超聲成像原理

1、超聲醫(yī)學總論n一、超聲成像基本原理n二、圖像偽象n三、圖像描述與分析n四、不同成像的觀察、分析及綜合應用一、超聲成像基本原理檢查方法超聲成像過程1、探頭發(fā)射超聲波。2、超聲波穿過人體組織器官產(chǎn)生反射、散射等回波被探頭接收。3、經(jīng)過超聲壓電效應產(chǎn)生電信號并經(jīng)處理后顯示出來。（一）超聲波的定義振動的傳播稱為波動（波）。波動分為兩大類機械波和電磁波。超聲波：是指振動頻率超過2萬Hz的機械波，稱為超聲波。診斷用的超聲波頻率通常為2.510MHz。橫波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直縱波：質點的振動方向與波的傳播方向平行1、波長：2、頻率：f3、聲速：c。聲波在人體中平均速度為1540m/s 三者關系

2、：c=*f（二）超聲波的物理參數(shù)（三）人體組織的聲學參數(shù)1、密度：2、聲速：3、聲阻抗(Z)：介質的密度（ ）與介質中聲速（ c ）的乘積。 即：Zc (Kg/m2s）n聲阻抗是超聲診斷中最基本的物理量，聲像圖中各種回聲圖像都主要由于聲阻抗差別造成。n人體各組織聲阻抗值大小排列順序:n骨肌肉肝脾腎、血液乳腺水脂肪肺空氣（四）超聲波的特性n1、方向性：直線傳播n2、聲衰減現(xiàn)象：擴散、散射、組織對聲能的吸收n3、多普勒效應（Doppler效應）：聲源與接受體之間存在相對運動，產(chǎn)生頻率變化。n超聲遇到活動的界面，散射或反射回聲的頻率發(fā)生改變，又名多普勒頻移。界面活動朝向探頭時，回聲頻率升高，呈正頻移

3、；界面活動背離探頭時，回聲頻衰減低，呈負頻移。頻移的大小與活動速度呈正比。n4、非線性傳播：n聲源所發(fā)射的聲波在介質中傳播遇到界面時，可發(fā)生反射和折射，此即聲波在介質中的線性傳播。n當聲波遇到不規(guī)則界面時，聲波在組織中傳播時可發(fā)生波形畸變、諧波成分增多和聲衰減系數(shù)增大，聲波的這種傳播方式稱為非線性傳播。n5、穿透性：（五）超聲波在人體中的傳播n超聲波在人體中傳播時產(chǎn)生的現(xiàn)象n1、反射：大界面對入射超聲產(chǎn)生反射現(xiàn)象。n2、全反射：全反射發(fā)生時不能使聲束進入第二介質，而出現(xiàn)“折射聲影”。n3、折射：由于人體各種組織、臟器中的聲束不同，聲束在經(jīng)過這些組織間的大界面時，產(chǎn)生聲束前進方向的改變，稱為折射

4、。n4、散射：小界面對入射超聲產(chǎn)生散射現(xiàn)象。散射無方向性。n5、衍射：又稱繞射。超聲波通過一到兩個波長的物體，其傳播方向將偏離原來的方向。n6、衰減：吸收、散射、聲束擴散n7、多普勒效應（Doppler效應）：n8、非線性傳播：（六）超聲圖像形成n超聲傳播系通過介質中粒子的機械振動進行的，它不同于電磁波，故在真空中不能傳播。n人體組織為什么表現(xiàn)為各種圖像？n1、因為不同組織聲阻抗不同：超聲在介質的傳播過程中，遇到兩種不同介質，只要兩者的密度或聲速不同，在其交界面即產(chǎn)生聲阻抗，其間只要有0.1的差值即可產(chǎn)生反射與折射等 。n2、超聲具有上述各種物理特性（反射、折射、散射、衰減、多普勒效應、方向性

