超聲成像原理

1、超聲醫(yī)學(xué)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(yīng)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(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)并經(jīng)處理后顯示出來。（一）超聲波的定義振動(dòng)的傳播稱為波動(dòng)（波）。波動(dòng)分為兩大類機(jī)械波和電磁波。超聲波：是指振動(dòng)頻率超過2萬Hz的機(jī)械波，稱為超聲波。診斷用的超聲波頻率通常為2.510MHz。橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行1、波長(zhǎng)：2、頻率：f3、聲速：c。聲波在人體中平均速度為1540m/s 三者關(guān)系

2、：c=*f（二）超聲波的物理參數(shù)（三）人體組織的聲學(xué)參數(shù)1、密度：2、聲速：3、聲阻抗(Z)：介質(zhì)的密度（ ）與介質(zhì)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(kuò)散、散射、組織對(duì)聲能的吸收n3、多普勒效應(yīng)（Doppler效應(yīng)）：聲源與接受體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生頻率變化。n超聲遇到活動(dòng)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(dòng)朝向探頭時(shí)，回聲頻率升高，呈正頻移

3、；界面活動(dòng)背離探頭時(shí)，回聲頻衰減低，呈負(fù)頻移。頻移的大小與活動(dòng)速度呈正比。n4、非線性傳播：n聲源所發(fā)射的聲波在介質(zhì)中傳播遇到界面時(shí)，可發(fā)生反射和折射，此即聲波在介質(zhì)中的線性傳播。n當(dāng)聲波遇到不規(guī)則界面時(shí)，聲波在組織中傳播時(shí)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(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象n1、反射：大界面對(duì)入射超聲產(chǎn)生反射現(xiàn)象。n2、全反射：全反射發(fā)生時(shí)不能使聲束進(jìn)入第二介質(zhì)，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(shí)，產(chǎn)生聲束前進(jìn)方向的改變，稱為折射

4、。n4、散射：小界面對(duì)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(gè)波長(zhǎng)的物體，其傳播方向?qū)⑵x原來的方向。n6、衰減：吸收、散射、聲束擴(kuò)散n7、多普勒效應(yīng)（Doppler效應(yīng)）：n8、非線性傳播：（六）超聲圖像形成n超聲傳播系通過介質(zhì)中粒子的機(jī)械振動(dòng)進(jìn)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?yàn)椴煌M織聲阻抗不同：超聲在介質(zhì)的傳播過程中，遇到兩種不同介質(zhì)，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(yīng)、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(jī)械力的作用下會(huì)在電極表面產(chǎn)生電荷。反之，若對(duì)陶瓷施加以電場(chǎng)，陶瓷也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。n正壓電效應(yīng)：機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?fù)壓電效應(yīng)：電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)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(diào)制型。也稱二維超聲。 一個(gè)平面由X軸和Y軸形成的坐標(biāo)表示，Y軸代表時(shí)間，X軸代表范圍。將單條聲束傳播途徑中遇到各個(gè)界面所產(chǎn)生的一系列散射和反射回聲的強(qiáng)度，在示波屏?xí)r間軸上以光點(diǎn)的輝度表達(dá)。聲束 順序掃切臟器時(shí)，每一單條聲束線上的光點(diǎn)群按次分布在X軸上，形成一切

6、面聲像圖。包括3個(gè)重要概念：回聲界面以光點(diǎn)表達(dá)；各界面回聲振幅（或強(qiáng)度）以輝度（灰度）表達(dá)；聲束順序掃切臟器時(shí)，每一單條聲束線上的光點(diǎn)群按次分布成一切面聲像圖。（3）M型：為活動(dòng)顯示型。獲得“距離時(shí)間”曲線。其原理為：?jiǎn)温暿荧@得界面回聲；回聲輝度調(diào)制；示波屏y軸為時(shí)間軸，代表界面深淺；示波屏x軸為另一外加的慢掃描時(shí)間基線，代表在一段時(shí)間內(nèi)的超聲與其他有關(guān)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(fù)值；顯示。多普勒超聲基礎(chǔ)（1）頻譜多譜勒 多普勒效應(yīng)：是奧地利科

