超聲物理基礎(chǔ)及圖像基礎(chǔ)

關(guān)于超聲物理基礎(chǔ)及圖像基礎(chǔ)12

掌握超聲醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識一、重點理解——原理、概念

二、加強記憶——規(guī)律、數(shù)據(jù)

三、融會貫通——聯(lián)想、判斷理解——記憶——貫通打好堅實基礎(chǔ)正確使用儀器

規(guī)范檢查操作提高診斷水平第2頁,共67頁，星期六，2024年，5月3

第一章物理基礎(chǔ)

第一節(jié)超聲顯像物理基礎(chǔ)

一、超聲波基本物理量

（一）聲源、介質(zhì)

1、聲源

我們把能發(fā)出聲音的東西叫做聲源。振動是產(chǎn)生聲波的根源。

在超聲成像中，探頭晶片發(fā)射時即產(chǎn)生超聲，所以探頭晶片就是聲源。

2、介質(zhì)聲源和接收聲音之間的空間充滿了氣體(空氣)，或是液體，或是固體，即有種傳播聲音的媒介物——介質(zhì)。聲波必須在介質(zhì)中傳播，在真空中聲波是不能傳播的。

在超聲診斷中，人體臟器、器官都是介質(zhì)。介質(zhì)的聲學(xué)特性與成像的關(guān)系非常密切。

超聲與聲音除了頻率高低有別外，它們在本質(zhì)上是一致的，都是一種機械振動，并以確定的速度通過介質(zhì)。第3頁,共67頁，星期六，2024年，5月4

（二）頻譜圖與超聲波

1。譜圖

在很寬的頻率范圍內(nèi)，機械波和振動都可以產(chǎn)生聲音，這種頻率范圍叫做聲學(xué)頻譜。這個頻譜從可聽范圍到構(gòu)成物質(zhì)振動狀態(tài)的聲子的范圍（>1012），在圖1-1-1譜圖中給出了聲學(xué)頻譜的圖形解釋。

2。超聲波

人們能聽到的聲音，大約是20～20000Hz。高于20000Hz的聲音叫做“超音”，也就是通常所說的超聲波

圖1-1-1聲學(xué)頻譜圖

第4頁,共67頁，星期六，2024年，5月5

（三）超聲波應(yīng)用范圍

在20到100KHz的頻率范圍內(nèi)，很多動物都用超聲波進行交流、導(dǎo)航及追捕它們的獵物。

從100KHz（105Hz）到1MHz（106Hz），超聲波最重要的應(yīng)用就是聲吶（聲音導(dǎo)航及測距）。

2.5MHz到5MHz的頻率用于心臟、腹部及軟組織成像。這些頻率能穿透組織可到達(dá)20-15cm的深度。

5-10MHZ的頻率的超聲波可以用于小器官的成像，例如：腮腺、甲狀腺、頸部血管及眼睛顯像，它只需要4-5cm的穿透深度。

10-30MHz用于皮膚及血管內(nèi)檢查，可以獲得高分辯力的圖像。

40-100MHz用于生物顯微鏡成像，對眼活組織表面下的顯微診斷。第5頁,共67頁，星期六，2024年，5月6

（四）超聲波的三個基本物理量

1、超聲波的振態(tài)

超聲波的振態(tài)在固體中有縱波、橫波和表面波三種，而在液體和氣體中只有縱波振態(tài)，在超聲診斷中應(yīng)用的是超聲縱波。

2、超聲波的三個基本物理量

超聲波有三個基本物理量，即波長（wavelength,λ）,頻率（f）和聲速(velocity,C),它們之間的關(guān)系為：

C=λ×f也就是λ=C/f

（1-1-1）

頻率即一秒鐘內(nèi)聲源振動的次數(shù),以赫茲為單位，并常用1kHz、1MHz（1Hz=1次/秒）。頻率是周期的倒數(shù)，如振動周期為T，則f=1/T。

聲速聲波在某種介質(zhì)中的傳播速度，即一秒鐘傳播的距離，單位為米/秒（m/s）。它與介質(zhì)的彈性（K）和密度（ρ）有關(guān),

而與超聲的頻率無關(guān)。聲速在決定聲阻抗以及回聲測距精度上是重要因素。超聲在人體軟組織中平均速度為1540m/s,探測1cm深度目標(biāo)所需時間為13.4μs.第6頁,共67頁，星期六，2024年，5月7

波長

壓力波的波峰被特殊的距離所分開，這個距離叫波長（λ）。波長表示聲波在介質(zhì)中傳播時，兩個相鄰的周期質(zhì)點之間的長度。對縱波來說，是兩個相鄰的稠密區(qū)（壓縮區(qū)）中心點的波動距離。振動的傳播過程就是波動（wavemotion）

（a）傳播聲波的媒質(zhì)（介質(zhì)）的分子

(b)波長為λ的平面連續(xù)壓縮波的壓力分布圖1-1-2質(zhì)點振動傳播聲波第7頁,共67頁，星期六，2024年，5月8

(五)聲速、波長與介質(zhì)的關(guān)系

1、聲速與介質(zhì)的關(guān)系（1）.同一介質(zhì)不同頻率的探頭在同一介質(zhì)中傳播時聲速基本相同。所以用不同頻率的探頭檢查肝臟時，聲速基本相同。（2）.不同介質(zhì)

