超聲基礎(chǔ)理論

（一）超聲波定義

聲源振動(dòng)頻率〉2萬(wàn)赫茲（Hz）的機(jī)械波為超聲波。

超聲診斷所用聲源振動(dòng)頻率一般為：1~10兆赫（MHz），常用為：2.5~5.0MHz。（二）超聲波的主要物理量

1、波長(zhǎng)（λ）在波的傳播方向上，質(zhì)點(diǎn)完成一次振動(dòng)的距離，單位是mm。

2、周期(T)質(zhì)點(diǎn)完成一次振動(dòng)的時(shí)間。3、頻率（f）單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)完成一個(gè)振動(dòng)過(guò)程的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。4、聲速（c）單位時(shí)間內(nèi)聲波在介質(zhì)中的傳播距離,單位是m/s，人體軟組織平均聲速為1540m/s。

c=f.λ并與介質(zhì)的彈性（E）和密度（ρ）相關(guān)

（三）超聲波的方向性

直線傳播?？色@定向傳播的超聲波束。

在相同聲源直徑的條件下，頻率越高，波長(zhǎng)越短，束射性或方向性越強(qiáng)。

（四）聲源、聲束、聲場(chǎng)與分辨力

1.聲源能產(chǎn)生超聲的物體稱(chēng)為聲源，通常采用壓電陶瓷、壓電有機(jī)材料或混合壓電材料組成。聲源由超聲換能器發(fā)出。2.聲束從聲源發(fā)出的聲波，一般在一個(gè)較小的立體角內(nèi)傳播。其中心軸線稱(chēng)為聲軸，為聲束傳播的主方向。聲束兩側(cè)邊緣間的距離稱(chēng)為束寬。3.近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)超聲束各處寬度不等。在臨近探頭的一段距離內(nèi)，束寬幾乎相等，稱(chēng)為近場(chǎng)；遠(yuǎn)方為遠(yuǎn)場(chǎng)。4.分辨力分基本分辨力和圖像分辨力

（1）基本分辨力：

1）軸向分辨力沿聲束軸線方向的分辨力。其優(yōu)劣影響靶標(biāo)在深淺方向的精細(xì)度。分辨力佳則在軸向的圖像點(diǎn)細(xì)小、清晰。通常用3-3.5MHz探頭時(shí)，軸向分辨力在1mm左右。2）側(cè)向分辨力指在與聲束軸線垂直的平面上在探頭長(zhǎng)軸方向的分辨力。聲束越細(xì)，側(cè)向分辨力越好。3）橫向分辨力指在與聲束軸線垂直的平面上在探頭短軸方向的分辨力（有稱(chēng)厚度分辨力）。

（2）圖像分辨力指構(gòu)成整幅圖像的目標(biāo)分辨力。有細(xì)微分辨力和對(duì)比分辨力。二、人體組織的聲學(xué)參數(shù)

（一）密度（ρ）組織、臟器的聲學(xué)密度，單位為g/cm3。

（二）聲速（C）單位為m/s。一般固體物含量高者聲速最高，含纖維組織（主要成分為膠原纖維）高者，聲速較高，含水量較高的軟組織聲速較低，液體聲速更低，含氣臟器中的氣體聲速最低。

（三）聲阻抗（Z）各種回聲圖像主要由聲阻抗差別造成。系密度與聲速的乘積，單位為g/cm2.s。

（四）界面兩種聲阻抗不同物體接觸在一起時(shí)，形成一個(gè)界面。接觸面大小稱(chēng)為界面尺寸。尺寸小于波長(zhǎng)時(shí)名小界面，反之稱(chēng)為大界面。三、人體組織對(duì)入射超聲的作用

（一）散射小界面對(duì)入射超聲產(chǎn)生散射現(xiàn)象，使入射超聲的部分能量向各個(gè)空間方向分散輻射。返回至聲源的能量甚低。散射來(lái)自臟器內(nèi)的細(xì)小結(jié)構(gòu)，臨床意義十分重要。

（二）反射超聲波入射到比自身波長(zhǎng)大的大界面時(shí)，入射聲波的較大部分能量被該界面阻擋而返回，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為反射。

大界面對(duì)入射超聲產(chǎn)生反射現(xiàn)象，使入射超聲能量的較大部分返回至聲源。入射角與反射角相等。

（三）折射組織、臟器聲速不同，聲束經(jīng)過(guò)其大界面時(shí)，前進(jìn)方向改變稱(chēng)為折射。

（四）繞射又名衍射。聲束繞過(guò)物體后，又以原來(lái)的方向偏斜傳播。

（五）衰減系聲波軸向振動(dòng)與介質(zhì)之間摩擦致能量消耗的結(jié)果，它與超聲探頭頻率及聲波運(yùn)行距離有關(guān)。在正常及病理情況下，組織的衰減會(huì)發(fā)生變化。

（六）多普勒效應(yīng)當(dāng)一定頻率的超聲波由聲源發(fā)射并在介質(zhì)中傳播時(shí)，如遇到與聲源作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的界面，則其反射的超聲波頻率隨界面運(yùn)動(dòng)的情況而發(fā)生改變，稱(chēng)之為多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）。1842年，奧地利數(shù)學(xué)家及天文學(xué)家克約斯琴.約翰.多普勒發(fā)現(xiàn)，當(dāng)星球與地球近向運(yùn)動(dòng)時(shí)，光色向光譜的紫色端移位，表明光波頻率增高；

