超聲基礎(chǔ)知識(shí)課件

超聲基礎(chǔ)

2012年1月超聲基礎(chǔ)知識(shí)人類(lèi)可聽(tīng)聲波:30Hz---20kHz超聲波：聲源振動(dòng)的頻率＞20,000Hz的機(jī)械波臨床常用的超聲頻率在2-15MHz（1MHz＝1000kHz)超聲是一種機(jī)械波超聲診斷原理：

是利用超聲波在人體內(nèi)傳播的規(guī)律（包括聲的反射、透射、散射、漫反射、衰減、繞射等）來(lái)了解人體內(nèi)部情況。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)中，與CT、X線、核醫(yī)學(xué)、磁共振并駕齊驅(qū)，互為補(bǔ)充。對(duì)人體無(wú)損傷、無(wú)痛苦、無(wú)危害著稱(chēng)，尤其對(duì)人體軟組織的探測(cè)和心血管臟器的血流動(dòng)力學(xué)觀察有獨(dú)到之處。超聲分類(lèi)

A超：根據(jù)回聲波幅的高低、多少形狀及有無(wú) 進(jìn)行診斷（組織在一束超聲束上的圖象）。

B超：在A超基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)切面聲像圖的分析 而作出（組織在一個(gè)超聲切面上的圖象）。M超：是運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)-時(shí)間的曲線顯示，可用于心臟檢查（心血管系統(tǒng)在一束超聲束上的圖象）。D超：即多普勒超聲，它是應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理檢測(cè)心臟、血管內(nèi)血液流動(dòng)時(shí)所反射回來(lái)的各種多普勒頻移信息，以頻譜或彩色的形式顯示。超聲系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)視器輔助裝置主機(jī)探頭群常用超聲波探頭相控陣三維腔內(nèi)線陣凸陣探頭群晶片---陣元探頭的基本單元稱(chēng)為陣元（晶片）。陣元能直接激勵(lì)而發(fā)射超聲信號(hào)，也能接收回波而輸出電信號(hào)。振子是由壓電材料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)、電極化處理、打磨、加上電極等一系列加工后形成的壓電元件。為了提高各個(gè)陣元的性能，常把一個(gè)陣元再切割為幾個(gè)微元。壓電材料(1)應(yīng)用:逆壓電效應(yīng)加電→振動(dòng)→超聲波→發(fā)射晶片晶片超聲探頭PROBE超聲探頭是超聲診斷儀中最主要的部件之一。其功能是將電子線路產(chǎn)生的電激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲脈沖信號(hào)射入人體；并將人體組織產(chǎn)生的超聲回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成接收的電信號(hào)。工作方式：分為機(jī)械探頭和電子探頭。掃描方式：電子探頭又分為線陣探頭、凸陣探頭、相控陣探頭。凸陣探頭

凸陣探頭中各個(gè)換能器小陣元排列成一條弧線.

扇面成像,因此探測(cè)視野比較大.

適合檢查腹部臟器.相控陣探頭

相控陣探頭是電子探頭，通常在1-2cm的長(zhǎng)度上分布128陣元。通過(guò)控制相控陣探頭每個(gè)陣元在發(fā)射和接收時(shí)的延遲時(shí)間（即改變相位），就可以實(shí)現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)、電子聚焦等功能，從而進(jìn)行扇掃。

由于相控陣探頭孔徑小，常用于心血管系統(tǒng)的檢測(cè)。探頭種類(lèi)腔內(nèi)探頭：用于經(jīng)陰道或經(jīng)直腸、經(jīng)食道檢查。探頭種類(lèi)特殊探頭：術(shù)中探頭、腹腔鏡探頭、穿刺頭。