5、、穿透力等）。1、超聲波的發(fā)生與接收n壓電現(xiàn)象：經(jīng)過人工極化的壓電陶瓷，在機械力的作用下會在電極表面產(chǎn)生電荷。反之，若對陶瓷施加以電場，陶瓷也會產(chǎn)生應變。這種機械能轉變?yōu)殡娔埽娔苻D變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象稱為壓電效應。n正壓電效應：機械能轉變?yōu)殡娔堋Ｘ搲弘娦弘娔苻D變?yōu)闄C械能。2、超聲成像的顯示方式（1）A型：基本已淘汰。（2）B型：為輝度調制型。也稱二維超聲。 一個平面由X軸和Y軸形成的坐標表示，Y軸代表時間，X軸代表范圍。將單條聲束傳播途徑中遇到各個界面所產(chǎn)生的一系列散射和反射回聲的強度，在示波屏時間軸上以光點的輝度表達。聲束 順序掃切臟器時，每一單條聲束線上的光點群按次分布在X軸上，形成一切

6、面聲像圖。包括3個重要概念：回聲界面以光點表達；各界面回聲振幅（或強度）以輝度（灰度）表達；聲束順序掃切臟器時，每一單條聲束線上的光點群按次分布成一切面聲像圖。（3）M型：為活動顯示型。獲得“距離時間”曲線。其原理為：單聲束取樣獲得界面回聲；回聲輝度調制；示波屏y軸為時間軸，代表界面深淺；示波屏x軸為另一外加的慢掃描時間基線，代表在一段時間內的超聲與其他有關生理參數(shù)的顯示線。（4）差頻回聲式基本工作原理為：發(fā)射固定頻率的脈沖式或連續(xù)式超聲；提取頻率已經(jīng)變化的回聲（差頻回聲）；將差頻回聲頻率與發(fā)射頻率相比，取得兩者間的差別量值及正負值；顯示。多普勒超聲基礎（1）頻譜多譜勒 多普勒效應：是奧地利科

7、學家Doppler于1842年首先提出，用于闡明振動源與接收器之間存在相對運動時，所接受的振動頻率因為運動而發(fā)生改變的物理現(xiàn)象。多普勒公式： 2Vcos fRf0fd f0 C 將上式改寫為： C( fd) V 2 f0 cos 多普勒效應基本條件V不等于0，同時必須有強的反射源。090度時，cos 為正值，表示血流方向朝向探頭，為正頻移。90 180度時，cos 為負值,表示血流方向背離探頭，為負頻移。 = 0或180度時， cos =1， fd最大。 = 90度時， cos =0，無頻移。（2）多普勒血流頻譜分析基礎頻譜的橫軸代表時間s，縱軸代表血流速度cm/s；收縮峰是指在心動周期內達到

8、收縮峰頻移和峰值流速的位置。舒張期末是將要進入下一個收縮期的舒張期最末點窗為無頻率顯示區(qū)中間水平線（橫軸線）代表零頻移線（基線），在橫軸上方為正頻移，表示血流朝向探頭，橫軸下方為負頻移，表示血流背離探頭。振幅的高低代表頻移的大小，即血流速度的快慢。頻譜輝度以亮度表示，亮度代表紅細胞的數(shù)量，亮度亮表示紅細胞數(shù)量多，反之，少。頻譜離散度，即頻移在垂直方向上的寬度，代表血流速度分布范圍，分布范圍大，頻譜寬。層流：頻譜窄，光點密集，包絡光滑，頻譜和基線之間有空窗。 湍流：頻譜寬，光點疏散，包絡毛糙，頻譜和基線之間沒有空窗。 渦流：雙向湍流特征。收縮期 收縮峰帶寬窗時間速度/頻率 舒張 期舒張期末速度/

