超聲基礎(chǔ)知識總結(jié)

1、超聲基礎(chǔ)知識總結(jié)物理基礎(chǔ)基本概念人耳聽覺范圍：20-20000HZ 超縱聲波頻率20000HZ縱波（疏密波）：粒子運動平行于波傳播軸； 診斷最常用超聲頻率：2-10MHZ基本物理量：頻率（f）、波長（）、聲速（c）；三者關(guān)系：cf 人體軟組織的聲速平均為1540m/s，與水的聲速相近；骨骼的聲速最高，相當于軟組織平均聲速的2倍以上。 超聲場：發(fā)射超聲在介質(zhì)中傳播時其能量所達到的空間；簡稱聲場，又稱聲束。 聲束的影響因素：探頭的形狀、大??；陣元數(shù)及其排列；工作頻率（超聲的波長）；有無聚焦及聚焦的方式；吸收衰減；反射、折射和散射等。 聲束由一個大的主瓣和一些小的旁瓣組成。超聲的成像主要依靠探頭發(fā)射

2、高度指向性的主瓣并接收回聲；旁瓣的反向總有偏差，容易產(chǎn)生偽像。 聲場可分為近場和遠場兩部分 （1）近場聲束集中，呈圓柱狀； 直徑探頭直徑（較粗）； （橫斷面聲能分布不均勻） 長度超聲頻率和探頭半徑。 公式：L（2r·f）c L為近場長度， r為振動源半徑， f為頻率， c為聲速 （2）遠場聲束擴散，呈喇叭狀；聲束擴散角越小，指向性越好。（橫斷面聲能分布較均勻） 聲束兩側(cè)擴散的角度為擴散角（2）；半擴散角（）。 超聲波指向性優(yōu)劣指標是近場長度和擴散角。 影像因素：增加超聲頻率；近場變斷、擴散角變小； 增加探頭孔徑（直徑）但橫向分辨率下降。 采用聚焦技術(shù)方法：固定式聲透鏡聚焦； 電子相控

3、陣聚焦； 聲束聚焦：采用聲束聚焦技術(shù)，可改善圖像的橫向和（或）側(cè)向分辨力。 固定式聲透鏡聚焦將聲透鏡貼附在探頭表面。 常用于線陣探頭、凸陣探頭； 可提高橫向分辨力，但遠場仍散焦。電子相控陣聚焦（1）利用延遲發(fā)射是聲束偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)射聚焦或多點聚焦；可提高側(cè)向分辨力； 常用于線陣探頭、凸陣探頭； （2）動態(tài)聚焦：在長軸方向上全程接收聚焦。 （3）利用環(huán)陣探頭進行環(huán)陣相控聚焦； 可改善橫向、側(cè)向分辨力； （4）其他聚焦技術(shù)：如二維多陣元探頭。  超聲物理特性： 一、束射特性（方向性）是診斷用超聲首要的物理特性； （如反射、折射、聚焦、散焦） 大界面：指長度大于聲束波長的界面；大界

4、面的回聲反射有顯著的角度依賴性。 入射聲束垂直于大界面時，回聲反射強； 入射聲束與大界面傾斜時，回聲反射減弱甚至消失。 兩種介質(zhì)存在真聲阻抗，是界面反射的必要條件。聲強反射系數(shù)（R1）（Z2Z1）2（Z2Z1） Z1，Z2代表兩種介質(zhì)的聲阻抗；聲阻抗密度×聲速 界面回聲反射的能量與界面形狀密切相關(guān)：垂直于凹面聚焦；垂直于凸面散焦； 垂直于不規(guī)則面亂散射。 超聲界面反射的特點：非常敏感。 人體許多器官如肝、脾、膽囊的包膜、腹壁各層肌肉筋膜以及皮膚層都是典型的大界面。 小界面：指小于聲束波長的界面。其后散射（背向散射）回聲無角度依賴性。 后散射：超聲遇到肝、脾等實質(zhì)性器官或軟組織內(nèi)的細胞