向紅色方向移位，表明光波頻率降低。其差稱(chēng)為多普勒頻移。這種物理學(xué)效應(yīng)命名為多普勒效應(yīng)。此亦適用于各種類(lèi)型的波源和接受器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

多普勒方程：

fd=2×V.cosθf(wàn)o÷c

fd:多普勒頻移；fo:發(fā)射頻率；V:血流速度；θ:聲束與血流夾角；c:超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。

實(shí)際應(yīng)用中fo:即為換能器（探頭）頻率；c：超聲波在人體軟組織中的平均傳播速度為1540m/s。

多普勒頻移與聲速成正比。為獲得最大血流信號(hào)，應(yīng)使聲束與血流方向盡可能平行（θ角盡量?。?。四、人體組織的聲學(xué)分型

（一）無(wú)反射型：液性組織（如：血液、尿液、心包積液、胸水、腹水、膽汁、羊水等）。（二）少反射型：基本均質(zhì)的實(shí)質(zhì)性組織（如：肝臟、腎臟、脾臟、心肌、瓣膜等）。（三）多反射型：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、致密，排列無(wú)一定規(guī)律的實(shí)質(zhì)性組織（如：乳腺、心外膜、腎包膜、骨骼等）。（四）全反射型：含氣組織（如：肺、胃、腸等）。超聲檢查時(shí)使用偶合劑，就是為了防止探頭與皮膚之間存在空氣，影響探查。

五、超聲診斷原理

高頻脈沖發(fā)生器→換能器（將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷埽M織界面（反射）→換能器（將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽邮芊糯笱b置→示波管→顯示系統(tǒng)（顯示圖像）。

換能器即為超聲檢查用的探頭。

六、超聲的生物效應(yīng)

產(chǎn)生超聲生物效應(yīng)的主要物理機(jī)制有：熱機(jī)制、機(jī)械機(jī)制、空化機(jī)制。當(dāng)超聲劑量（聲強(qiáng)）超出規(guī)定，將造成若干生物效應(yīng)。

診斷用超聲劑量（聲強(qiáng)）的限定值，Ispta<100mWcm2，一次超聲照射時(shí)間10-20分鐘。七、超聲偽像

1.混響效應(yīng)

聲束掃查體內(nèi)平滑大界面時(shí)，部分能量返回探頭表面之后，又從探頭的平滑面再次反射第二次進(jìn)入體內(nèi)。

為多次反射的一種。多見(jiàn)于膀胱前壁、膽囊底、大囊腫前壁，可被誤診為壁的增厚、分泌物或腫瘤等。2.鏡像效應(yīng)

鏡像效應(yīng)亦可名為鏡面折返虛像。聲束遇到深部的平滑鏡面時(shí)，反射回聲如測(cè)及離鏡面較接近的靶標(biāo)后，按入射途徑反射折回探頭。

此時(shí)，在聲像圖上所顯示者，為鏡面深部與此靶標(biāo)距離相等、形態(tài)相似的圖像。鏡像效應(yīng)必須在大而光滑的界面產(chǎn)生，常見(jiàn)于橫膈附近。一個(gè)實(shí)質(zhì)性腫瘤或液性占位可在橫膈兩側(cè)同時(shí)顯示，較橫膈淺的一處為實(shí)影，深者為虛影或鏡像。3.聲影

聲影指在常規(guī)DGC正補(bǔ)償調(diào)節(jié)后，在組織或病灶后方所演示的回聲低弱甚或接近無(wú)回聲的平直條狀區(qū)。系聲路中具有較強(qiáng)衰減體所造成。高反射系數(shù)物體（如氣體）、高吸收系數(shù)物體（如骨骼、結(jié)石、瘢痕）下方具有聲影，二者兼具則聲影更明顯。

4.高衰減結(jié)構(gòu)超聲能量消耗甚多，其后方回聲明顯減弱，常見(jiàn)于肌腱、軟骨、瘢痕之后，提高儀器“增益”仍可顯示少量回聲信號(hào)5.后方回聲增強(qiáng)

聲束向深部傳播時(shí)不斷衰減，設(shè)計(jì)者為使圖像顯示均勻，加入了深度增益補(bǔ)償（DGC）調(diào)節(jié)系統(tǒng)。后壁增強(qiáng)效應(yīng)是指在常規(guī)調(diào)節(jié)的DGC系統(tǒng)下所發(fā)生的圖像顯示效應(yīng)，

而不是聲能量在后壁被其他任何物理能量所增強(qiáng)的效應(yīng)。此效應(yīng)常出現(xiàn)在囊腫、膿腫及其他液區(qū)的后壁，但幾乎不出現(xiàn)于血管后壁。有些小腫瘤如小肝癌、血管瘤后壁，亦可略見(jiàn)增強(qiáng)。6.旁瓣效應(yīng)

旁瓣效應(yīng)系指第1旁瓣成像重疊效應(yīng)。聲源所發(fā)射的聲束具有一最大的主瓣，一般處于聲源中心，其軸線與聲源表面垂直，名主瓣。

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