超聲診斷學(xué)基礎(chǔ)課件

1、超聲診斷學(xué)基礎(chǔ),總論,幾個常見概念,超聲醫(yī)學(xué)（ultrasonicmedicine）是利用超聲波的物理特性與人體器官、組織的聲學(xué)特性相互作用后得到診斷或治療效果的一門學(xué)科。超聲診斷學(xué)（ultrasonicdiagnostics）是向人體發(fā)射超聲，并利用其在人體器官、組織中傳播過程中，由于聲的透射、反射、折射、衍射、衰減、吸收而產(chǎn)生各種信息，將其接收、放大和信息處理形成波型、曲線、圖像或頻譜，籍此進行疾病診斷的方法學(xué)。超聲治療學(xué)（ultrasonictherapeutics）：是利用超聲波的能量（熱學(xué)機制、機械機制、空化機制等），作用于人體器官、組織的病變部位，以達到治療疾病和促進機體康復(fù)的目的

2、方法學(xué),超聲診斷的發(fā)展歷史,超聲治療（ultrasonictherapy）的應(yīng)用早于超聲診斷，1922年德國就有了首例超聲治療機的發(fā)明專利，超聲診斷到1942年才有德國Dussik應(yīng)用于腦腫瘤診斷的報告。但超聲診斷發(fā)展較快，20世紀50年代國內(nèi)外采用A型超聲儀，以及繼之問世的B型超聲儀開展了廣泛的臨床應(yīng)用，至20世紀70年代中下期灰階實時（greyscalerealtime）超聲的出現(xiàn)，獲得了解剖結(jié)構(gòu)層次清晰的人體組織器官的斷層聲像圖，并能動態(tài)顯示心臟、大血管等許多器官的動態(tài)圖像，是超聲診斷技術(shù)的一次重大突破，與此同時一種利用多普勒（Doppler）原理的超聲多普勒檢測技術(shù)迅速發(fā)展，從多普勒頻

3、譜曲線能計測多項血流動力學(xué)參數(shù)。20世紀80年代初期彩色多普勒血流顯示（ColorDopplerflowimaging,CDFI）的出現(xiàn)，并把彩色血流信號疊加于二維聲像圖上，不僅能直觀地顯示心臟和血管內(nèi)的血流方向和速度，并使多普勒頻譜的取樣成為快速便捷，8090年代以來超聲造影、二次諧波和三維超聲的相繼問世，更使超聲診斷錦上添花。,超聲成像基本原理簡介,二維聲像圖（twodimensionalultrasonograph,2DUSG）：現(xiàn)代超聲診斷儀均用回聲原理（圖1-1-1、圖1-1-2、圖1-1-3、圖1-1-4），由儀器的探頭向人體發(fā)射一束超聲進入體內(nèi)，并進行線形、扇形或其他形式的掃描，

4、遇到不同聲阻抗的二種組織（tissue）的交界面（界面，interface），即有超聲反射回來，由探頭接收后，經(jīng)過信號放大和信息處理，顯示于屏幕上，形成一幅人體的斷層圖像，稱為聲像圖（sonograph）或超聲圖（ultrasonograph），供臨床診斷用。連續(xù)多幅聲像圖在屏幕上顯示，便可觀察到動態(tài)的器官活動。由于體內(nèi)器官組織界面的深淺不同，使其回聲被接收到的時間有先有后，借此可測知該界面的深度，測得臟器表面的深度和背面的深度，也就測得了臟器的厚度,超聲成像基本原理簡介,回聲反射（reflection）的強弱由界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗（acousticimpedance）差決定。聲阻抗相差甚大的

5、兩種組織（即介質(zhì)，medium），相鄰構(gòu)成的界面，反射率甚大，幾乎可把超聲的能量全部反射回來，不再向深部透射。例如空氣軟組織界面和骨骼軟組織界面，可阻擋超聲向深層穿透。反之，聲阻抗相差較小的兩種介質(zhì)相鄰構(gòu)成的界面，反射率較小，超聲在界面上一小部分被反射，大部分透射到人體的深層，并在每一層界面上隨該界面的反射率大小，有不同能量的超聲反射回來，供儀器接收、顯示。均勻的介質(zhì)中不存在界面，沒有超聲反射，儀器接收不到該處的回聲，例如膽汁和尿液中就沒有回聲，聲像圖上出現(xiàn)無回聲的區(qū)域，在排除聲影和其他種種原因的回聲失落后，就應(yīng)認為是液性區(qū)。,超聲成像基本原理簡介,超聲成像（ultrasonicimaging