二維圖像診斷基礎(chǔ)1、皮膚

呈線狀強(qiáng)回聲2、脂肪

回聲強(qiáng)弱不同，層狀分布的脂肪呈低回聲。3、纖維組織

與其他成分交錯(cuò)分布，反射回聲強(qiáng)，排列均 勻的纖維瘤回聲則較弱。一般纖維組織的衰減程度較明顯。

4、肌肉組織

回聲較脂肪組織強(qiáng)，且較粗糙。5、血管

形成無(wú)回聲的管狀結(jié)構(gòu)，動(dòng)脈常顯示明顯的搏動(dòng)，有時(shí)能看到紅細(xì)胞散射點(diǎn)狀回聲。6、骨組織、鈣化或結(jié)石

形成很強(qiáng)的回聲，其后方留有聲影。

頻率Frequency:單位時(shí)間內(nèi)聲源振動(dòng)的次數(shù)，單位赫茲HZ

經(jīng)顱:2.0MHz

心臟:2.5-5.0MHz

腹部:3.5-5.0MHz(7.0MHz)

腔內(nèi):5.0-7.5MHz

血管、小器官:7.5-15MHz(20MHz)頻率越高，分辨力越好，穿透力弱。頻率越低，分辨力越差，穿透力強(qiáng)。頻率低頻率高深淺頻率和分辨率

深度與頻率成反比分辨率與頻率成正比顯像幀頻、成像幀頻顯像幀頻取決于顯示器,PAL制式為50HZ;成像幀頻FR（FRAMERATE)取決于成像設(shè)備的性能,而探測(cè)深度、扇掃角度、焦點(diǎn)個(gè)數(shù)將對(duì)成像幀頻起決定性影響.

最大幀頻：探測(cè)深度最小、焦點(diǎn)個(gè)數(shù)最少、扇掃角度最小的前提下可得到該儀器的最大幀頻.但是在臨床應(yīng)用中幾乎不會(huì)用到這種條件.通道（Channel）

發(fā)射通道:64,128,256,512

單、雙、四路接收接收通道:64,128,256,512,1024分辨率Resolution

空間分辨率：反映圖像細(xì)節(jié)的清晰度，分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)和血流，并顯示正確解剖位置。

縱向---沿聲束在深度上可以區(qū)分的兩點(diǎn)間的最小距離。

橫向---垂直于聲束在同深度上可以區(qū)分的兩點(diǎn)間的最小距離。

縱向分辨率一般大于橫向分辨率！時(shí)間分辨率：正確顯示實(shí)時(shí)血流的能力，與幀頻(幀/秒)有關(guān)。變頻寬頻、變頻：

可選擇多種不同中心頻率的探頭技術(shù)，使用同一探頭可探測(cè)不同深度。獨(dú)立三變頻技術(shù)