同一頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播的聲速是不同的，例如：1MHz超聲波在0℃的水中為150Om／s；在0℃的鋼材中為6000m／s；在人體軟組織中平均聲速為1540m／s。如圖1-1-3所示：生物材料（組織）中的超聲速，粗橫條代表實驗測得的速度范圍。

人體軟組織的聲速分布在1500m/s～1680m/s之間,利用超聲方法對軟組織測距存在一定的誤差。而骨組織的聲速則高于2800m/s、肺組織的聲速大約在1200m/s以下，了解人體不同組織聲速的分布對判斷由超聲測量引起的誤差是很有幫助的。圖1-1-3生物材料中的超聲速

橫條代表實驗測的的速度范圍第8頁,共67頁，星期六，2024年，5月92、波長與介質(zhì)的關(guān)系

（1）同一介質(zhì)不同頻率的超聲波，在同一介質(zhì)內(nèi)傳播時其波長與頻率成反比。

1MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為1.5mm。

3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0.5mm。

5MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0.3mm，

所以頻率越高的超聲波在同一臟器組織中傳播其波長愈短。

例如：用高頻率的探頭檢查肝臟其波長也愈短。

（2）不同介質(zhì)

同一頻率的超聲波，在不同介質(zhì)內(nèi)傳播，因傳播聲速不同，則波長也不相同。頻率為3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0．5mm，而在空氣中傳播，其波長為0.114mm。所以用同一種探頭檢查人體不同的組織時，由于聲速存在差異，所以波長也是不相同的。第9頁,共67頁，星期六，2024年，5月10第10頁,共67頁，星期六，2024年，5月11

人體組織的聲像學(xué)特性，錯誤的是

A.軟組織、肌肉、骨組織聲阻抗不同B.在肝組織中，3.5Mhz與5.0Mhz探頭檢查聲速相同C.在軟組織中頻率高的超聲波波長愈短D.正常肝組織與肝占位病灶組織密度相同E.10Mhz超聲波在虹膜中的聲束大于鞏膜中的聲速超聲測距是按1540m/s

平均速度設(shè)置電子尺的，下列測量中哪項是錯誤的

A.測量肝、膽、脾、胰誤差很小B.測量脂肪組織大于真實值（偏大）C.測量胎兒股骨長徑時小于真實值（偏?。〥.測量顱骨鈣化病灶測值偏小E.測量眼組織玻璃體、角膜、虹膜無偏差第11頁,共67頁，星期六，2024年，5月12

二、超聲波的物理性能

（一）、超聲波對組織作用的信息變化

超聲波入射人體組織后，超聲波的能量將發(fā)生衰減，其損失包括吸收和反射，如圖1-1-4所示

圖1-1-4超聲作用于人體組織的信息變化第12頁,共67頁，星期六，2024年，5月13

（二）．超聲波的反射是超聲成像的基礎(chǔ)

1．分界面上的反射在兩種不同介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑r就可能發(fā)生反射和折射。圖l-1-5表示一種簡單的情況，所示其反射性能受到介質(zhì)特性阻抗的影響。分界面兩邊的特性阻抗差將決定入射超聲如何在透射和反射之間分配。圖1-1-5分界面上的反射

2、介質(zhì)的特性阻抗介質(zhì)特性阻抗Z等于它的密度ρ和超聲在其中的速度C的乘積，即：

Z=ρ×C(l-1-2)

物質(zhì)的密度一般是固體＞液體＞氣體，超聲在介質(zhì)中的速度是固體＞液體＞氣體，故聲阻抗值一般也是固體＞液體＞氣體。人體軟組織及實質(zhì)性臟器的密度、聲速和聲阻抗與水相接近(因臟器內(nèi)水的成份約占60～70％)。第13頁,共67頁，星期六，2024年，5月14

3,鏡面反射如果特性阻抗相等，即Z1＝Z２時，稱為均勻介質(zhì)，則不產(chǎn)生反射，如果特性阻抗不同，一部分超聲波被反射。和光學(xué)情況一樣，反射角等于入射角。這種反射稱為鏡面反射。其反射的能量占入射能量的比例，在入射方向垂直于分界面時是最簡單的情況。此時圖1-2-3超聲波的反射與透射式中Z1是入射邊介質(zhì)的特性阻抗，Z2是透射邊介質(zhì)的特性阻抗，反射程度取決于Z1和Z2的相對值。Qi為聲波入射角,Qr為反射角,Qi=Qr,Qj為透射角。（1-2-2）(反射系數(shù))R1=第14頁,共67頁，星期六，2024年，5月15