5、、包括成堆的紅細胞（稱散射體），會發(fā)生微弱的散射波。散射波向四面八方分散能量，只有朝向探頭的微弱散射信號后散射（背向散射），才會被檢測到。 現(xiàn)代超聲診斷儀正是利用大界面反射原理，能夠清楚顯示體表和內(nèi)部的表面和輪廓；還利用無數(shù)小界面后散射的原理，清楚顯示人體表層，以至于內(nèi)部器官、組織復(fù)雜而細微的結(jié)構(gòu)。 二、衰減特性衰減與超聲傳播距離和頻率有關(guān)； 衰減的原因主要有吸收、散射、聲束擴散。 軟組織平均衰減系數(shù)：1dB/cm·MHz；蛋白質(zhì)成分是人體組織衰減的主要因素（占80%）。 衰減規(guī)律：骨軟骨肌腱肝、腎血液尿液、膽汁； 超聲的分辨力：顯示器上能區(qū)分聲束中兩個細小目標的能力或最小距離。 影

6、像因素：超聲波得頻率； 脈沖寬度；聲束寬度（聚焦）；聲場遠近和能量分布；探頭類型；儀器功能（二維圖像中像素多少、灰階的級數(shù)多少等）。 分類：空間分辨力（與聲束特性有關(guān)） 軸向（縱向）分辨力：與超聲頻率（正）和超聲寬度（負）有關(guān)；理論值：2 橫向分辨力：與探頭厚度方向上聲束的寬度和曲面聚焦性能有關(guān)；常采用透鏡聚焦 側(cè)向分辨力：與探頭長軸方向上聲束的寬度有關(guān)； 常采用相控聚焦 細微分辨力寬頻帶和數(shù)字化聲束處理； 對比分辨力與灰階級數(shù)有關(guān)； 時間分辨力單位時間成像速度即幀頻 超聲的生物學(xué)效應(yīng)聲功率：單位時間內(nèi)探頭發(fā)出的功率。單位：W或mW； 聲強：單位面積上聲功率。單位：W/cm2或mW/cm2；

7、ISPTA：空間峰值時間平均聲強（mW/cm2） ISPPA：空間峰值脈沖平均聲強（W/cm2） 分貝：兩個聲強的比值；超聲系統(tǒng)可控制的最大能量與最小能量之比為動態(tài)范圍。 生物學(xué)分類熱效應(yīng)：診斷用超聲一般不會造成明顯的溫度升高；（mW/cm2級） 空化效應(yīng)：可形成氣體微泡；診斷用超聲尚未得到證實； 對細胞畸變、染色體、組織器官的影響； 高強聚焦超聲（HIFU）：熱凝固和殺滅腫瘤細胞作用； （KW/cm2級） 強烈機械震蕩用于碎石治療； 在物理治療學(xué)方面的作用（W級，一般0.5-3 W/cm2） 超聲輻射劑量是超聲強度與輻射時間的乘積。 熱指數(shù)（TI）：1.0以下無致傷性，胎兒應(yīng)調(diào)至0.4以下；

8、眼球應(yīng)0.2以下； 機械指數(shù)（MI）：指超聲馳張期的負壓峰值（MPa數(shù)）與探頭中心頻率（MHz）的平方的比值。1.0以下無致傷性，胎兒應(yīng)調(diào)至0.3以下；眼球應(yīng)0.1以下； 超聲聲學(xué)造影應(yīng)采用低機械指數(shù)，可以防止微氣泡破裂，提高造影效果。多普勒超聲技術(shù)的基礎(chǔ)及應(yīng)用 多普勒效應(yīng)的公式：fd2Vcosf0cVfd c2f0cos  在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，V為紅細胞運動速度；fd為多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的紅細胞散射回聲的頻移；c探頭發(fā)射的超聲在人體組織中的傳播速度；f0為探頭發(fā)射的超聲頻率；為探頭發(fā)射的超聲的傳播方向與紅細胞運動方向間的夾角。 分類脈沖多普勒：選擇性接收回聲信號，所需檢測位置的深度用延遲