二維、彩色、多譜勒可同時(shí)分別變頻（二維四個(gè)頻率，彩色、多譜勒二個(gè)以上頻率）

QFI---多種選頻技術(shù)一種探頭有多種頻率彩色和多譜勒?qǐng)D像B/W圖像SelectableImagingFrequency2.5MHz探頭頻率范圍3MHz3.75MHz5MHz6MHz彩色頻率F彩色頻率越高,對(duì)低速血流檢查越敏感;彩色頻率越低,對(duì)高速血流檢查越敏感;如:做頸動(dòng)脈檢查二維選用較高頻（10MHz），得到好的分辨力，但為得到深部血管好的血流顯示和空間分辨率；需將彩色頻率調(diào)低?；译A和彩階灰階:圖像中像素的亮度等級(jí)---即黑白分級(jí)的多少。灰階數(shù)越多，圖像對(duì)比分辨率越好（與圖像黑白層次有關(guān)）：2,4,8……128,256。灰階:聲像圖技術(shù)通過(guò)對(duì)數(shù)壓縮方法,使人體不同組織和體液的界面反射回聲強(qiáng)度通過(guò)顯示屏,以肉眼能夠分辨的明暗灰階層次加以顯示。彩階:對(duì)二維灰階圖像進(jìn)行彩色編碼處理,用于彩色增強(qiáng),可以提高圖像的分辨率,豐富影像層次,增加實(shí)感,提高B型超聲對(duì)病理組織變化的可視度?；芈暤姆N類(lèi)：高回聲：結(jié)石（聲影？）中等回聲：實(shí)質(zhì)臟器（肝臟）低回聲：脂肪等無(wú)回聲：膀胱、膽囊M型(Motion)顯示運(yùn)動(dòng)信息顯示特定的聲束方向上各回波點(diǎn)隨時(shí)間變化（運(yùn)動(dòng)）的情況。顯示圖中橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是探測(cè)深度M型顯示常被用于觀察心臟等運(yùn)動(dòng)的臟器深度時(shí)間取樣線動(dòng)態(tài)范圍（DynamicRange）二維圖像的動(dòng)態(tài)范圍:DB=Lg(A/A0),A為儀器最終輸出信號(hào)的強(qiáng)度；A0為由探頭檢測(cè)得到的信號(hào)強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)范圍DB值的大小反映了：儀器對(duì)所有回波信號(hào)的放大能力；儀器對(duì)諧波信號(hào)的數(shù)字放大能力；二維圖像內(nèi)信息量的多少.動(dòng)態(tài)范圍（放大圖像信號(hào)的能力）：90，100，120，150，175，180.偽彩偽彩可以提高圖像的分辨力。所以“彩超”主要對(duì)血流，“偽彩”主要對(duì)黑白圖像。通道（Channel）對(duì)接收通道而言，所謂的物理通道是指具有接收隔離、前置放大、TGC控制等信號(hào)處理功能的獨(dú)立的電路硬件--實(shí)際通道=發(fā)射通道）在數(shù)字化多聲束形成器中，每一個(gè)物理通道（通過(guò)軟件控制被）分為多個(gè)虛擬通道=接收通道（或稱(chēng)邏輯通道，形成不同的聲束。數(shù)字聲束形成器

具有數(shù)字式聲束形成器的超聲成像系統(tǒng)稱(chēng)為全數(shù)字化的超聲成像系統(tǒng).

優(yōu)點(diǎn)：

1、實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦和動(dòng)態(tài)孔徑,可獲得超高分率；2、可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變跡,消除旁瓣引起的偽像；3、回波信號(hào)中幅度信息(形成二維圖像),相位信息(獲得多譜勒頻移）.提取可由軟件實(shí)現(xiàn),而不必使用不同的通道,大大提高圖像的分辨率.多譜勒效應(yīng)（DOPPLER）人站在站臺(tái)不動(dòng),火車(chē)?guó)Q著喇叭進(jìn)站,人耳聽(tīng)到的喇叭聲音頻率越來(lái)越高(“更刺耳”)---相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的頻率變化.超聲波在人體中傳播時(shí),由體內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生的反射或散射信號(hào)的頻率與發(fā)射頻率之間將出現(xiàn)偏差,即“多譜勒效應(yīng)”，產(chǎn)生的頻差稱(chēng)為多譜勒頻偏。檢測(cè)多譜勒信息就能得到運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向及速度大小的信息。頻偏多譜勒速度運(yùn)動(dòng)多普勒成像分類(lèi)頻譜多普勒：

脈沖波多普勒(PW)

連續(xù)波多普勒(CW)彩色多普勒：

彩色多普勒血流圖（CDFI）

彩色能量圖（POWERFLOW）脈沖多普勒（PW)脈沖波多普勒:采用單組陣元發(fā)射脈沖波,并于脈沖間期接收回波。優(yōu)點(diǎn):可準(zhǔn)確定位。缺點(diǎn):受PRF限制,有折反現(xiàn)象（混疊現(xiàn)象）;不能測(cè)高速血流。連續(xù)多普勒（CW)連續(xù)波多普勒：探頭連續(xù)發(fā)射和接收超聲波，沿超聲束不同深度出現(xiàn)的多普勒頻移均被接收、分析、和顯示出來(lái).缺點(diǎn)：不能提供距離信息.PW與CW的區(qū)別

