課題一 超聲成像的基礎(chǔ)知識

超聲成像的基礎(chǔ)知識吳紅哲簡介超聲(Ultrasound，簡稱US)醫(yī)學(xué)是聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)及電子學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。凡研究高于可聽聲頻率的聲學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用即超聲醫(yī)學(xué)。包括超聲診斷學(xué)、超聲治療學(xué)和生物醫(yī)學(xué)超聲工程，所以超聲醫(yī)學(xué)具有醫(yī)、理、工三結(jié)合的特點，涉及的內(nèi)容廣泛，在預(yù)防、診斷、治療疾病中有很高的價值。2基本原理（一）聲波能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ，人的感覺器官感覺不到的聲波，叫做超聲波。聲波的基本物理性質(zhì)如下：(一)聲波的頻率、周期和速度聲源振動產(chǎn)生聲波，聲波有縱波、橫波和表面波三種形式。而縱波是一種疏密波，就像一根彈簧上產(chǎn)生的波。用于人體診斷的超聲波是聲源振動在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的縱波。聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中質(zhì)點在平衡位置來回振動一次，就完成一次全振動，一次全振動所需要的時間稱振動周期(T)。在單位時間內(nèi)全振動的次數(shù)稱為頻率(f)，頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T，聲波在介質(zhì)中以一定速度傳播，質(zhì)點振動一周，波動就前進一個波長(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。(二)聲阻抗聲波在媒介中傳播，其傳播速度與媒質(zhì)密度有關(guān)。在密度較大介質(zhì)中的聲速比密度較小介質(zhì)中的聲速要快。在彈性較大的介質(zhì)中聲速比彈性較小的介質(zhì)中要快。這就引出了聲阻抗的定義，聲阻抗為介質(zhì)密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示，Z=ρ·C。3基本原理（二）超聲波超聲波就是頻率大于20KHZ，人耳感覺不到的聲波，它也是縱波，可以在固體、液體和氣體中傳播，并且具有與聲波相同的物理性質(zhì)。但是由于超聲波頻率高，波長短，還具有一些自身的特性。束射性超聲波具有束射性。這一點與一般聲波不同，而與光的性質(zhì)相似，即可集中向一個方向傳播，有較強的方向性，由換能器發(fā)出的超聲波呈窄束的圓柱形分布，故稱超聲束。4基本原理（三）反射和折射當(dāng)一束超聲波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質(zhì)的交界面上時，就會發(fā)生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角，因此超聲波探查疾病時要求聲束盡量與組織界面垂直。超聲波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關(guān)，兩介質(zhì)聲阻抗差越大，入射超聲束反射越強。聲阻抗差越小反射越弱。穿過大界面的透射聲，可能沿入射聲束的方向繼續(xù)進行，亦可能偏離入射聲束的方向而傳播，后一種現(xiàn)象稱超聲折射，是由于兩種介質(zhì)內(nèi)聲速的不同所致。散射與衍射超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，如果所遇到的物體界面直徑大于超聲波的波長則發(fā)生反射，如果直徑小于波長，超聲波的傳播方向?qū)l(fā)生偏離，在繞過物體以后又以原來的方向傳播，此時反射回波很少，這種現(xiàn)象叫衍射。因此波長越短超聲波的分辨力越好。如果物體直徑大大小于超聲波長的微粒，在通過這種微粒時大部分超聲波繼續(xù)向前傳播，小部分超聲波能量被微粒向四面八方輻射，這種現(xiàn)象稱為散射。5基本原理（四）超聲波的衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱作超聲波的衰減。衰減有以下兩個原因：(1)超聲波在介質(zhì)中傳播時，聲能轉(zhuǎn)變成熱能，這叫吸收；(2)介質(zhì)對超聲波的反射、散射使得入射超聲波的能量向其他方向轉(zhuǎn)移，而返回的超聲波能量越來越小。6基本設(shè)備（一）多普勒超聲基本原理：多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家克里斯汀·約翰·多普勒于1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對運動時，光波頻率升高或降低的現(xiàn)象。這種相對運動引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差別稱為多普勒頻移或多普勒效應(yīng)。