9、頻移-時間顯示譜圖彩色多普勒血流顯像基礎（1）定義： 彩色多普勒血流顯像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI）利用自相關技術，采用偽彩色編碼來顯示血流的一種方法。 自相關技術是檢測兩個信號間相位差的一種方法，其目的是檢測出血流的方向和速度。n偽彩色編碼將多普勒信號以紅、藍、綠三種基色進行人為編碼，以紅色表示血流朝向探頭，藍色表示血流背離探頭，綠色表示血流分散。顯示顏色的亮度表示速度的大小，色彩明亮表示血流速度快，色彩暗淡表示血流速度緩慢。正向血流紊亂接近黃色（紅+綠），反向血流紊亂接近青色（藍+綠）。這樣用三種彩色便顯示了血流的方向、速度、及湍流程度。 （2）CDF

10、I原理：用運動目標顯示技術和相位檢測法，由接收回波分析血流速的空間分布，并把它的大小、方向用紅藍綠三種彩色編碼和B型成像同時顯示。（5）其它成像顯示方式能量多普勒（CDE）成像組織多普勒成像三維超聲成像非線性血流成像，即二次諧波成像聲學定量與彩色室壁運動動態(tài)顯示技術聲學造影二、圖像偽像（一）定義：因聲學物理特性、成像技術、儀器調節(jié)或人體生理/病理情況等原因所造成的假像。 （二）常見圖像偽像1、混響效應：由于多次反射和/散射造成，常見于體內平滑大界面，如腹壁出現(xiàn)混響使膀胱前壁、膽囊底、腎臟、囊腫前壁等表淺部位出現(xiàn)假性回聲。避免/減少：a、側動探頭，避免聲束垂直腹壁，可減少偽像；b、加壓探頭。2、

11、振鈴效應/聲尾，胃腸道及肺部氣體，多次內部反射形成，又見膽道積氣、膽囊壁膽固醇結晶后方的慧尾，節(jié)育環(huán)等。n3、鏡像效應：鏡面折返虛像。在大而光滑的界面產(chǎn)生。n4、側壁失落效應：大界面回聲時入射角度過大產(chǎn)生。n5、后壁增強效應：由于儀器加入深度增益補償而產(chǎn)生。n6、聲影：系聲路中具有較強聲衰減所造成。三、圖像描述與圖像分析（一）回聲的描述與命名 常用超聲術語(1)、描述必須使用規(guī)范化超聲術語。牢記常用超聲術語以回聲強度定名a、弱/低回聲：指反射光點輝度較正常臟器或病灶周圍的正常組織的回聲光點輝度減低。腎髓質。b、等回聲或中等回聲：指反射光點強度等于正常組織回聲，不增強也不減低。肝脾實質。c、強回

12、聲：反射比較強，回聲明亮，也可伴有聲影或多重反射。纖維組織（包膜）、結石、鈣化灶、氣體。d、高回聲：回聲強度介于等回聲與強回聲之間。e、無回聲：均勻液體內無聲阻抗差異的界面既呈無回聲暗區(qū)。膽汁、尿液、血液。正常人體各種組織的回聲表現(xiàn)：1、強回聲：氣體、骨皮質、軟骨組織、纖維結締組織2、高回聲：腎竇、胎盤、胰腺、肌肉、眼球后組織、甲狀腺實質3、等回聲：肝脾實質、腎皮質4、低回聲：脂肪5、弱回聲：無髓鞘中樞神經(jīng)系統(tǒng)6、無回聲：液體以回聲形態(tài)命名（1）光點細小的亮點狀，直徑小于3mm。（2）光斑直徑小于5mm的斑片狀強回聲。（3）光團直徑大于5mm的團狀強回聲。（4）光環(huán)回聲呈環(huán)狀。（5）光帶回聲光

13、點連續(xù)排列呈明亮的帶狀或線狀。（6）聲暈結節(jié)外周呈12mm無回聲環(huán)形圍繞者。肝癌。（7）聲影聲速經(jīng)過聲阻抗差別大及聲衰減系數(shù)較大的障礙物時，聲能明顯衰減，后方出現(xiàn)條狀暗區(qū)稱為聲影，多見于結石、鈣化及致密結締組織回聲之后。（二）圖像方位仰臥位：1、橫切：圖左為患者右側，圖右為患者左側，圖上為腹，圖下為背。2、縱切：圖左為患者頭端，圖右為患者足端，圖上為腹，圖下為背。3、冠狀切面：圖左為患者頭側；圖右為患者足側。4、斜切：圖左為患者右側，圖右為患者左側，圖上為腹，圖下為背。俯臥位：1、橫切：圖左為患者左側，圖右為患者右側，圖上為背，圖下為腹。2、縱切：圖左為患者頭側，圖右為患者足側，圖上為背，圖下