6、）還與組織的聲衰減（acousticattenuation）特性有關(guān)。聲波在介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點振動的振幅將隨傳播距離的增大而按指數(shù)規(guī)律減小，這種現(xiàn)象稱為聲波的衰減。,聲衰減系數(shù),聲衰減系數(shù)（）的單位為dB/cm，在人體中，超聲的弛豫吸收引起聲衰減系數(shù)與頻率近似地成正比，即f，式中也為聲衰減系數(shù)，但其單位為dB/cmMHz。（式中f為所用的超聲頻率）,多普勒頻譜（spectral）,多普勒頻譜是利用多普勒效應(yīng)（Dopplereffect，）提取多普勒頻移（Dopplershift）信號，并用快速富立葉變換（fastFouriertransform，F(xiàn)FT）技術(shù)進行處理，最后以頻譜形式顯示。,造成

7、聲衰減的主要因素,聲吸收（acousticabsorption）聲反射（acousticreflection）聲散射（acousticscattering）聲束的擴散,多普勒頻移公式,多普勒頻移可用下列公式得出：2Cosfd=foC式中fd=頻移；V=血流速度；C=聲速（1540m/s）；fo=探頭頻率，Cos=聲束與血流方向的夾角余弦值。,血流速度,血流速度：fdCV=2foCos多普勒頻譜，頻譜的橫軸代表時間，縱軸代表頻移的大?。ㄓ肒Hz表示），中間水平軸線代表零頻移線，稱為基線（baseline）。通常在基線上面的頻移為正，表示血流方向迎著換能器而來；基線下面的頻移為負，表示血流方向遠離

8、換能器而去。,幾個概念,頻譜幅值即頻移大小，表示血流速度，其值在自動測量或手工測量時，可在屏幕上讀出。灰度（即亮度），表示某一時刻取樣容積內(nèi)，速度相同的紅細胞數(shù)目的多少，速度相同的紅細胞多，則散射回聲強，灰度亮；速度相同的紅細胞少，散射回聲弱，灰度暗。,幾個概念,頻譜寬度即頻移在垂直方向上的寬度，表示某一時刻取樣血流中紅細胞速度分布范圍的大小，速度分布范圍大，頻譜寬，速度分布范圍小，頻譜窄。人體正常血流是層流，速度梯度小，頻譜窄；病變情況下血流呈湍流，速度梯度大，頻譜寬。頻譜寬度是識別血流動力學(xué)改變的重要標志。,超聲多普勒實時頻譜上，可以得到血流動力學(xué)資料,收縮期峰速（Vs）舒張末期流速（Vd

9、）平均流速（Vm）阻力指數(shù)（RI）搏動指數(shù)（PI）加速度（AC）加速度時間（AT）,多普勒頻譜的種類,脈沖波：脈沖多普勒的換能器兼顧超聲的發(fā)射和接收，換能器在發(fā)射一束超聲后，絕大部分時間處于接收狀態(tài)，并利用門電路控制，有選擇地接收被檢測區(qū)血流信號，其優(yōu)點是有深度的定位能力，但它的缺點是受尼奎斯特極限（Nyquistlimit）的影響，在測量高流速血流時，產(chǎn)生頻譜的混迭（aliasing）現(xiàn)象（圖1-1-6）。連續(xù)波：連續(xù)波多普勒的換能器由二片相鄰的晶片組成，一片發(fā)射超聲，另一片接收超聲，其優(yōu)點為可測量高速血流而不發(fā)生頻譜的混迭，但無深度定位功能，故只有測量高速血流時用。,彩色血流成像（colo