4.阻抗差異大的界面反射特性從(l-1-3)或可知，當(dāng)Z1和Z２相差很大時，無論Z1》Z２(固體氣體)或Z1《Z２

(氣體固體)將會發(fā)生近乎全部反射而沒有透射。如在水和空氣的界面上，其中：

Z水＝1.492kg／m2／s(kgm-2s-1)，

Z氣=0.00428(kgm-2s-1)，則反射回來的能量比為：

此時入射超聲能量中有99％被反射，由此可見，超聲從液體(或固體)向氣體中傳播幾乎是不可能，反之從氣體向液體(或固體)中傳播也幾乎不可能。為什么說超聲在人體診斷中對肺組織是困難的，就是因為肺組織中充滿氣體的緣故。按同樣的道理，在臨床診斷時，要在探頭與人體受檢部位之間涂上足夠的超聲耦合劑，以減少空氣對聲波傳送的影響。第15頁,共67頁，星期六，2024年，5月16

5、阻抗差異小的界面反射特性

如果Z1和Z２相當(dāng)接近，則反射很少。但只要有1‰的聲阻抗差，就會產(chǎn)生反射波，所以超聲波對軟組織分辨力很高。軟組織的特性阻抗彼此非常接近，垂直于肝一腎分界面的人射聲波中反射回肝中的部分大約只占入射波能量的6％。其余的94%透過界面送入腎。圖1-1-7示出生物材料的特性阻抗。

圖中水平橫條代表文獻(xiàn)中報導(dǎo)的測量范圍,軟組織的特性阻抗都相當(dāng)接近1.5×106kgm-2s-1,因此它們的密度大致都在1000kg/m3左右,聲速一般為1500m/s.但肺的密度及聲速都低得多,而骨骼的相應(yīng)值側(cè)高得多。

界面反射是超聲波診斷的基礎(chǔ)。

圖1-1-7

生物材料的特性阻抗第16頁,共67頁，星期六，2024年，5月17

（三）、反（背）向散射是超聲成像的重要信息來源

1、散射

在介質(zhì)特性以粗糙表面、小障礙物或一組小障礙物形式出現(xiàn)時(只有幾個波長或更小)，上面計算平面分界面上反射量的公式就不能用，這時將有一部分能量被散射(Scattering)，其程度決定于幾何條件。如圖1-1-8所示。每塊面積把入射平面波作為球面子波加以散射，各子波組合起來便形成再發(fā)射的超聲分布。（a）孤立的小點不連續(xù)性所引起的球面散射(b)粗糙表面上的散射，散射場是各孤立球面子波的合成。(c)一組小的顆粒引起的不連續(xù)性散射，散射場為各子波合成。圖1-1-8引起超聲散射的三種情況第17頁,共67頁，星期六，2024年，5月18

2．反（背）向散射在大小與超聲波波長可比或比之更小的臟器或組織內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)上進行的超聲波的散射對形成軟組織的超聲圖像起了重要的促進作用，可以認(rèn)為超聲波的這種反向散射形式構(gòu)成了超聲圖像中的決定性的信息，是超聲成像法研究內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。標(biāo)志反向散射的數(shù)量和定量參數(shù)稱為反向散射系數(shù)μb，定義為：

μb=（1-1-4）

從組織中反向散射的能量(參考能量)(立體角)(距離)式中：參考能量等于脈沖的總能量。

所以超聲成像的回聲來源是：超聲波的背向散射及鏡面反射。

3．紅細(xì)胞散射

在研究紅細(xì)胞運動規(guī)律時，反向散射（Backscattering）是極有用的超聲信息。

超聲束內(nèi)紅細(xì)胞的數(shù)量越多，散射源也就越多，超聲探頭接收的反向散射信號的強度也就越大。

紅細(xì)胞數(shù)目的多少與頻移范圍無關(guān)。

采用頻譜多普勒技術(shù)研究紅細(xì)胞（血流）運動規(guī)律時，其信號是來自紅細(xì)胞背向散射。

第18頁,共67頁，星期六，2024年，5月19第19頁,共67頁，星期六，2024年，5月20

（四）超聲波的折射

1．折射系數(shù)由于超聲在分界兩邊的聲速不同，其聲速之比決定折射（Eeflection）程度。其間關(guān)系是：

式中θi為入射角，為θj折射角，C1為入射邊介質(zhì)中超聲聲速，C2為透射邊介質(zhì)中超聲聲速。根據(jù)超聲波束的折射原理，采用超聲速較大或較小，而衰減系數(shù)又很小的材料作成超聲聚焦透鏡（Focusinglens），使聲束聚焦至焦平面處，集中超聲能量，以有利于提高臨床診斷效果。當(dāng)兩種介質(zhì)的聲速相差甚大時，由于折射引起被測目標(biāo)的變形，即產(chǎn)生偽象。

（1-1-5）第20頁,共67頁，星期六，2024年，5月21

2．全內(nèi)反射折射角的大小取決于兩種媒質(zhì)的聲速比n=c1/c2，當(dāng)c2＞c1時,則折射角

j>i，當(dāng)入射角由

0

逐漸增大到某一角度

ik時,將有

j=90°,即折射波沿界面?zhèn)鞑?，如圖1-1-9所示圖1-1-9全內(nèi)反射角臨界示意圖

而當(dāng)入射角超過θik時,入射聲能將全部反射到媒質(zhì)1中,故θik稱為”全內(nèi)反射臨界角”。在臨床檢查中,應(yīng)使探頭放置正確的角度,以避免由”全內(nèi)反射”引超的圖像偽差。臨界角引起全內(nèi)反射第21頁,共67頁，星期六，2024年，5月22