7、學(xué)家Doppler于1842年首先提出，用于闡明振動(dòng)源與接收器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接受的振動(dòng)頻率因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)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(yīng)基本條件V不等于0，同時(shí)必須有強(qiáng)的反射源。090度時(shí)，cos 為正值，表示血流方向朝向探頭，為正頻移。90 180度時(shí)，cos 為負(fù)值,表示血流方向背離探頭，為負(fù)頻移。 = 0或180度時(shí)， cos =1， fd最大。 = 90度時(shí)， cos =0，無頻移。（2）多普勒血流頻譜分析基礎(chǔ)頻譜的橫軸代表時(shí)間s，縱軸代表血流速度cm/s；收縮峰是指在心動(dòng)周期內(nèi)達(dá)到

8、收縮峰頻移和峰值流速的位置。舒張期末是將要進(jìn)入下一個(gè)收縮期的舒張期最末點(diǎn)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(fù)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(xì)胞的數(shù)量，亮度亮表示紅細(xì)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(diǎn)密集，包絡(luò)光滑，頻譜和基線之間有空窗。 湍流：頻譜寬，光點(diǎn)疏散，包絡(luò)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(shí)間速度/頻率 舒張 期舒張期末速度/

9、頻移-時(shí)間顯示譜圖彩色多普勒血流顯像基礎(chǔ)（1）定義： 彩色多普勒血流顯像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI）利用自相關(guān)技術(shù)，采用偽彩色編碼來顯示血流的一種方法。 自相關(guān)技術(shù)是檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)間相位差的一種方法，其目的是檢測(cè)出血流的方向和速度。n偽彩色編碼將多普勒信號(hào)以紅、藍(lán)、綠三種基色進(jìn)行人為編碼，以紅色表示血流朝向探頭，藍(lán)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(lán)+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(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)和相位檢測(cè)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(lán)綠三種彩色編碼和B型成像同時(shí)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(xué)定量與彩色室壁運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)聲學(xué)造影二、圖像偽像（一）定義：因聲學(xué)物理特性、成像技術(shù)、儀器調(diào)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(yīng)：由于多次反射和/散射造成，常見于體內(nèi)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(cè)動(dòng)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(yīng)/聲尾，胃腸道及肺部氣體，多次內(nèi)部反射形成，又見膽道積氣、膽囊壁膽固醇結(jié)晶后方的慧尾，節(jié)育環(huán)等。n3、鏡像效應(yīng)：鏡面折返虛像。在大而光滑的界面產(chǎn)生。n4、側(cè)壁失落效應(yīng)：大界面回聲時(shí)入射角度過大產(chǎn)生。n5、后壁增強(qiáng)效應(yīng)：由于儀器加入深度增益補(bǔ)償而產(chǎn)生。n6、聲影：系聲路中具有較強(qiáng)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(shù)語(yǔ)(1)、描述必須使用規(guī)范化超聲術(shù)語(yǔ)。牢記常用超聲術(shù)語(yǔ)以回聲強(qiáng)度定名a、弱/低回聲：指反射光點(diǎn)輝度較正常臟器或病灶周圍的正常組織的回聲光點(diǎn)輝度減低。腎髓質(zhì)。b、等回聲或中等回聲：指反射光點(diǎn)強(qiáng)度等于正常組織回聲，不增強(qiáng)也不減低。肝脾實(shí)質(zhì)。c、強(qiáng)回