10、rflowimaging）或稱彩色超聲血流圖（簡稱彩超）,彩色多普勒血流成像（colorDopplerflowimaging,CDFI）彩色多普勒能量圖（colorDopplerenergy,CDE）彩色血流速度成像,彩色多普勒血流成像（colorDopplerflowimaging,CDFI）,是利用Doppler原理，提取Doppler頻移（Dopplershift），作自相關(guān)處理，并用彩色編碼（頻域法frequeydomain）。常規(guī)把迎著換能器方向（即入射聲束方向）而來的血流顯示為紅色，遠離換能器（入射聲束）而去的血流為藍色。血流速度快（即Doppler頻移值大），彩色顯示亮而色淡；血

11、流速度慢（即Doppler頻移值?。?，彩色顯示暗而色深。,彩色多普勒血流顯示的不足主要,顯示的信號受探測角度的影響較大；當顯示的頻移超過Nyquist極限時，圖像色彩發(fā)生混迭，出現(xiàn)五彩鑲嵌的血流信號。,彩色多普勒能量圖（colorDopplerenergy,CDE）,彩色多普勒能量圖利用血流中紅細胞散射的能量成像（能量法），即提取多普勒回波信號的能量（即強度），用積分法計算，然后也用彩色編碼成像。,彩色多普勒能量圖幾種優(yōu)點,不受探測角度的影響；靈敏度提高35倍，能顯示低流量、低流速的血流；血流可以顯示平均速度為零的腫瘤灌注區(qū)；顯示的信號動態(tài)范圍廣；不受尼奎斯特極限頻率（Nyquistlimit

12、frequeney）的影響，不出現(xiàn)混迭（Aliasing）現(xiàn)象。,彩色血流速度成像,此法不用多普勒原理，而是由計算機根據(jù)反射回聲中紅細胞群在某一時間內(nèi)的位移（時域法,timedomain），用互相關(guān)系原理計算出血流的方向和速度，再把信號偽彩色編碼，成為彩色血流圖。此法可消除血管壁搏動回聲的干擾，且不出現(xiàn)混迭。,三維超聲成像,三維超聲成像為20世紀90年代面世是新方法，近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維超聲成像不斷改進，已有實時三維成像面世，但目前三維超聲成像的實用價值尚待開發(fā)。,三維超聲成像顯示方式,(一)表面三維顯示在液體非液體界面作計算機人工識別，鉤邊、數(shù)據(jù)采集，最后顯示其表面景觀。(二)透

13、視三維顯示對體內(nèi)灰階差別明顯的界面，如胎兒骨骼，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，重建作三維顯示，透視三維可選取高回聲結(jié)構(gòu)作為成像目標，也可選取低回聲區(qū)域作為成像。(三)血管樹三維顯示用彩色血流圖法顯示臟器內(nèi)的血管樹并加以數(shù)據(jù)采集，經(jīng)計算機處理，顯示為三維血管樹。(四)多平面重投影從三維數(shù)據(jù)中沿任何傾斜角度提取切面二維圖，或顯示三個軸向的任何平面切面圖和與之相應(yīng)的一幅立體圖。,超聲診斷儀,超聲診斷儀基本的結(jié)構(gòu),(一)探頭（probe）探頭由換能器（transducer）、外殼、電纜和插頭組成，換能器是探頭的關(guān)鍵部件。通常由壓電陶瓷構(gòu)成，擔負電聲轉(zhuǎn)換的作用，也即發(fā)射超聲和接收超聲的作用。(二)電路和顯示器由發(fā)射電路、

14、接收電路、掃描電路和顯示器（顯象管）組成。(三)記錄器采用照相機、多幅照相機、視頻圖像記錄儀（videoprinter）錄像機、彩色打印機或磁光盤記錄，也可存儲在工作站，以便在科內(nèi)、院內(nèi)或遠程聯(lián)網(wǎng)。,超聲診斷儀的種類1,(一)A型（A-mode）這是一種幅度調(diào)制（amplitudemodulation）超聲診斷儀，把接收到的回聲以波的振幅顯示，振幅的高低代表回聲的強弱，以波型形式出現(xiàn)，稱為回聲圖（echogram）（圖1-2-2），現(xiàn)已被B型超聲取代，僅在眼科生物測量方面尚在應(yīng)用，其優(yōu)點是測量距離的精度高。(二)B型（B-mode）這是輝度調(diào)制型（brightnessmodulation）超聲