(五)超聲波的聲場特性

1.聲場分布:所謂超聲場(Ultrasoundfield),系指超聲在彈性介質(zhì)中傳播時,介質(zhì)中充滿超聲波能量的空間區(qū)域,叫作超聲波的聲場。由換能器發(fā)出超聲之后,呈狹窄的圓柱形分布,其直徑與換能器壓電晶體之大小相接近,有明顯的方向性,故稱為超聲束(Ultrasonicbeam).圖1-1-10聲速指向性

2、聲束副瓣近場區(qū)是一個復(fù)瓣區(qū)。形成許多大小不一的超聲組成的“花瓣”，如圖1-1-10所示。只有其中心區(qū)利于診斷。副瓣在超聲掃描時將產(chǎn)生偽象。第22頁,共67頁，星期六，2024年，5月23

（六）超聲波的衰減特性

衰減的主要影響是逐步減弱由深處反射回聲的振幅，使它們更難以檢測。在診斷中，要使用STC以補償聲能的衰減。

1、引起超聲強度衰減原因：

（1）由于“內(nèi)摩擦”，超聲波機械能變?yōu)闊崮鼙唤M織“吸收”。

（2）由于聲束發(fā)散，散射及反射引起聲束方向改變?nèi)鐖D1-1-11所示

引起超聲強度衰減的過程由于發(fā)散、散射或反射引起的波束方向改變，使得流經(jīng)某一特定面積的超聲波能量減小。圖1-1-11超聲能量的衰減過程第23頁,共67頁，星期六，2024年，5月24

2、衰減的表達(dá)式

聲波的聲強I0與其傳播距離X的關(guān)系為：Ix＝IOe—2αx

Ix為離聲源距離x點的超聲聲強，x為離聲源之距離，以厘米表示，e為自然對數(shù)之底，等于2.71。式中I0是x＝0處的聲強，α為振幅衰減系數(shù)，是吸收和散射貢獻(xiàn)的總和，即α=αa+αs，它幾乎隨頻率而線性增加。聲強或聲壓的衰減吸收以分貝(dB)作單位。

分貝是個對數(shù)單位，采用它可以把相當(dāng)大的電壓比值用相當(dāng)小的數(shù)值來描述振幅比值。6dB代表系數(shù)2，20dB代表系數(shù)1.0,-6dB代表數(shù)0.5，-20dB代表系數(shù)0.1。注意這些關(guān)系是很必要的。組織的衰減系數(shù)用dB／cm作單位，生物組織的衰減系數(shù)不只決定組織的厚度，而且也決定于超聲的頻率，生物組織的衰減系數(shù)與頻率成正比，所以頻率高的超聲波在人體組織中衰減愈大，只適用淺部器官的檢查。第24頁,共67頁，星期六，2024年，5月25

超聲在人體中傳播特性，下列描述不對的是

A.超聲檢查肺組織較困難是因為氣與人體組織聲阻抗差異大B.超聲檢查時要用耦合劑可減少氣體干擾C.由于超聲折射，檢查胎兒有時會發(fā)生畸變D.因超聲能量衰減，深部組織回聲變?nèi)鮁.由于超聲波的散射，結(jié)石后方產(chǎn)生“聲影”第25頁,共67頁，星期六，2024年，5月26

3、人體組織衰減程度一般規(guī)律

人體軟組織對超聲波的吸收不僅與媒質(zhì)的物理特性有關(guān)，而且與其生理狀態(tài)有關(guān)。從臨床實驗得知，正常組織與病變組織對超聲的反應(yīng)不同，癌組織對超聲吸收較大，炎癥組織次之。血液和眼前房液的吸收最小；肌肉組織的吸收有所增加；纖維組織和軟骨則能吸收大量能量；骨質(zhì)的吸收更大。

即：骨（或鈣化）>肌腱（或軟骨）>肝臟>脂肪>血液>尿液（或膽汁）液體內(nèi)含蛋白成分的聲衰越大，組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)越多，聲衰減越大，第26頁,共67頁，星期六，2024年，5月27人體不同組織的聲衰減比較第27頁,共67頁，星期六，2024年，5月28

人體不同組織聲衰減的程度不同，下面何項不妥：

A.骨骼、鈣化極高

B.肌腱、瘢痕聲衰減高

C.肝臟、肌肉屬中等

D.皮下脂肪組織屬低衰減

E.肺組織（含氣）衰減程度更低

第28頁,共67頁，星期六，2024年，5月29以下對組織聲衰減的描述不正確的是：A.骨衰減程度極高，其后方伴有聲影B.肌腱、軟骨、瘢痕、衰減程度偏高，不伴有聲影C.肝、腎、肌肉、心腦組織中等衰減，不伴有聲影D.皮下脂肪衰減程度較低，不伴有聲影E.血液衰減甚低，不伴有聲影實性肺瘤聲像圖特征錯誤的是：A.邊界回聲可光滑、整齊或不規(guī)則B.外形常呈圓形、橢圓形或不規(guī)則C.內(nèi)部有回聲D.后方回聲均有衰減E.側(cè)方聲影可有可無

