超聲的基本概念2011-03-0714:18:56|分類:超聲專業(yè)知識(shí)交流|標(biāo)簽:血流彩色流體彩超超聲波|字號(hào)大中小訂閱一、 超聲波基本物理量：1、 超聲波是聲源振動(dòng)的頻率大于20000Hz的機(jī)械波2、 超聲波有三個(gè)基本物理量,即頻率(f),波長(zhǎng)(入)，聲速(c),它們的關(guān)系是：c=f*入或入二c/f,傳播超聲波的媒介物質(zhì)叫做介質(zhì),不同頻率的超聲波在相同介質(zhì)中傳播時(shí),聲速基本相同。在人體軟組織中聲速為1540m/s。探測(cè)1cm深度目標(biāo)所需的時(shí)間約13.4^s.3、 相同頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播，聲速不相同，人體軟組織中超聲波速度總體差異約為5%。利用超聲方法進(jìn)行測(cè)距的誤差也是5%左右。4、 臨床常用的超聲頻率在2MHz—10MHz之間。二、 超聲波的物理性能1、 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到不同聲阻的分界面,會(huì)產(chǎn)生反射和折射。2、 人體軟組織聲阻抗差異很小，但只要有1%。的聲阻抗差,就會(huì)產(chǎn)生反射回波,所以超聲波對(duì)軟組織分辨力很高。3、 當(dāng)超聲波垂直于不同聲抗阻分界面入射時(shí)，可得到最佳的反射效果。4、 當(dāng)分界面兩邊的聲速不同時(shí)，超聲波透入第二種介質(zhì)后，其傳播方向?qū)l(fā)生改變一即產(chǎn)生折射。5、 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，有聲能占據(jù)的空間，叫做聲場(chǎng)。6、 多振子探頭的聲場(chǎng)分布呈“花瓣”狀，其“主瓣”越細(xì)（窄）越好，而“副瓣”在聲束掃描時(shí)將產(chǎn)生偽象。聲束處理技術(shù)之一就是消除“副瓣”，突出“主瓣”。7、 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),隨著距離增加，聲能將隨之減弱,這就是衰減。8、 為了使深度回聲信息清楚，在診斷中要使用STC（TGC）調(diào)節(jié),補(bǔ)償聲能的衰減。衰減用IX=I0e-2ax來描述。IX是距離聲源X點(diǎn)的聲強(qiáng),X是距離聲源的距離。I0是X=0處的聲強(qiáng)a為衰減的系數(shù)e為自然對(duì)數(shù)之底,e=2.71聲強(qiáng)或聲壓的衰減吸收以分貝（dB）作單位，組織的衰減系數(shù)用dB/cm表示。在人體組織中衰減程度一般規(guī)律是:骨組織〉肝組織〉血液。若進(jìn)一步細(xì)分:骨（或鈣化）〉肌腱（或軟骨）〉肝（或腎）〉脂肪〉血液〉尿液（或膽汁）。組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)越多，聲衰減越大，液體內(nèi)含蛋白成分的聲衰減大。紅細(xì)胞的直徑比超聲波要小得多,紅細(xì)胞是一種散射體，其反（后）向散射信息是研究、分析紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的極有用的信息，聲束內(nèi)紅細(xì)胞數(shù)量越多，后向散射強(qiáng)度就越大。三、超聲多普勒效應(yīng)1、當(dāng)聲源與反射界面（或散射體）作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于超聲波在一定介質(zhì)中傳播的速度是恒定的,故可看作超聲的波長(zhǎng)被壓縮或擴(kuò)展。波長(zhǎng)的變化必將伴隨著頻率的移動(dòng)（改變），它仍需滿足C=f*入的關(guān)系，這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)。四、超聲波分辨力，穿透力1、 分辨力指能在熒光屏上被分別顯示為兩個(gè)點(diǎn)的最小間距的能力，一般可分為軸（縱）向和側(cè)（橫）向兩種。