9、電路完成； 連續(xù)多普勒：無選擇檢測深度的功能，但可測很高速的血流； 高脈沖重復(fù)頻率（HPRF）多普勒：增大檢測血流的能力；可有多個取樣容積。 多普勒超聲所檢測的不是一個紅細胞，而是眾多的紅細胞，各個紅細胞的運動速度及方向不可能完全相同，因此，出現(xiàn)多種不同顏色的頻移信號，被接受后成為復(fù)雜的頻譜分布（波形），對它用快速傅立葉轉(zhuǎn)換技術(shù)（FFT）進行處理后，把復(fù)雜的頻譜信號分解為若干個單頻信號之和，以流速-時間曲線波形顯示，以便于從中了解血流的方向、速度、時相、血流性質(zhì)等問題。 脈沖多普勒技術(shù)的局限性： （1）最大頻移即最大測量速度受脈沖重復(fù)頻譜頻率的限制（fdPRF/2） （2）PRF與檢測深度（d

10、）的關(guān)系：dc/2PRF，說明檢測深度受PRF的影響； （3）檢測深度（d）與速度（v）關(guān)系：vdc2/8f0cos，為常數(shù)，v、d相互制約； （4）當被檢測目標的運動速度超過PRF/2時，出現(xiàn)混迭現(xiàn)象。 增大脈沖波多普勒技術(shù)檢測速度、檢測深度的方法：       降低發(fā)射頻率；       移動零位基線；       減低檢測深度；       增大超聲入

11、射角（），但cos在分母位置，值越小計算出速度值誤差越大，所以此法不可取。       用HPRF的頻譜多普勒：fdHPRF/2  彩色多普勒原理：以脈沖多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，用運動目標顯示器（MTI），自相關(guān)函數(shù)計算（自相關(guān)處理技術(shù)），數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換、彩色編碼等技術(shù)，達到對血流的彩色現(xiàn)象。 三基色紅、藍、綠三色；三基色混合時，可產(chǎn)生其他彩色，稱為二次色； 紅色加綠色產(chǎn)生黃色（二次色），就以紅-黃表示正向高速血流。 種類速度型彩色多普勒：以紅細胞運動速度為基礎(chǔ)； 能量型彩色多普勒：以紅細胞散射能量（功率）的總積分進行編碼

12、； 速度能量型彩色多普勒： 顯示方式速度-方差顯示：朝向探頭黃色；背向探頭青藍色。 速度顯示：朝向探頭紅色；背向探頭藍色；明暗表示快慢。 方差顯示：高速血流顯示時從單一彩色變?yōu)槲宀疏偳丁?能量顯示：適應(yīng)于對低速血流的顯示；明亮度表示多普勒振幅。 局限性（1）受入射角的影響； （2）超過尼奎斯特頻率極限（PRF/2）時，彩色信號發(fā)生混迭； （3）檢測深度與成像幀頻及可檢測流速間的互相制約； （4）對二位圖像質(zhì)量的影響； （5）湍流顯示的判斷誤差。彩色多普勒技術(shù)的調(diào)節(jié)方法： 1、彩色標尺（PRF）的選擇：中、低速血流速度顯示方式； 高速血流速度-方差及方差顯示方式； 2、發(fā)射超聲頻率：檢測較淺表的

13、器官、組織及經(jīng)腔道檢測高頻超聲； 對高速血流的檢測低頻超聲； 對低速血流的檢測，達到被檢測深度的情況下高頻超聲； 3、濾波器調(diào)節(jié)：低速血流低通濾波；高速血流高通濾波； 4、速度標尺：腹部及外周血管低速標尺；心血管系統(tǒng)高速標尺； 5、增益調(diào)節(jié)：檢測開始時，用較高的增益調(diào)節(jié)，使血流易于顯示；然后再降低增益使血流現(xiàn)象最清楚而又無噪音信號。 6、取樣框調(diào)節(jié)：取樣框應(yīng)包括需檢測區(qū)的血流，但不宜太大，使幀頻及顯像靈敏度下降； 7、零位基線的調(diào)節(jié)：零位基線下移，可增大檢測的速度范圍； 8、余輝調(diào)節(jié)：persistence調(diào)節(jié)鈕可使幀頻圖像重疊，增大信/噪比，使低速度、低流量的血流更易于顯示清楚； 9、掃查范