第29頁,共67頁，星期六，2024年，5月30人體組織/體液回聲強弱排列順序，正確的是：A.胰腺＜肝臟B.肝臟＜腎皮質(zhì)C.腎皮質(zhì)＜腎髓質(zhì)D.腎竇＜胰腺E.膽汁、尿液＜血液人體組織中，最易引起聲衰減的是：A.皮膚、皮下脂肪B.肌肉C.肌腱D.肝、脾E.肺組織

第30頁,共67頁，星期六，2024年，5月31

（七）超聲波的衍射

超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，如遇聲阻不同的障礙物時，則聲束方向和聲強將發(fā)生改變，其變化的程度與障礙物之大小及聲阻有關(guān)。若障礙物的直徑大于λ／2。在該障礙物表面產(chǎn)生回聲反射，在其邊緣有少量繞射發(fā)生。若障礙物直徑等于或小于λ／2時，超聲即繞過該障礙物而繼續(xù)前進，反射則很少。這種現(xiàn)象叫做衍射(diffraction)。故超聲波波長愈短，能發(fā)現(xiàn)的障礙物愈小，這種發(fā)現(xiàn)障礙物之能力，稱之為顯現(xiàn)力。發(fā)生衍射現(xiàn)象時，在障礙物的后方有一塊沒有聲振動的區(qū)域，稱為“聲影”區(qū)。

散射和衍射的重要區(qū)別在于散射時小障礙物又將成為新的聲源，并向四周發(fā)射超聲波；而衍射時，超聲波僅繞過障礙物的邊緣前進。第31頁,共67頁，星期六，2024年，5月32

（八）超聲波的干涉

當(dāng)兩個或兩個以上的聲源同時向周圍傳播，介質(zhì)內(nèi)有些質(zhì)點因為兩個聲波的疊加，使振動幅度增加；有些質(zhì)點則可以相互產(chǎn)生減弱作用。這種現(xiàn)象叫做聲的干涉。如圖1-1-12所示。圖1-1-12波的干涉a為幅度加倍，

b為相互抵消，合成為零，c為部分加強，部分減弱。第32頁,共67頁，星期六，2024年，5月33

三,超聲波的分辨力、穿透力

分辨力能在熒光屏上被分別顯示為兩個點的最小間距的能力。依方向不同可分為軸（縱）向分辨力和側(cè)（橫）向分辨力。

(1)軸向分辨力

軸向分辨力是指聲束穿過介質(zhì)中能被分辨為前后兩點的最小間距，它與超聲波的頻率成正比。從單純理論上計算所能測到物體的最小直徑，叫做最大理論分辨力。在數(shù)值上為1/2λ。在實際的B型超聲設(shè)備中，軸向分辨力可以達(dá)2mm以下。圖1-2-10表示出不同頻率的超聲波的軸向分辨力。圖1-2-13軸向分辨率與頻率的關(guān)系第33頁,共67頁，星期六，2024年，5月34

(2)側(cè)向分辨力

側(cè)向分辨力是指與聲束相垂直的面上，能被分辨兩點的最小間距。它與超聲束的寬窄帶有關(guān)。聲束越窄（細(xì)），其側(cè)向分辨力越好。如圖1-2-11所示：圖1-2-14聲束寬窄與側(cè)向分辨力的關(guān)系第34頁,共67頁，星期六，2024年，5月35(3)分辨力的測量

通常采用生物模塊來測量超聲波的軸向和側(cè)向分辨力，圖1-1-16（A）為生物模塊的照片。1-1-16（B）為實測的分辨力。圖1-1-15（A）生物模塊圖1-1-15（B）為實測的分辨力圖片第35頁,共67頁，星期六，2024年，5月36(4)、穿透力

分辨力的增加將以穿透力的損失為代價。所有的人體組織都表現(xiàn)出隨頻率增加超聲衰減也增加。

典型軟組織衰減系數(shù)為0.5dB/mmMHZ.

3MHz系統(tǒng)可達(dá)到最大穿透力為220mm（a）

5MHz系統(tǒng)可達(dá)到最大穿透力為150mm（b）

10MHz系統(tǒng)可達(dá)到最大穿透力為50mm（c）

60MHz系統(tǒng)可達(dá)到最大穿透力為5mm（d）

由于人體軟組織對超聲的吸收衰減系數(shù)不同，其波長對探查結(jié)構(gòu)的容許尺寸的因素是有幫助的。應(yīng)針對不同部位的診斷，可選擇不同頻率的超聲探頭。圖1-1-16在理想成像情況下，

穿透力相對頻率的關(guān)系abcd第36頁,共67頁，星期六，2024年，5月37

四,超聲生物效應(yīng)

一定強度的超聲在生物體中傳播時，通過它們之間一定的相互作用機制（熱機制、機械機制或空化機制）致使生物體系的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