15、診斷儀，把接收到的回聲，以光點顯示，光點的灰度等級代表回聲的強弱。通過掃描電路，最后顯示為斷層圖像，稱為聲像圖（ultrasonograph或sonograph）,超聲診斷儀的種類2,三)M型（M-mode）M型超聲診斷儀是B型的一種變化，介于A型和B型之間，得到的是一維信息。在輝度調(diào)制的基礎(chǔ)上，加上一個慢掃描電路，使輝度調(diào)制的一維回聲信號，得到時間上的展開，形成曲線（圖1-2-4）。用以觀察心臟瓣膜活動等，現(xiàn)在M型超聲已成為B型超聲診斷儀中的一個功能部分不作為單獨的儀器出售。(四)D型（Dopplermode）在二維圖像上某點取樣，獲得多普勒頻譜加以分析，獲得血流動力學(xué)的信息，對心血管的診斷

16、極為有用（圖1-2-5），所用探頭與B型合用，只有連續(xù)波多普勒，需要用專用的探頭。超聲診斷儀兼有B型功能和D型功能者稱雙功超聲診斷儀。,超聲診斷儀的種類3,(五)彩色多普勒超聲診斷儀具有彩色血流圖功能，并覆蓋在二維聲像圖上，可顯示臟器和器官內(nèi)血管的分布、走向，并借此能方便地采樣，獲得多普勒頻譜，測得血流的多項重要的血流動力學(xué)參數(shù)，供診斷之用（圖1-2-6）。彩色多普勒超聲診斷儀一般均兼有B型、M型、D型和彩色血流圖功能。(六)三維超聲診斷儀三維超聲是建立在二維基礎(chǔ)上，在彩色多普勒超聲診斷儀的基礎(chǔ)上，配上數(shù)據(jù)采集裝置（專用探頭或靜態(tài)磁場發(fā)射器及磁場定位器），再加上三維重建軟件，該儀器即有三維顯示

17、功能。,超聲診斷儀的種類4,(七)C型C型超聲儀也是輝度調(diào)制（brightnessmodulation）型的一種，與B型不同的是其顯示層面與探測面呈同等深度。三維超聲可以獲得這一切面圖。,聲像圖的閱讀,聲像圖是斷面圖（也稱切面圖）：現(xiàn)用超聲診斷儀的聲像圖是人體沿超聲掃查方向的斷面圖。縱向掃查獲得縱斷面聲像圖，橫向掃查獲得橫斷面聲像圖，各種斜向掃查獲得相應(yīng)的斜斷面圖。對病灶的定位,一般是用經(jīng)過病灶的二幅互相垂直的斷面聲像圖來完成，也可用鄰近血管、韌帶作為標記,定出病灶的方位。例如膀胱腫瘤可用一幅縱斷面圖和一幅橫斷面圖定出腫瘤所處的方位；又如一幅沿肋間斷面圖和一幅肋下斜斷面圖定出肝腫瘤的位置，肝腫

18、瘤的位置也可用肝內(nèi)血管、韌帶等結(jié)構(gòu)定出。,聲像圖的方位,(一)體位標志和探頭位置閱讀一幅聲像圖，先要了解是哪一部位的何種斷面圖。一般聲像圖照片均有體位標志和超聲掃查線（或探頭）位置的示意圖（圖1-3-1），以此知道是哪一個臟器和哪一種斷面圖。,(二)腹部臟器聲像圖方位1,1腹面縱斷面圖圖左為頭端，圖右為足端，圖上為腹，圖下為背。2腹面橫斷面圖圖左為人體右側(cè)，圖右為人體左側(cè)，圖上為腹，圖下為背。3肝肋緣下斜斷面圖肝左葉在圖右，肝右葉在圖左，圖上為腹，圖下為背。,腹部臟器聲像圖方位2,4右肋間斷面圖膽囊、膽總管、門靜脈主干在圖右，肝右葉在圖左，圖上為腹，圖下為背。5左肋間斷面圖脾在圖右，脾門在脾的