14、圍與方向的調(diào)節(jié)：較小的掃查范圍（角度）可增加幀頻，彩色顯像更清楚。與血流方向相同的掃查方法，可使彩色顯像更敏感，更清晰。 10、消除彩色信號的閃爍：可選用高速度標尺、高通濾波抗干擾，最佳方法是令病人屏住呼吸頻譜多普勒 血流流動學(xué)基礎(chǔ)知識一般規(guī)律：當雷諾數(shù)（Re）2000時成為湍流 能量守恒定律：P4V2max；估算跨瓣壓、心腔及肺動脈壓； 質(zhì)量守恒定律：AV恒定（連續(xù)方程），計算瓣膜口面積； 頻譜多普勒技術(shù)的調(diào)節(jié)方法： 1、多普勒種類的選擇：中、低速血流脈沖多普勒； 高速血流連續(xù)多普勒 2、濾波條件：檢測低速血流，用低通濾波；對高速血流，用高通濾波； 3、速度標尺：選擇與被檢測血流相匹配的速度

15、標尺； 4、取樣容積：對血管檢測，取樣容積應(yīng)小于血管內(nèi)徑； 5、零位基線：可增大頻移測量范圍； 6、頻譜信號上下翻轉(zhuǎn)：便于測量及自動包絡(luò)頻譜波形； 7、超聲入射角：心血管系統(tǒng)檢查20°；外周血管檢測60° 頻譜寬度（頻帶寬度）：表示在某一瞬間取樣容積中紅細胞運動速度分別范圍的大小。 層流窄頻譜； 湍流寬頻譜； 取樣容積小窄頻譜； 取樣積大寬頻譜； 大動脈窄頻譜； 外周小動脈寬頻譜；超聲診斷儀超聲探頭核心部分：壓電材料，如天然石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、壓電有機聚合物； 吸聲材料（壓電晶片背面）：產(chǎn)生短促的超聲脈沖信號，提高縱向分辨率； 匹配層（聲能壓電晶片前面）：保護壓電材

16、料；使壓電材料與人體皮膚之間的聲阻抗相近；減少聲能損失，提高探頭靈敏度； 種類電子掃描探頭：線陣探頭:采用電子開關(guān)控制；陣子呈直線排列； 凸陣探頭：采用電子開關(guān)控制；陣子呈弧形排列； 相控陣探頭：掃描角度80-90，最大深度20cm；用于心臟檢查 機械掃描探頭：扇形掃描探頭；單晶片；電機驅(qū)動； 環(huán)陣（相控）探頭；電子相控聚焦；電機驅(qū)動； 其他 旋轉(zhuǎn)式掃描探頭等 頻率單頻探頭：中心頻率固定的探頭（頻帶較窄）； 變頻探頭：可根據(jù)臨床需要選擇2-3種發(fā)射頻率； 寬頻探頭：采用寬頻帶復(fù)合電材料（發(fā)射頻率范圍：2-5MHz、5-10MHz、6-12MHz）；接收時分三種情況：  &#

17、160;    選頻接收：選擇某一特定的1-3個中心頻率；       動態(tài)接收：隨深度變化選取不同的頻率；       寬頻接收：接收寬頻帶內(nèi)所有頻率回聲； 高頻探頭：頻率高達40-100MHz，如皮膚超聲成像、超聲生物顯微鏡等。 陣子數(shù)是超聲探頭質(zhì)量的重要標志。 1個陣元由4-6個陣子分組構(gòu)成； 陣子數(shù)愈多，理論上成像質(zhì)量愈好。 采用高密度探頭，可提高聲束掃描線的密度，圖像分辨率顯著提高。超聲成像原理 聲束掃描利用探頭發(fā)射的聚焦束進行的斷層掃