彩色血流圖（CFM）利用多普勒原理采集血流中的紅細(xì)胞速度變化；在二維中用彩色圖像實(shí)時(shí)顯示血流的方向與速度。通常用不同的顏色指示不同的血流方向：血流方向朝向探頭，顯示紅色；血流方向背向探頭，顯示藍(lán)色；

流速的大小,用顏色的亮暗表示;

出現(xiàn)血流紊亂時(shí)，以紅藍(lán)混合色表示。融合黑白二維B型結(jié)構(gòu)和彩色血流圖的超聲診斷儀稱(chēng)為“彩超”.彩色血流圖儀也是依據(jù)多譜勒原理設(shè)計(jì)的,因此也稱(chēng)為彩色多譜勒。多譜勒頻譜圖對(duì)多譜勒回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可以得到回波中各種不同頻率成分的信號(hào)。這一分析結(jié)果通常以頻譜圖的格式顯示，這就是所謂的多譜勒頻譜圖。橫坐標(biāo)---時(shí)間軸，縱坐標(biāo)---頻率軸（與流速相對(duì)應(yīng)）圖中信號(hào)的強(qiáng)弱與血流速度相關(guān)。連續(xù)多普勒(CW):僅用于測(cè)量心臟高速血流---心臟探頭。脈沖多譜勒(PW):常用于精確測(cè)定低速血流---所有探頭。速度時(shí)間方向頻譜能量圖（CDE）彩色血流圖中指示的是血流速度的大小與方向。彩色多譜勒能量圖則反映血流對(duì)入射的超聲波產(chǎn)生的背向散射的能量,一般不區(qū)分血流的方向。目前也有廠家具有方向能量圖。能量圖采集的信號(hào)是血流中紅細(xì)胞密度。彩色血流圖和能量血流圖ColorFlowMode彩色血流模式Power

Flowmode能量血流模式彩色多譜勒能量圖特點(diǎn)：1.強(qiáng)度與紅細(xì)胞的數(shù)量有關(guān),顯示低流量、低流速血流；2.不能顯示速度大小;3.較敏感地顯示小血管中血流的存在.應(yīng)用：1.腎臟血流的研究（腎皮質(zhì)血流）；2.陰囊病變的血流改變；3.卵巢細(xì)小血管、胎盤(pán)內(nèi)的細(xì)小血管；4.小器官、腫瘤、軟組織和肌肉疾病的血流；5.評(píng)價(jià)二維造影及三維重建.方向能量圖彩色多譜勒方向能量圖VELO-POWER：1.既保持了普通能量圖的敏感性，又能顯示血流的方向信息；2.對(duì)于低速血流更敏感，可以更理想地顯示血流的空間分布。在動(dòng)靜脈系統(tǒng)緊密伴行的部位，不會(huì)將動(dòng)、靜脈系統(tǒng)相混淆，達(dá)到測(cè)量更為精確，多普勒頻譜取樣更為直觀方便，更為適應(yīng)諸如腎臟移植等器官移植、腎臟等實(shí)質(zhì)性器官急、慢性病變血供狀態(tài)的觀察。在臨床具有廣泛的應(yīng)用前景。組織多譜勒成像(TDI)利用多譜勒原理可以獲得體內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的信息，可借助多譜勒原理來(lái)探測(cè)心肌的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變多譜勒濾波系統(tǒng)，除去心腔內(nèi)血流產(chǎn)生的高頻低幅度信號(hào)，提取低頻高幅度的心肌室壁多譜勒信號(hào)，并在二維圖像中用不同的顏色標(biāo)明心肌運(yùn)動(dòng)的方向與速度大小，這就是組織多譜勒成像。TDI分為速度圖、加速度圖和能量圖等顯示方式。用以評(píng)價(jià)心功能（收縮、舒張）、缺血性心臟病、高血壓病、心肌病心臟電生理研究。PWwithTDI