2、 軸向分辨力系指聲束方向，能被分辯前后兩點(diǎn)間的最小間距，它與超聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，波長(zhǎng)越短，則軸向分辨越好。3、 側(cè)向分辨力系指與聲束相垂直的面上，能被分辨兩點(diǎn)的最小間距，它與超聲束的寬窄有關(guān)。聲束越窄（細(xì)），其側(cè)向分辨越好。4、 穿透力是指超聲在介質(zhì)中傳播能到達(dá)最大深度的能力，它與聲衰減系數(shù)有關(guān)，并與頻率成正比，用dB/cm/MHz表示，所以頻率高的超聲波在人體中衰減也越大。超聲生物效應(yīng)一、超聲聲強(qiáng)概念：對(duì)超聲診斷設(shè)備的超聲輻射，針對(duì)人體不同部位，規(guī)定了限定值,人體不同部位超聲強(qiáng)度的限定值FDA（美國(guó)食品藥品局）規(guī)定Isppa:空間峰值脈沖平均聲強(qiáng)Ispta:空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)Im:最大聲強(qiáng)度lob:真實(shí)聲束聲強(qiáng)國(guó)際電工委員會(huì)：IEC1157-92規(guī)定Iob<20mw/cm2胎兒Ispta<100mw/cm2我國(guó)的計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)定，超聲診斷設(shè)備的輸出聲強(qiáng)<100mw/cm2超出這些規(guī)定值應(yīng)公布其聲強(qiáng)輸出，超聲強(qiáng)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，產(chǎn)后兒童發(fā)育遲緩等。二、超聲對(duì)生物體影響的作用原理1、 空化作用:在液體中產(chǎn)生強(qiáng)超聲時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一種類似霧狀的氣泡，就如輪船推進(jìn)器在產(chǎn)生推動(dòng)力的同時(shí)會(huì)濺出氣泡那樣，這就是空化作用。生物組織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(gè)生物組織壞死。2、 熱作用：生物組織在超聲機(jī)械能作用下，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。3、 超聲的生物作用：超聲對(duì)組織器官的影響:在強(qiáng)超聲作用下,將使坐骨神經(jīng)、脊髓、淋巴細(xì)胞、肝組織損傷。超聲對(duì)細(xì)胞的影響:超聲診斷聲強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)對(duì)子宮癌HELA細(xì)胞，人羊膜的FK細(xì)胞，三個(gè)月胎兒腦組織的胎生纖維細(xì)胞有影響。超聲對(duì)染色體的影響:超聲診斷聲強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，對(duì)白細(xì)胞、淋巴、成纖維細(xì)胞有影響超聲對(duì)精子的影響:強(qiáng)超聲對(duì)精子活動(dòng)力及受精卵易發(fā)生危害。三、超聲診斷的安全因素:超聲劑量（聲強(qiáng)）的限定值Ispta<100mw/cm2超聲照射時(shí)間:通常一次超聲10-20分鐘超聲波形的形態(tài):脈沖占空比為0.001,1ns發(fā)射，1ms接受。彩色多普勒第一節(jié)多普勒基本概念1、 多普勒超聲血流檢測(cè)技術(shù)主要用于測(cè)量血流速度，確定血流方向，確定血流種類:如，層流、射流等;獲得速度、時(shí)間積分，壓差等有關(guān)血流的參數(shù)。2、 多普勒方式表達(dá)血流速度的公式如下：⑴COSQ是血流與聲束夾角的余弦函數(shù),當(dāng)相對(duì)固定時(shí)，則fd與流速成正比，fd即影響流速值V。