聲波同樣具有多普勒效應(yīng)的特點，多普勒超聲最適合對運動流體做檢測，所以多普勒超聲對心臟及大血管血流的檢測尤為重要。多普勒超聲心動圖的基本方式1脈沖式多普勒(PW)2連續(xù)式多普勒(CW)3彩色多普勒血流顯像(CDFI)7基本設(shè)備（二）超聲診斷儀（一）A型超聲診斷儀A超是一種幅度調(diào)制型，是國內(nèi)早期最普及最基本的一類超聲診斷儀，目前已基本淘汰。（二）M型超聲診斷儀M超是采用輝度調(diào)制，以亮度反映回聲強弱，M型顯示體內(nèi)各層組織對于體表(探頭)的距離隨時間變化的曲線，是反映一維的空間結(jié)構(gòu)，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動圖，目前一般作為二維彩色多普勒超聲心動圖儀的一種顯示模式設(shè)置于儀器上。(三)B型超聲診斷儀B型顯示是利用A型和M型顯示技術(shù)發(fā)展起來的，它將A型的幅度調(diào)制顯示改為輝度調(diào)制顯示，亮度隨著回聲信號大小而變化，反映人體組織二維切面斷層圖像。B型顯示的實時切面圖像，真實性強，直觀性好，容易掌握。它只有20多年歷史，但發(fā)展十分迅速，儀器不斷更新?lián)Q代，近年每年都有改進的新型B型儀出現(xiàn)，B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設(shè)備。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、復(fù)合掃查；掃查的驅(qū)動方式：手動掃查、機械掃查、電子掃查、復(fù)合掃查。8基本設(shè)備（二）(四)D型超聲診斷儀超聲多普勒診斷儀簡稱D型超聲診斷儀，這類儀器是利用多普勒效應(yīng)原理，對運動的臟器和血流進行探測。在心血管疾病診斷中必不可少，目前用于心血管診斷的超聲儀均配有多普勒，分脈沖式多普勒和連續(xù)式多普勒。近年來許多新課題離不開多普勒原理，如外周血管、人體內(nèi)部器官的血管以及新生腫瘤內(nèi)部的血供探查等等，所以現(xiàn)在彩超基本上均配備多普勒顯示模式。(五)彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質(zhì)量的彩色顯示要求有滿意的黑白結(jié)構(gòu)顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎(chǔ)上，打開“彩色血流顯像”開關(guān)，彩色血流的信號將自動疊加于黑白的二維結(jié)構(gòu)顯示上，可根據(jù)需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國際市場上彩超的種類及型號繁多，檔次開發(fā)日新月異，更具高信息量、高分辨率、高自動化、范圍廣、簡便實用等特點。9圖像特點不同類型的超聲儀有不同的圖像特點，因B型超聲是最重要的診斷方法，故對其圖像特點做以下介紹：10圖像特點（一）切面聲像圖的回聲描述1回聲強弱的描述：根據(jù)圖像中不同灰階將回聲信號分為強回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強弱或高低的標(biāo)準一般以該臟器正?；芈暈闃?biāo)準或?qū)⒉∽儾课换芈暸c周圍正常臟器回聲強度的比較來確定。如液體為無回聲，結(jié)石氣體或鈣化為強回聲等。正常人體軟組織的內(nèi)部回聲由強到弱排列如下：腎竇>胎盤>胰腺>肝臟>脾臟>腎皮質(zhì)>皮下脂肪>腎髓質(zhì)>腦>靜脈血>膽液和尿液。2回聲分布的描述：按圖像中光點的分布情況分為均勻或不均勻，密集或稀疏。在病灶部的回聲分布可用“均質(zhì)”或“非均勻”表述。3回聲形態(tài)的描述：光團：回聲光點聚集呈明亮的結(jié)團狀，有一定的邊界。光斑：回聲光點聚集呈明亮的小片狀，邊界清楚。光點：回聲呈細小點狀。光環(huán)：顯示圓形或類圓形的回聲環(huán)。光帶：顯示形狀似條帶樣回聲。4某些特殊征象的描述：即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征，用以強調(diào)這些征象，常用的有“靶環(huán)”征、“牛眼”征、“駝峰”征、“雙筒槍”征等。5彩色多普勒血流顯象還可對臟器內(nèi)或腫塊內(nèi)、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細、形態(tài)以及血流速度等多項參數(shù)加以顯示。11圖像特點（二）超聲圖像的常見偽像1多次反射超聲垂直照射到平整的界面而形成聲波在探頭與界面之間來回反射，出現(xiàn)等距離的多條回聲，強度漸次減弱，尤其與薄層氣體所構(gòu)成的界面上，如肝左葉與胃內(nèi)氣體之間、膀胱回聲前部分的細小回聲。2多次內(nèi)部混響超聲在靶內(nèi)來回反射，形成彗星尾征，如子宮內(nèi)節(jié)育環(huán)。3切片厚度偽像又稱部分容積效應(yīng)。因聲束寬度較寬(即超聲切面圖的切片厚度較厚)引起。如膽囊內(nèi)假膽泥樣圖像。4旁瓣偽像由聲束主瓣外的旁瓣反射造成，在結(jié)石和腸氣等強回聲兩側(cè)呈現(xiàn)“狗耳”樣或稱“披紗”樣圖像。12圖像特點（二）5聲影由于前方有強反射或聲衰減很大的物質(zhì)存在，以致在其后方出現(xiàn)聲束不能到達的區(qū)域即縱條狀無回聲區(qū)稱為聲影區(qū)，利用聲影可識別結(jié)石