18、描。 聚焦超聲的特點：聲束形態(tài)特殊，聚焦區(qū)較細，遠、近區(qū)即兩端均較粗，呈喇叭形； 超聲波長取決于所用探頭頻率，故其分辨率、穿透力隨之改變。 聲像圖將探頭在體表（橫向或縱向）移動，示屏上的超聲掃描線（系列回聲信號）作相應(yīng)的移動，如此構(gòu)成一幅（橫向或縱向）超聲聲像圖，也稱聲像圖（B型超聲）或二維超聲。 幀頻（f）每秒所成聲像圖的幀數(shù)；幀頻數(shù)目不應(yīng)低于16f/s； 理想幀頻:20cm深宜達到20-30f/s；淺表成像宜超過30f/s； 制約因素：脈沖重復(fù)頻率（PRF）； 所需觀察聲像圖的深度； 多點聚焦的數(shù)目等。 增加彩色多普勒血流顯示，幀頻可能下降；彩色取樣框愈大，幀頻更低。 超聲診斷裝置基本組成

19、：發(fā)射與接收單元（包括探頭），即超聲掃描器； 數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器（DSC）； 超聲圖像顯示裝置； 超聲圖像記錄裝置；超聲電源。 超聲診斷儀器的類型：靜態(tài)超聲診斷儀（已被淘汰）； 實時灰階超聲診斷儀； 雙功超聲診斷儀：實時灰階超聲診斷儀兼有血流多普勒顯示 彩色多普勒超聲診斷儀（三功超聲診斷儀）：可以彩色編碼；超聲新技術(shù)和新方法 三維超聲成像種類：靜態(tài)三維超聲成像； 動態(tài)三維超聲成像； 顯示方式：表面成像；（高檔彩色三維模式中還包括三維血流顯像） 透明成像； 結(jié)構(gòu)成像。 超聲造影基本原理：超聲造影的散射回聲源（微氣泡）； 散射回聲信號強度與微氣泡、發(fā)射功率大小成正比； 與檢測的深度成反比； 造影劑在血

20、液中持續(xù)時間與微氣泡密度、最大截面成正比； 與微氣泡彌散度、飽和度成反比； 途徑：右心造影直徑大于紅細胞（大于8um）；左心造影直徑小于紅細胞（小于8um）； 心肌造影與左心造影相同，但需使用彩色能量多普勒諧波成像、反向脈沖諧波成像以增強造影劑顯示； 如造影劑直徑小于1-2um，用二次諧波成像、間歇式超聲成像技術(shù)即可； 全身血管及外周血管超聲造影：采用的造影劑參考上述。 成分：以人血白蛋白、脂類、糖類及有機聚合物作包裹； 以空氣、氧、二氧化碳、氟烷類、氟碳類、六氟化硫等為微氣泡。 注入人體的方法：彈丸式注射；一次性注入； 連續(xù)性注射；與靜脈輸液法相似； 增強超聲造影效果的技術(shù)： 1、二次諧波成

21、像：超聲的傳播及散射存在非線性關(guān)系，可出現(xiàn)兩倍于發(fā)射波（基頻）的反射頻率，即二次諧波；其強度比基波低，但頻率高。信/噪比高，分辨力高。 2、間歇式超聲成像：用心電觸發(fā)或其他方法使探頭間歇發(fā)射超聲，使造影劑避免連續(xù)性破壞而大量積累于檢測區(qū)，再次觸發(fā)能瞬間產(chǎn)生強烈的回收信號。 3、能量多普勒諧波成像：對低速低血流量能成像； 4、反向脈沖諧波成像：在甚短的時間間隔內(nèi)相繼發(fā)射兩組相位相反的超聲（基波），在反射回聲時基波因相位相反而被抵消；而諧波相相加因而信號更增強。 5、實時超聲造影成像：其方法是交替發(fā)射高功率和低功率超聲，能實時顯示微氣泡在血管內(nèi)的充盈情況。 自然組織二次諧波成像：原理與造影劑諧波成