第37頁,共67頁，星期六，2024年，5月38

(1)．空化作用：

所謂空化作用就是指在液體中產(chǎn)生強超聲時，會出現(xiàn)一種類似霧狀的氣泡，此種現(xiàn)象稱超聲空化作用。這種現(xiàn)象類似日常生活中所遇到的輪船推進器在產(chǎn)生推動力的同時會濺出氣泡那樣。這種空化作用使超聲具有強烈的破壞作用。

由于生物組織大多數(shù)屬軟組織，因此，在超聲作用下，其細(xì)微結(jié)構(gòu)多少會發(fā)生形變。

在較大強度超聲的作用下，如超聲治療所用的1W/cm2以上的劑量，則生物組織會由于超聲空化作用而產(chǎn)生不能復(fù)原的破壞性形變，以至使細(xì)胞壞死和整個生物組織壞死，這種強度劑量在超聲治療中，用以粉碎結(jié)石、血栓。在外科手術(shù)中，用更強的超聲來作為非侵入性手術(shù)刀。但作為超聲診斷，一般是禁止使用這種劑量的。

第38頁,共67頁，星期六，2024年，5月39

(2)熱作用：

生物組織在超聲機械能的作用下，由于沾滯吸收，將一部分超聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織的溫度上升。當(dāng)超聲輻射達(dá)到治療劑量的強度時，熱作用明顯，并能使熱量深入人體組織器官，甚至還會隨著血液傳導(dǎo)熱能。在用超聲進行治療中得知，頻率為800KHz、劑量為4w/cm2的超聲照射20s后，會在組織器官0.2~3cm的深處產(chǎn)生熱作用，而起到治療效果。(HIFU)

(3)化學(xué)作用:超聲的空化作用和熱作用與化學(xué)作用是有機聯(lián)系的；化學(xué)作用是氧化和還原作用。在高劑量超聲情況下，因超聲的化學(xué)作用還會破壞有機結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)

.

第39頁,共67頁，星期六，2024年，5月40

(4)、超聲診斷的安全因素超聲診斷儀的輸出脈沖聲強是關(guān)系到人身安全的問題，尤其是孕產(chǎn)婦、胎兒影響更甚，超聲診斷儀的超聲源已列入國家強制檢定項目。美國的510（K）導(dǎo)側(cè)對于超聲診斷設(shè)備的超聲輻射。針對人體不同部位作規(guī)定

聲強的定義

空間峰值時間平均超強——Ispta

：在聲場中或某一指定平面上的時間平均聲強的最大值。單位為w/cm2?？臻g峰值脈沖平均聲強——Isppa：在聲場中或某一指定平面內(nèi)的脈沖平均聲強的最大值。單位為w/cm2。最大聲強度Imax：在空間最大值處，具有最大時間平均聲強的脈沖半周期內(nèi)的時間平均聲強。單位為w/cm2。真實聲束聲強——Iob。第40頁,共67頁，星期六，2024年，5月41

(5)

限定值

表1-6-1為美國食品藥品局（FDA）規(guī)定的超聲強度限定值。

限名定稱IsppaW/cm2Isptaw/cm2

Imaxw/cm2

值部位心臟190430310

脈

管190720310

眼部281750

胎兒等19094310第41頁,共67頁，星期六，2024年，5月42

國際電工委員會IEC1157—92也作出了規(guī)定：

Iob＜20mW/cm2；

Ispta＜100mw/cm2

如果超聲診斷儀超出了這些規(guī)定值，必須公布其聲輸出的具體值。超聲強度超出規(guī)定，將造成若干生物效應(yīng)，如：育齡婦女早熟排卵、受孕率下降，胎兒體重減輕、生產(chǎn)后兒童發(fā)育遲緩等。

(6)超聲照射時間及波形方式

通常脈沖超聲采用了短脈寬度，其平均聲強是低的，與連續(xù)波超聲相比，脈沖波超聲較為安全。超聲照射時間對生物組織會產(chǎn)生一定的影響，脈沖波聲源可以照射的時間在30min內(nèi)為好。在妊娠全過程期間使用超聲診斷次數(shù)應(yīng)控制在8~10次為好。

第42頁,共67頁，星期六，2024年，5月43第二節(jié)超聲診斷圖像基礎(chǔ)

一、超聲成像的一般規(guī)律

回聲來源：來自大界面的反射和散射體的散射。

界面反射與聲束角度：界面與聲束角度對圖像影響較大，球形病灶常僅有前后壁回聲，側(cè)壁聲常常消失—形成側(cè)聲影。

衰減對成像的影響：物體衰減特征主要表現(xiàn)在后方的回聲。

囊性物體的聲像圖特征：內(nèi)部為無回聲區(qū)；前壁和后壁聲增強；側(cè)壁回聲消失；后方有回聲增強和側(cè)聲影.

