1、第七章 超聲成像,主要內容,第一節 超聲的物理基礎 第二節 超聲成像的基本原理 第三節 超聲波成像技術,第一節 超聲的物理基礎,一）超聲波的概念 頻率在2萬赫茲以上的機械振動波，稱為超聲波（ultrasonic wave），簡稱超聲（ultrasound）。能夠傳遞超聲波的物質，稱為傳聲介質，它具有質量和彈性，包括各種氣體、液體和固體；傳聲介質有均勻的、不均勻的；有各向同性的、各向異性的等。超聲波在傳聲介質中的傳播特點是具有明確指向性的束狀傳播，這種聲波能夠成束地發射并用于定向掃查人體組織,二）超聲波的產生 醫用高頻超聲波是由超聲診斷儀上的壓電換能器產生的，這種換能器又稱為探頭，能將電能轉換為

2、超聲能，發射超聲波，同時，它也能接受返回的超聲波并把它轉換成電信號。探頭具有發射和接受超聲兩種功能。常用的探頭分為線陣型、扇型、凸陣型,三）超聲波的基本物理量 1頻率（f）：是指單位時間內質點振動的次數。單位是赫茲（Hz）、千赫（KHz）、兆赫（MHz）。超聲的頻率在20KHz以上，而醫學診斷用超聲的頻率一般在兆赫級，稱為高頻超聲波，常用頻率范圍210兆赫。頻率越高，波的縱向分辨力越好。周期（T）則是一個完整的波通過某點所需的時間。有fT = 1 。 2波長（）：表示在均勻介質中的單頻聲波行波振動一個周期時間內所傳播的距離，也就是一個波周期在空間里的長度。波的縱向分辨力的極限是半波長，因此了解

3、人體軟組織中傳導的超聲波長有助于估計超聲波分辨病灶大小的能力,3聲速（C）：人體各種軟組織之間聲速的差異很小，約5%左右，所以在各種超聲診斷儀器檢測人體臟器時，假設各種軟組織的聲速是相等的，即采用了人體軟組織平均聲速的概念。目前，較多采用人體軟組織平均聲速的數值是1540m/s。實際上人體不同軟組織臟器及體液的聲速是有差別的，因此聲像圖上顯示的目標，無論是臟器或病灶，其位置及大小與實際的結構相比，都存在誤差，但不致影響診斷結論，一般可忽略。 4聲強（sound intensity）：聲強是指超聲波在介質中傳播時，單位時間內通過垂直于傳播方向的單位面積的平均能量。 聲強的物理意義為單位時間內在介

4、質中傳遞的超聲能量，或稱超聲功率。聲強小時超聲波對人體無害，聲強超過一定限度，則可能對人體產生傷害，目前規定臨床超聲診斷儀安全劑量標準為平均聲強小于10mW/cm2,四）超聲波的傳播 1. 聲特性阻抗（acoustic characteristic impedance）：聲特性阻抗（Z）定義為平面自由行波在介質中某一點處的聲壓（p）與質點速度（u）的比值。在無衰減的平面波的情況下，聲特性阻抗等于介質的密度（）與聲速（C）的乘積。 2. 聲特性阻抗差與聲學界面：兩種介質的聲特性阻抗差大于1時，它們的接觸面即可構成聲學界面。入射的超聲波遇聲學界面時可發生反射和折射等物理現象。人體軟組織及臟器結構聲

5、特性阻抗的差異構成大小疏密不等、排列各異的聲學界面，是超聲波分辨組織結構的聲學基礎,3. 聲波的界面反射與折射：超聲入射到聲學界面時引起返回的過程，稱為聲反射（acoustic reflection）。射向聲學界面的入射角等于其反射角。而聲波穿過介質之間的界面，進入另一種介質中繼續傳播的現象，稱為聲透射（acoustic transmission）。當超聲的入射方向不垂直于兩種介質的界面時，它通過界面進入另一種介質后改變傳播方向的過程，稱為折射（acoustic refraction,4. 聲波的衍射和散射：界面反射的條件是界面的尺寸要比聲波的波長大得多，當聲波傳播過程中遇到大小與波長相當的障