19、左房，圖上為腹，圖下為背。6背面縱斷面圖圖左為頭端，圖右為足端，圖上為背，圖下為腹。,腹部臟器聲像圖方位3,7背面橫斷面圖圖左為人體左側(cè)，圖右為人體右側(cè)，圖上為背，圖下為腹。8右腎區(qū)冠狀斷面圖圖左為腎上極，圖右為腎下極，圖上為腎凸緣，圖下為腎凹緣。9左腎區(qū)冠狀斷面圖圖左為腎上極，圖右為腎下極，圖上為腎凸緣，圖下為腎凹緣。,聲像圖的標尺,一般聲像圖中的腫塊、結(jié)石或其他至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)，均用游標測出其大小，注于圖旁容易明了。在沒有測量游標指明時，可根據(jù)聲像圖周邊附有的標尺，用二腳規(guī)測得其大小。須要注意的是，圖中X軸與Y軸的標尺有時會有差別，所以測量時，X軸方向的線度要用X軸的標尺，Y軸方向的線度要用

20、Y軸的標尺。,胎兒聲像圖方位,胎兒整體聲像圖的方位根據(jù)母體定上下、左右、前后。,其它器官聲像圖方位,眼、甲狀腺、乳房、陰囊等聲像圖的方位，同腹部器官。經(jīng)直腸前列腺聲像圖的方位是：前列腺橫斷面圖，圖左為前列腺右側(cè)。圖右為前列腺左側(cè)，圖上為腹側(cè)（前），圖下為背側(cè)（后）（圖1-3-11）。前列腺縱斷面圖，前列腺底部在圖左，前列腺尖端在圖右，圖上為腹側(cè)（前），圖下為背側(cè)（后）（圖1-3-12）。,聲像圖的標尺,一般聲像圖中的腫塊、結(jié)石或其他至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)，均用游標測出其大小，注于圖旁容易明了。在沒有測量游標指明時，可根據(jù)聲像圖周邊附有的標尺，用二腳規(guī)測得其大小。須要注意的是，圖中X軸與Y軸的標尺有時會

21、有差別，所以測量時，X軸方向的線度要用X軸的標尺，Y軸方向的線度要用Y軸的標尺。,偽像的識別和利用1,偽像（artifact）又稱偽差，在超聲成像中常會出現(xiàn)多種偽像，診斷者和聲像圖閱讀者不僅要識別偽像，避免誤診，而且要利用偽像，幫助診斷,偽像的識別和利用2,(一)混響（reverberations）超聲照射到良好平整的界面而形成聲在探頭與界面之間來回反射，出現(xiàn)等距離的多條回聲，其回聲強度漸次減弱。腹部探測時，腹壁的筋膜和肌層都是平整的界面，常出現(xiàn)混響偽像，出現(xiàn)在聲像圖的淺表部位，尤其在膽囊和膀胱等液性器官的前壁，更為明顯。(二)多次內(nèi)部混響（multipleinternalreverberat

22、ions）超聲在靶（target）內(nèi)部來回反射，形成彗尾征（comettailsign），利用子宮內(nèi)彗尾征可以識別金屬節(jié)育環(huán)的存在（圖1-4-2）。(三)部分容積效應(yīng)（partialvolumeeffect）又稱切片厚度偽像（sliceartifact），因聲束寬度引起，也就是超聲斷層圖的切片厚度較寬，把鄰近靶區(qū)結(jié)構(gòu)的回聲一并顯示在聲像圖上，例如在膽囊內(nèi)出現(xiàn)假膽泥偽像（圖1-4-3）。(四)旁瓣偽像（sidelobeartifact）由超聲束的旁瓣回聲造成，在結(jié)石等強回聲兩側(cè)出現(xiàn)“狗耳（dogear）”樣圖形（圖1-4-4）。,偽像的識別和利用3,(五)聲影（acousticshadow）由于具有強反射或聲衰減甚大的結(jié)構(gòu)存在，使超聲能量急劇減弱，以致在