多重反射：超聲強反射界面，在界面后出現(xiàn)一系列的間隔均勻的依次減弱的影像，成為多重反射，這是聲束在探頭與界面之間往返多次而形成。第43頁,共67頁，星期六，2024年，5月44二,回聲強度分級的條件1,通常使用的分級術(shù)語(1)

高水平回聲也可統(tǒng)稱為強回聲或較強回聲。有的強回聲常伴有聲影；有的強回聲伴隨的聲影不明顯(2)中等水平回聲亦稱等回聲。(3)低水平回聲亦稱弱回聲。還存在著接近無回聲的很弱的回聲，或“極低水平的回聲”。(4)無回聲第44頁,共67頁，星期六，2024年，5月45

2,回聲強度的分級與描述第45頁,共67頁，星期六，2024年，5月46囊腫和實性腫物的比較，以下描述何項不妥：

A.典型的囊腫和實性腫物聲像圖，是容易鑒別的

B.單憑外形、內(nèi)部回聲、有無后方回聲增強或側(cè)邊聲影來鑒別，均不可靠C.囊腫內(nèi)均無回聲、實性腫物內(nèi)均有回聲，故容易鑒別。D.部分小腫瘤如小肝癌，圓形、邊界清晰、光滑，輕度后方回聲增強

E.有的惡性淋巴瘤呈圓形，邊界清晰，光整，內(nèi)部無回聲酷似囊腫

第46頁,共67頁，星期六，2024年，5月47

膽道、泌尿系出血、感染時，膽汁、尿液回聲強度變化規(guī)律是

A.正常均勻性膽汁、尿液為無回聲

B.混有血細(xì)胞的膽汁、尿液回聲增多

C.混有凝血塊的膽汁和尿液回聲增多顯著且不均勻

D.混有微氣泡的膽汁、尿液回聲增多顯著

E.以上均正確

第47頁,共67頁，星期六，2024年，5月483,人體組織，體液回聲強度的一般規(guī)律(1)均質(zhì)性液體（介質(zhì)）:

如膽汁、尿液為無回聲。血液為很低回聲。透明軟骨、小兒腎錐體，可以出現(xiàn)無回聲或接近無回聲。(2)非均質(zhì)性液體（介質(zhì)）:尿液中混有血液和沉淀，囊腫合并出血或感染時回聲增加。纖維化、鈣化的軟骨（非均質(zhì)性改變），則由原來的無回聲（或接近無回聲）變成有回聲。不能認(rèn)為“液體均是無回聲的，固體均是有回聲的”。第48頁,共67頁，星期六，2024年，5月49以下人體組織、體液回聲強度的描述，不正確的是A.骨骼和鈣化的組織，回聲顯著增強B.軟骨屬于固體，但回聲較弱甚至接近無回聲C.均質(zhì)性肝臟和脾臟呈低水平回聲D.非均質(zhì)性液體如囊腫內(nèi)合并出血，回聲可以增多、增強E.均質(zhì)性液體如膽汁、尿液、通常為無回聲第49頁,共67頁，星期六，2024年，5月50

三、超聲診斷的誤診因素：

㈠點狀反射聲源的橫向變形（延伸）：由于超聲波束具有一定的寬度，所以在聲束掃描檢查時，點狀反射源（目標(biāo)靶）的回聲波，在熒屏上呈現(xiàn)橫向（聲束移動方向）延伸，表現(xiàn)為橫向失真。

㈡縱向變形：換能器激勵電脈沖具有一定的寬度，它將引起界面或目標(biāo)靶的聲反射波沿縱向變形，使沒有厚度的界面也表現(xiàn)一定的厚度，在有強反射界面或增益太大時，增厚現(xiàn)象更明顯，甚至可使二條相鄰介面重疊一條。所以超聲脈沖寬度是影響縱向變形和分辨率下降的一個重要原因。

㈢重力變形：受檢者的體位姿勢對回聲圖像有明顯影響。在各種不同體位姿勢下都會表現(xiàn)出上、下的垂直延伸變形。這就是體位不同時的重力變形。

㈣反射和折射引起的變形：一個圓形體由線陣探頭掃描，它可清楚的顯示與聲速較垂直的近段和遠(yuǎn)段，而與聲束接近平行的兩側(cè)難于顯示或不能顯示，在回聲圖像中會將圓形體表現(xiàn)為兩側(cè)無顯像區(qū)的似圓非圓的變形圖像。由于聲束的折射，對體內(nèi)存在復(fù)雜的界面，會將其它方向的界面在聲束直線方向上表現(xiàn)出來，出現(xiàn)假的界面，從而使回聲圖像變形。

㈤衰減變形：當(dāng)超聲波不能到達(dá)部位，即使該部位存在一些強反射界面，也不可能在那里產(chǎn)生回聲，其回聲圖像表現(xiàn)為黑影。

（六）超聲偽像包括：A型超聲；B型超聲；多普勒超聲；彩色血流成像；三維成像第50頁,共67頁，星期六，2024年，5月51四,臨床常見的聲像圖偽像

1.混響

混響，亦被通俗地稱為“多次反射”。（1）外部混響

聲波在探頭表面與平整界面之間如此來回反射，直至完全衰減。這種混響聲像圖表現(xiàn)為特征性的等距離排列的多條回聲，其強度依次遞減。經(jīng)肋間和腹壁掃查時，此類混響偽像多見于胸膜-肺表面（正常含氣肺），腹壁肌-筋膜、腹直肌鞘膜的后方器官