14、為腹。側臥位：1、橫切：圖左為患者左側，圖右為患者右側，圖上為背，圖下為腹。2、縱切：圖左為患者足側，圖右為患者頭側，圖上為背，圖下為腹。（三）圖像分析的內容 觀察分析超聲圖像時，首先應了解切面方位，以便于認清所包括的解剖結構，并注意分析以下內容 。1、外形：、外形：臟器的外形是否腫大或縮小，有無形態(tài)失常，如系腫塊，外形為圓形、橢圓形或不規(guī)則形，呈分葉狀或條索形等。2、邊界和邊緣回聲：、邊界和邊緣回聲：腫塊有邊界回聲且顯示光滑完整者為具有包膜的證據(jù)，無邊界回聲或模糊粗糙形態(tài)不規(guī)則者多為無包膜的浸潤性病變?！奥晻灐闭鳌ⅰ肮猸h(huán)”征等。3、內部結構特征：、內部結構特征：可分為結構如常，正常結構消失，

15、界面的增多或減少，界面散射點的大小與均勻度以及其他各種不同類型的異常回聲等。4、后壁及后方回聲：、后壁及后方回聲：由于人體各種正常組織和病變組織對聲能吸收衰減不同，則表現(xiàn)后壁與后方回聲的增強效應或減弱乃至形成后方“聲影”，如衰減系數(shù)低的含液性的囊腫或膿腫，后方回聲增強，而衰減系數(shù)高的纖維組織、鈣化、結石、氣體等則其后方形成“聲影”。5、周圍回聲強度：、周圍回聲強度：當實質性臟器內有占位性病變時，可致病灶的周圍回聲的改變。如系膨脹性生長的病變，則其周圍回聲呈現(xiàn)較均勻 性增強或有血管擠壓移位；如系浸潤性生長的病變，則其周圍回聲強弱不均或有血管走向的中斷。6、毗鄰關系：、毗鄰關系：有無壓迫、粘連或浸

16、潤。n7、臟器活動情況：臟器的活動可反映臟器組織的功能狀況，如心肌出現(xiàn)缺血和梗死時，其相應部位的心肌將出現(xiàn)室壁運動異常。通過觀察心臟瓣膜的活動可判斷有無瓣膜狹窄和關閉不全。 8、臟器結構的連續(xù)性分析：臟器的連續(xù)性可為疾病診斷提供重要依據(jù)。如先天性室間隔缺損表現(xiàn)為室間隔的連續(xù)性中斷。 n9、血流的定性分析：頻譜型多普勒和彩色多普勒技術，可分析血流速度、血流時相、血流性質和血流途徑。n10、血流的定量分析：多普勒超聲心動圖的定量分析包括血流量、壓力階差和瓣口面積的測量。 四、不同成像的觀察、分析及綜合應用（一）不同成像的觀察、分析 各種影像學方法的成像原理不同，其組織學特點在圖像上的表現(xiàn)亦不同。X線成像和CT 顯示出的是組織器官間、正常組織與病理組織間的密度差異；MRI則體現(xiàn)的是它們之間的信號強度不同；超聲則是以它們之間因不同的聲阻抗和衰減差別產(chǎn)生的不同回波構成圖像。 它們的共同點都是以不同的灰度構成解剖圖像。對于不同的成像方法而言，相同的組織或病變則表現(xiàn)為不同的灰度，只有在了解了各種影像學方法的成像原理后，才能正確解讀各種圖像。 （二）醫(yī)學影像學