12、聲：反射比較強(qiáng)，回聲明亮，也可伴有聲影或多重反射。纖維組織（包膜）、結(jié)石、鈣化灶、氣體。d、高回聲：回聲強(qiáng)度介于等回聲與強(qiáng)回聲之間。e、無回聲：均勻液體內(nèi)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(qiáng)回聲：氣體、骨皮質(zhì)、軟骨組織、纖維結(jié)締組織2、高回聲：腎竇、胎盤、胰腺、肌肉、眼球后組織、甲狀腺實(shí)質(zhì)3、等回聲：肝脾實(shí)質(zhì)、腎皮質(zhì)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(diǎn)細(xì)小的亮點(diǎn)狀，直徑小于3mm。（2）光斑直徑小于5mm的斑片狀強(qiáng)回聲。（3）光團(tuán)直徑大于5mm的團(tuán)狀強(qiáng)回聲。（4）光環(huán)回聲呈環(huán)狀。（5）光帶回聲光

13、點(diǎn)連續(xù)排列呈明亮的帶狀或線狀。（6）聲暈結(jié)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(shí)，聲能明顯衰減，后方出現(xiàn)條狀暗區(qū)稱為聲影，多見于結(jié)石、鈣化及致密結(jié)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(cè)，圖右為患者左側(cè)，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(cè)；圖右為患者足側(cè)。4、斜切：圖左為患者右側(cè)，圖右為患者左側(cè)，圖上為腹，圖下為背。俯臥位：1、橫切：圖左為患者左側(cè)，圖右為患者右側(cè)，圖上為背，圖下為腹。2、縱切：圖左為患者頭側(cè)，圖右為患者足側(cè)，圖上為背，圖下

14、為腹。側(cè)臥位：1、橫切：圖左為患者左側(cè)，圖右為患者右側(cè)，圖上為背，圖下為腹。2、縱切：圖左為患者足側(cè)，圖右為患者頭側(cè)，圖上為背，圖下為腹。（三）圖像分析的內(nèi)容 觀察分析超聲圖像時(shí)，首先應(yīng)了解切面方位，以便于認(rèn)清所包括的解剖結(jié)構(gòu)，并注意分析以下內(nèi)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(rùn)性病變?！奥晻灐闭?、“光環(huán)”征等。3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征：、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征：可分為結(jié)構(gòu)如常，正常結(jié)構(gòu)消失，

15、界面的增多或減少，界面散射點(diǎn)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(duì)聲能吸收衰減不同，則表現(xiàn)后壁與后方回聲的增強(qiáng)效應(yīng)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(qiáng)，而衰減系數(shù)高的纖維組織、鈣化、結(jié)石、氣體等則其后方形成“聲影”。5、周圍回聲強(qiáng)度：、周圍回聲強(qiáng)度：當(dāng)實(shí)質(zhì)性臟器內(nèi)有占位性病變時(shí)，可致病灶的周圍回聲的改變。如系膨脹性生長(zhǎng)的病變，則其周圍回聲呈現(xiàn)較均勻 性增強(qiáng)或有血管擠壓移位；如系浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的病變，則其周圍回聲強(qiáng)弱不均或有血管走向的中斷。6、毗鄰關(guān)系：、毗鄰關(guān)系：有無壓迫、粘連或浸

16、潤(rùn)。n7、臟器活動(dòng)情況：臟器的活動(dòng)可反映臟器組織的功能狀況，如心肌出現(xiàn)缺血和梗死時(shí)，其相應(yīng)部位的心肌將出現(xiàn)室壁運(yùn)動(dòng)異常。通過觀察心臟瓣膜的活動(dòng)可判斷有無瓣膜狹窄和關(guān)閉不全。 8、臟器結(jié)構(gòu)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(shù)，可分析血流速度、血流時(shí)相、血流性質(zhì)和血流途徑。n10、血流的定量分析：多普勒超聲心動(dòng)圖的定量分析包括血流量、壓力階差和瓣口面積的測(cè)量。 四、不同成像的觀察、分析及綜合應(yīng)用（一）不同成像的觀察、分析 各種影像學(xué)方法的成像原理不同，其組織學(xué)特點(diǎn)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(hào)強(qiáng)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(gòu)成圖像。 它們的共同點(diǎn)都是以不同的灰度構(gòu)成解剖圖像。對(duì)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(xué)方法的成像原理后，才能正確解讀各種圖像。 （二）醫(yī)學(xué)影像學(xué)