(2）內(nèi)部混響振鈴偽像

胃腸道內(nèi)的含氣性內(nèi)容物、人體內(nèi)的某些異物（如子宮內(nèi)節(jié)育器、植入的人工瓣膜、眼球內(nèi)金屬異物）等，由于聲波在成堆的微氣泡中或在異物中亦稱“靶”中多次來回反射，故稱內(nèi)部混響。其聲像圖特點：彗星尾征。彗星尾的長短不一，其強度和大小取決于含氣量的多少和異物的形狀、大小、性質(zhì)。

第51頁,共67頁，星期六，2024年，5月522,與聲衰減有關(guān)的偽像——

聲影和后方回聲增強（透聲性）

（1）聲影

聲影偽像常常由強烈反射和顯著的聲吸收和衰減引起。如含鈣的結(jié)石、瘢痕、骨骼、軟骨等介質(zhì)，除反射因素以外，如果它們的衰減值超過1dB/1cm/1MHZ儀器設(shè)定的增益補償范圍，則發(fā)生后方回聲顯著減少或無回聲，亦稱聲影。

圖1-2-1多發(fā)性膽囊結(jié)石聲像圖ST結(jié)石SH聲影此側(cè)若無聲影，膽囊內(nèi)小結(jié)石易被漏檢。

RK右腎

圖1-2-2皮膚瘢痕聲像圖

SC瘢痕（位于真皮層）

SH聲影（位于皮下組織內(nèi)）第52頁,共67頁，星期六，2024年，5月53（2）后方回聲增強（透聲性）當(dāng)介質(zhì)聲衰減值低于假定聲衰減值時，出現(xiàn)透聲現(xiàn)象。例如，囊腫后壁及其后方組織回聲顯著增強（圖5-3-10）。膽囊、膀胱、飲水后充盈的胃、胸腹水等均有類似的透聲性。圖1-2-3腎囊腫聲像圖示囊腫后方回聲增強（透聲性）第53頁,共67頁，星期六，2024年，5月543,部分容積效應(yīng)偽像

超聲聲束掃描有一定的寬度。聲束的寬度尤其在非聚焦區(qū)內(nèi)（近場和遠(yuǎn)場區(qū)）的寬度不容忽視。超聲掃描所獲聲像圖，代表一定厚度范圍內(nèi)體層容積中回聲信息在厚度方向的疊加。掃描聲束愈寬，這種回聲信息疊加現(xiàn)象愈嚴(yán)重。亦稱為聲束厚度偽像。

準(zhǔn)備超聲導(dǎo)向?qū)τ谛∧夷[、小淋巴結(jié)進行穿刺時，尤其對于位置較深的小病變，要特別提防部分容積效應(yīng)所至偽像（以為“針尖刺入靶標(biāo)”）。第54頁,共67頁，星期六，2024年，5月55下列哪項與切面（斷層）厚度偽像有關(guān)：

A.發(fā)射超聲的波長的寬度

B.發(fā)射超聲頻帶的寬度

C.發(fā)射超聲聲束的寬度

D.發(fā)射超聲的重復(fù)頻率

E.發(fā)射超聲的能量過高第55頁,共67頁，星期六，2024年，5月564,旁瓣偽像

探頭發(fā)射的聲束有主瓣和旁瓣之分。在超聲發(fā)射后，這些旁瓣也會接收來自不同方向的回聲，使聲像圖產(chǎn)生凌亂的甚至令人費解的回聲干擾。離體標(biāo)本圖像以外同時出現(xiàn)許多雜亂無章的回聲反射，并引起嚴(yán)重的圖像干擾。這些雜亂的回聲干擾主要來自旁瓣偽像。在臨床超聲檢查中，旁瓣可以影響圖像的清晰度。第56頁,共67頁，星期六，2024年，5月57

聲像圖表現(xiàn)：聲束遇到過強的反射體時，常出現(xiàn)典型的披紗征（“狗耳征”）。此征見于較大的膽囊和膀胱結(jié)石，膽囊壁相鄰的含氣十二指腸，宮內(nèi)節(jié)育環(huán)等。在膀胱縱斷聲像圖上，骶骨胛、腸管氣體常引起的旁瓣偽像在充盈的膽囊、膀胱和囊腫的后壁，常見模糊的低水平回聲，有時很像腔內(nèi)“沉積物”，均屬旁瓣偽像。它可使膽囊壁息肉樣病變或小結(jié)節(jié)顯示不清。

圖1-2-4膽囊息肉樣病變聲像圖圖示旁瓣偽像（箭頭）第57頁,共67頁，星期六，2024年，5月585,

鏡面?zhèn)蜗?/p>

聲像圖鏡面?zhèn)蜗癞a(chǎn)生的原理與光學(xué)中的鏡像產(chǎn)生的原理相同。圖1-2-5鏡面?zhèn)蜗癞a(chǎn)生的原理示意圖A介質(zhì)代表肝臟實質(zhì)B介質(zhì)代表含氣肺組織D高反射界面代表膈胸膜-肺界面

M代表肝腫瘤M′代表腫瘤虛像（偽像）第58頁,共