6、礙物，聲波將繞過該障礙物而繼續前進，這種現象稱為聲衍射（acoustic diffraction），超聲儀無法檢測這類目標。因此，超聲波波長越短，能發現障礙物越小,5. 聲衰減：聲波在介質內傳播過程中，由于介質的粘滯性、熱傳導性、分子吸收以及散射等因素導致聲能減少、聲強減弱的現象稱為聲衰減（acoustic attenuation）。在絕大多數軟組織中，引起聲衰減的主要原因是聲吸收。在人體組織中衰減程度一般規律是：骨組織（或鈣化）肌腱（或軟骨）肝臟脂肪血液尿液（或膽汁）。組織中含膠原蛋白和鈣質越多，聲衰減越大；液體內含蛋白成分多時聲衰減大。在超聲診斷的頻率范圍內，生物軟組織的聲衰減系數大多與頻

7、率成正比。超聲波頻率越高，分辨力越好，但衰減越強，穿透力越差；反之，頻率越低，分辨力越差，但衰減越弱，穿透力越強,6. 超聲多普勒效應：當聲源與接受體之間存在相互運動時，接受體發覺聲的頻率發生變化，這種現象稱為多普勒效應。 此多普勒公式中，V為運動目標的運動速度，C為聲速，角為入射波和運動目標運動方向之間的夾角,第二節 超聲成像的基本原理,超聲成像的特點： 1有高的軟組織分辨力：組織只要有1的聲阻抗差異，儀器就能檢測出并顯示其反射回波。目前，超聲成像已能在近二十厘米的檢測深度范圍，獲取優于1毫米的圖像空間分辨力。 2. 具有高度的安全性：當嚴格控制聲強低于安全閾值時，超聲可能成為一種無損傷的診

8、斷技術，對醫務人員更是十分安全。 3. 實時成像：它能高速實時成像，可以觀察運動的器官，并節省檢查時間。 4. 使用簡便，費用較低，用途廣泛,產生超聲波有兩個必要條件：一是要有高頻聲源，二是要有傳播超聲的介質。在固體中，超聲振動可以以縱波的形式傳播，也可以以橫波的形式傳播；但在氣體和液體中，因為介質沒有切變彈性，超聲只能以縱波的形式傳播。由于這種特性，超聲波在不同介質中傳播時會產生波形的轉換。 醫學上應用的超聲成像是靠反射或散射回波來運載生物信息的。超聲回波運載信息主要包括三個方面： 大界面造成的反射波 小粒子所引起的散射波 生物組織對聲能吸收所導致的回波幅值衰減,第三節 超聲波成像技術,超聲

9、波探測技術可以分為兩大類，即基于回波掃描的超聲探測技術和基于多普勒效應的超聲探測技術。 基于回波掃描的超聲探測技術主要用于解剖學范疇的檢測、了解器官的組織形態學方面的狀況和變化。 基于多普勒效應的超聲探測技術主要用于了解組織器官的功能狀況和血流動力學方面的生理病理狀況，如觀測血流狀態、心臟的運動狀況和血管是否栓塞檢查等方面,解剖超聲 一維： A超(幅度調制型) M超(運動顯示型) 二維： B超(輝度調制型) 三維：立體,血流超聲 一維：PW超(pulse waveform脈沖多普勒) 二維：彩色多普勒(color doppler) 三維：立體彩色多普勒,1. 脈沖回波檢測技術 基于回波掃描的超

10、聲探測技術是利用超聲波在傳播路線上遇到介質的不均勻界面能發生不同頻率與密度的回聲波反射的物理特性來檢測回波信號，并對其進行接收放大和信號處理，最后在顯示器上顯示超聲檢查圖像。 目前，醫生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類,1）A 型超聲（Amplitude mode） A型顯示是最基本的超聲顯示方式。 A型超聲是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性。 A超主要用于顱腦占位性病變的診斷 熒光屏上物理含義 Y軸：表示回波強弱 X軸：表示超聲波在介質中傳播的距離或時間,2）M型超聲（運動顯示型） M型超聲

11、診斷儀（簡稱M超）又叫超聲心動儀之稱。 M型超聲是用于觀察心臟等活動界面時間變化的一種方法。 熒光屏的物理含義： X軸： 表示時間（回波展開時間） Y軸： y軸距離表示界面位置 Z軸： 亮點的亮度等級表示回波強弱,3）B型超聲 B型超聲診斷儀（(Brightness mode)簡稱B超）是目前超聲圖像診斷應用最廣泛的機型。 B型超聲是用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。 1、成像平面：平行超聲束的平面 2、成像原理：如何采集探測平面上一點的密度大小，以及相應點的位置坐標。回波時間確定一個坐標，超聲束的方向（晶片擺動角度）確定另一個坐標,2. 多普勒效應的超聲探測技術 多普勒效應的超聲探測技術是利用運動物體散射或反射聲波時造成的頻率