PowerFlowTDIB-TDIPOWER-TDIPW-TDI

組織多普勒TDI顯示方法以下內(nèi)容對(duì)銷(xiāo)售不作要求線性和非線性聲學(xué)線性聲學(xué)：人體組織是一種線性的傳聲媒質(zhì)，也即發(fā)射頻率為f。的聲波時(shí)，從人體內(nèi)部臟器反射或散射并被探頭接收的回聲信號(hào)也是f。附近的一個(gè)窄帶信號(hào)。由于聲在人體組織傳播過(guò)程中產(chǎn)生的非線性以及組織界面入射/反射關(guān)系的非線性，發(fā)射的聲波頻率為f0時(shí)，回波（由于反射和散射）頻率中除有f0(稱(chēng)基波）外，還有2f。，3f。，…...等成分（稱(chēng)為諧波），其中以二次諧波（2f。）的能量最大。Y=KXY=KX2諧波成像諧波是指頻率為基波頻率（發(fā)射的中心頻率）倍數(shù)的那些頻率成分。超聲波在人體組織中傳播時(shí)會(huì)累積起諧波成分，專(zhuān)門(mén)提取回波中的諧波成分重建圖像就是所謂的諧波（HarmonicImage).二次諧波的幅度接近基波，通過(guò)減法或脈沖反相法，獲得組織或血管內(nèi)血流的二次諧波顯像。諧波成像可以是針對(duì)一般組織的成像，也可以是針對(duì)血流的成像。為了增強(qiáng)諧波成像,可以使用超聲造影劑---造影諧波CHE.不使用造影劑的組織諧波也稱(chēng)為自然組織諧波---TEI.當(dāng)超聲回聲被接收時(shí),數(shù)字化濾波去掉基波頻率F0,

并只讓二次諧波2F0

信號(hào)通過(guò).組織諧波(TEI)原理f02f0f0接收:

f0+2f0頻率強(qiáng)度f(wàn)02f0過(guò)去被忽略掉的信息濾波自然組織諧波與普通灰階圖像

發(fā)射較低頻率、增加穿透力，接收兩倍頻率，增

強(qiáng)較深內(nèi)部心肌組織的回聲，改善圖像質(zhì)量，提高

信噪比,使組織清晰顯像。TEITissueEnhancedImaging聲窗差體壁厚手術(shù)后困難掃描的病人肥胖老年人皮下脂肪過(guò)厚左室長(zhǎng)軸基波發(fā)射/接收3.8M左室長(zhǎng)軸純凈諧波發(fā)射：1.9M接收：3.8M基波和諧波對(duì)比消除基波形成的偽像造影諧波造影諧波：

利用造影劑得到更強(qiáng)的諧波信號(hào)，觀察組織內(nèi)造影劑灌注情況，提高組織分辨率便于診斷的技術(shù)。C:ContrastH:HarmonicE:Echo有助于對(duì)5mm以下的微小腫瘤的早期診斷;鑒別乳腺腫塊良惡性。采用全程動(dòng)態(tài)掃描，成像效果可與螺旋CT相比。UCA超聲造影劑使用超聲造影劑UCA（UltrasoundContrastAgent）可人為地?cái)U(kuò)大非線性信號(hào)。將UCA注入人體待查部位，會(huì)產(chǎn)生大量微氣泡，由于入射/散射之間強(qiáng)度關(guān)系的非線性參數(shù)約比人體組織大10-100倍，這意味UCA產(chǎn)生的諧波比周?chē)M織大幾十---100倍.UCA超聲造影劑

造影劑的散射面積比同樣大小的固體粒子大109倍，可使背向散射的信號(hào)大大增強(qiáng)，可以突出感興趣區(qū)域的圖像，改善圖像的信噪比，提高顯像效果血液中有造影劑，可顯示小血管中極低速的血流.正常組織與病變組織對(duì)造影劑反差存在差異，可提高腫瘤檢出率.應(yīng)用：心血管、胃腸、膽囊、輸尿管和宮腔等方面，從創(chuàng)傷性向非創(chuàng)傷性飛躍.由于造影成本太高，患者消費(fèi)不起，醫(yī)院不敢開(kāi)展，目前只有少數(shù)大醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)在開(kāi)展。三維成像

