肝脏肿瘤如原发性肝癌则可探及肿瘤内部及周边血供丰富，并见动脉频谱；如血管瘤则血流很少，无动脉频谱。人体任何一条血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常范围，如二尖瓣口舒张期峰值速度60cm/s～130cm/s，门静脉右支主干的峰值速度在18cm/s左右。血流速度参数有峰值速度、加速度、减速度、平均速度、速度积分等，通过以上参数可对血流动力学异常做出判断。利用数学公式-简化的伯努利方程：P1-P2=4V2(PP2分别代表所测瓣口前后的压力，V为通过瓣口时的血流速度)，可以测出瓣口前后的压力差，间接反映血流是否通畅，有无狭窄，并可通过测三尖瓣返流速度推算肺动脉压力。血流通过某一管腔时，其血流量(Q)与血流速度(V)快慢、管腔面积(A)大小及血流时间(T)长短有密切关系，Q=V·A·T。根据以上公式，大部分彩色多普勒血流显像仪在描记血流频谱轮廓并标志管腔两侧壁的位置后，均能自动计算血流量，对临床帮助很大。阵列声场延时叠加成像是超声成像中最传统，最简单的，也是目前实际当中应用最为广泛的成像方式。在这种方式中，通过对阵列的各个单元引入不同的延时，而后合成为一聚焦波束，以实现对声场各点的成像。超声弹性成像是一种新型的超声成像技术，它通过检测组织内部的弹性性质来反映组织的结构和功能。该技术利用超声波在组织中的传播速度和传播方向的差异，以及组织内部的弹性和粘弹性的不同，来获取组织的弹性信息。通过对这些弹性信息的分析，可以推断出组织的病变情况，从而实现对疾病的早期诊断和监测。无创无痛：超声弹性成像技术是一种无创、无痛、无辐射的检查方法，对人体无任何伤害。实时动态：超声弹性成像技术可以实时获取组织的弹性信息，并且可以动态观察组织弹性的变化。准确性高：超声弹性成像技术通过检测组织内部的弹性和粘弹性的差异，能够准确地判断组织的病变情况。应用广泛：超声弹性成像技术可以应用于多个领域，如医