22、像不同。超聲在人體組織中傳播時，在壓縮期聲速增加，而馳張期聲速減低。此即產(chǎn)生聲速的非線性效應(yīng)而可提取其二次諧波。自然組織二次諧波成像具有分辨力高，噪聲信號小，信/噪比高等特點。 多普勒組織成像：改變?yōu)V波條件為低通，速度低、能量高的組織被顯像，而血流不顯像。 顯示方式速度型：用于顯示心肌活動速度、方向； 能量型：以單一彩色顯示室壁的運動，但不能表示方向和速度。 速度型的顯示方式二維成像：以彩色編碼顯示和測量心肌運動速度的分布情況（心內(nèi)膜心肌心外膜） M型：以彩色編碼表示心肌在一定的運動速度與時相變化，可表示室壁運動方向及運動速度； 脈沖多普勒：用于檢測室壁及瓣環(huán)的運動速度、方向。 用途：室壁運動

23、異常的檢測診斷； 收縮功能及舒張功能減低； 心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)的電生理研究； 心肌超聲造影，能量型多普勒成像，可增強心肌造影的回聲強度。超聲臨床診斷基礎(chǔ)超聲回聲的一般規(guī)律 1、有些均質(zhì)的固體如透明軟骨、小兒腎椎體，可以出現(xiàn)無回聲或接近無回聲； 典型的淋巴瘤呈圓形或橢圓形，接近于無回聲，有時酷似囊腫； 2、非均質(zhì)性液體及軟骨等均質(zhì)性組織如果纖維化、鈣化，則由無回聲變成有回聲； 3、人體不同組織回聲強度順序：肺、骨骼腎中央?yún)^(qū)（腎竇）胰腺、胎盤肝、脾實質(zhì)腎皮質(zhì)腎髓質(zhì)（腎錐）血液膽汁和尿液； 4、脂肪組織的特殊性：由于其中膠原纖維含量和血管成分的多少的不同，回聲不同。 皮下脂肪組織典型的低回聲回聲； 腎中央

24、區(qū)呈高水平回聲或強回聲； 腹腔動脈和腸系膜上動脈周圍脂肪組織高回聲； 大網(wǎng)膜中的脂肪組織（含血管、纖維成分）高回聲；不同組織聲衰減程度的一般規(guī)律  組織內(nèi)含水分愈多，聲衰減愈低；  液體中含蛋白成分愈多，聲衰減愈高；  組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)愈多，聲衰減愈高；超聲偽像（偽差）超聲顯示中的斷層圖像與其相應(yīng)解剖斷面圖像之間存在的差異。 產(chǎn)生原因反射、折射：混響、多次內(nèi)部混響、鏡面反射、回聲失落、折射聲影、棱鏡現(xiàn)象； 衰減：衰減聲影、后方回聲增強； 斷層厚度（掃描厚度）偽像：部分容積效應(yīng)偽像； 旁瓣效應(yīng)； 聲速偽像：實際組織聲速與儀器設(shè)定的平均速度（1540m/s）差別所造成偽像和測量誤差； 儀器設(shè)備：儀器和探頭的質(zhì)量； 操作者技術(shù)因素：增益、DCG、聚焦調(diào)節(jié)不當、測量不規(guī)范； 分類混響：產(chǎn)生的條件超聲垂直照射到平整的界面； 識別混響的方法：適當側(cè)動探頭，使超聲勿垂直于胸壁或腹壁； 加壓探測，可見多次反射的間距縮??； 內(nèi)部混響：超聲在器官組織的異物內(nèi)來回反射直至衰減，產(chǎn)生特征性的彗星尾征，此現(xiàn)象稱內(nèi)部混響；振鈴效應(yīng)：超聲束在若干微氣泡包裹的極少量液體中強烈地來回反射，產(chǎn)生很長的條狀圖像干擾。振鈴效應(yīng)在胃腸道內(nèi)（含微氣泡和粘液）相當多見。 切片（斷層）厚度偽像：超聲束形狀特殊而且波