三維成像是顯示人體組織的立體結(jié)構(gòu)或流速信息。通常情況下，三維立體圖像是在一系列二維圖像的基礎(chǔ)上重建出來(lái)的。如果采用精密的定位裝置，就可以得到精確的立體結(jié)構(gòu)。也有的超聲診斷儀不使用任何定位裝置。由于彩超處理能力遠(yuǎn)低于CT、MR，其三維效果和臨床價(jià)值遠(yuǎn)不如CT、MR，因此三維超聲并沒(méi)有得到充分認(rèn)可，只是作為醫(yī)院的宣傳點(diǎn)和部分三維推崇者的嘗試。超聲在醫(yī)學(xué)影像中的最大優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)顯示解剖信息和部分功能信息。3DCOMPETITOR選購(gòu)彩超標(biāo)準(zhǔn)一臺(tái)高檔次的彩超應(yīng)具備：①靈敏度高、寬頻帶、多振元、聲場(chǎng)特性好的探頭；②全數(shù)字化聲束處理技術(shù)（數(shù)字波束聚焦、波束形成及偏轉(zhuǎn)、動(dòng)態(tài)旁瓣壓縮、動(dòng)態(tài)口徑）；③能適配多種用途的探頭（經(jīng)食道多平面探頭、直腸探頭、陰道探頭、術(shù)中探頭）；④可用于全身各臟器檢查；⑤先進(jìn)的圖像處理功能及圖像記錄、管理功能及DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)接口。彩超質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一、空間分辨力

空間分辨力系指對(duì)血管特定點(diǎn)瞬時(shí)速度的檢測(cè)，與采樣容積有關(guān)。采樣容積越小，越能反映特定點(diǎn)細(xì)微血流的瞬時(shí)真實(shí)血流速度。二、速度分辨力

速度分辨力系指對(duì)血流速度快速變化的對(duì)比分辨能力。在檢測(cè)高速血流時(shí)還有低速血流信號(hào)，或在高速血流后立即出現(xiàn)低速血流，均可適應(yīng)其變化得清到晰顯像。這與壁濾器的自適應(yīng)能力有關(guān)。三、動(dòng)態(tài)分辨力（時(shí)間分辨率）

動(dòng)態(tài)分辨力系指彩色成像的速率———幀速率。當(dāng)彩色顯示角度變大，深度增加時(shí)，幀頻會(huì)降低，時(shí)間分辨能力變差，便無(wú)法觀察細(xì)小的異常血流。要處理好角度、深度與幀速率的關(guān)系。彩超質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)四、敏感度

敏感度系指對(duì)低速血流檢測(cè)的能力及瞬時(shí)高速血流準(zhǔn)確捕捉的能力?，F(xiàn)已可檢測(cè)到直徑為0.2mm血管內(nèi)的血流信號(hào)，可測(cè)到0.5mm/s的低速血流，并有良好的信噪比。五、圖像均勻性1.均勻性是指全程聲揚(yáng)均勻一致，它與有效聲束直徑、發(fā)射脈沖能量的脈寬有關(guān)。在全圖像區(qū)域圖像的細(xì)微分辨都均勻一致（近場(chǎng)、中場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)）以及圖像中部及兩側(cè)邊緣在彩色顯示方式有穿透力高質(zhì)量的二維灰階圖像。2.穿透力是指彩色血流顯像可達(dá)到的最大深度。彩色血流圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)

從超聲工程技術(shù)及臨床應(yīng)用實(shí)際效果兩個(gè)方面結(jié)合起來(lái)評(píng)定。其圖像質(zhì)量取決于：①空間分辨力——細(xì)微分辨；②速度分辨力——對(duì)比分辮；③動(dòng)態(tài)分辨力——速度分辨；④靈敏度——對(duì)低速血流檢測(cè)；⑤圖像均勻性及穿透力；⑥彩色顯示效果等方面。各品牌部分產(chǎn)品SA-600-2SA-8000li