⑵當(dāng)多普勒入射角（Q）恒定時(shí)，頻移fd僅決定于發(fā)射頻率fo。對(duì)于某一定的fd，fo越小，則可測(cè)的血流速度V就越大。欲測(cè)高速血流,fo就應(yīng)選擇低頻率的探頭。⑶當(dāng)血流速度保持恒定時(shí)，如:100cm/s（以及恒定的fo和C），那影響fd的參數(shù)只有COSQ，即頻移的數(shù)值依賴于入射角的變化,而速度的數(shù)值與入射角無關(guān)。Q角改變的一般規(guī)律：a）當(dāng)OO<Q<900時(shí),COSQ為正值，即血流迎超聲探頭而來，頻率增加,fd為正向頻移。當(dāng)900<Q<1800時(shí)，COSQ為負(fù)值，即血流背離超聲探頭而去，頻衰減低,fd為負(fù)向頻移。當(dāng)時(shí)Q=0或Q=1800時(shí)，COSQ=±1,即血流與聲束在同一線上相向或背向運(yùn)動(dòng)，這時(shí)fd最大。當(dāng)時(shí)Q=900,COSQ=0時(shí)，即血流方向與聲束垂直，此時(shí)fd=0,檢不出多普勒頻移。3、三種多普勒方式連續(xù)波多普勒(CW)采用兩種超聲換能器，一個(gè)發(fā)射恒定的超聲波，另一個(gè)換能器恒定地接收其反射波(或后向散射波)，沿聲束出現(xiàn)的血流和組織運(yùn)動(dòng)多普勒頻移全部被接受，分析，顯示出來。CW不能提供距離信息，即不具有距離選通性,不受深度限制，能測(cè)深部血流，無折返現(xiàn)象，可測(cè)高速血流。連續(xù)波多普勒在取樣線上有符號(hào)標(biāo)記，其符號(hào)僅表示波束發(fā)射聲束與接受聲束的焦點(diǎn)，或聲束與血流的焦點(diǎn)。脈沖波多普勒(PW)、采用單個(gè)換能器,在很短的脈沖期發(fā)射超聲波，而在脈沖間期內(nèi)有一個(gè)”可聽期”。脈沖多普勒具有距離選通能力，可設(shè)定取樣容積的尺寸,并調(diào)節(jié)其深度、位置,利用發(fā)射與反射的間歇接受頻移信號(hào),測(cè)值相對(duì)準(zhǔn)確，但檢查深部及高速血流受到限制。并受脈沖重復(fù)頻率-PRF的影響,PRF越高,測(cè)量血流速度也越高。多普勒頻譜技術(shù)的分析基礎(chǔ)是快速富里葉變換-FFT。高重復(fù)頻率脈沖多普勒-HPRF是在脈沖多普勒基礎(chǔ)上改進(jìn)，探頭在發(fā)射一組超聲脈沖波之后，不等采樣部位的回聲信號(hào)反回探頭又發(fā)射出新的超聲脈沖群，這樣在一組聲束方向上，若有一組超聲脈沖向心腔內(nèi)發(fā)射，第二組超聲發(fā)射后，探頭接受的實(shí)際上是來自第一組超聲脈沖的回聲，依次類推,相當(dāng)于PRF加倍，頻移也就增加一倍，擴(kuò)大了血流速度測(cè)量范圍。第二節(jié)彩色血流顯像一、彩超發(fā)展歷史與臨床應(yīng)用1、 1983年11月Aloka公司在世界范圍內(nèi)首次推出適用于臨床的彩超SSD-880,從此彩色血流顯像技術(shù)實(shí)用化、商品化，這是彩色多普勒血流顯像技術(shù)發(fā)展的起始階段一一首臺(tái)彩色顯像裝置問世。2、 1989年以后彩色多普勒血流顯像儀在技術(shù)上，功能上都有了很大的突破，多數(shù)都可達(dá)到全身性應(yīng)用檢查，他們的設(shè)計(jì)原理大致相同，基本上都屬檢測(cè)多普勒頻移的范圍。這是彩超技術(shù)發(fā)展的第二階段一一改進(jìn)和提高階段，在這段時(shí)間，彩超的臨床應(yīng)用得到很大的發(fā)展，成為超聲醫(yī)學(xué)的重要階段一一彩色多普勒時(shí)代。3、 1990年以來，重要特征是以數(shù)字化技術(shù)為代表，采用了許多與傳統(tǒng)方式不同的信息檢測(cè)及波束形成技術(shù),使彩超的性能有新的突破，圖像質(zhì)量有很大的提高。這是彩超發(fā)展的第三階段一一由模擬數(shù)字混合處理到全數(shù)字化處理的發(fā)展階段一一即步入數(shù)字化時(shí)4、 1996年后形成具有綜合圖像形成及處理功能的全數(shù)字一體化工作站的彩色血流現(xiàn)顯設(shè)備。它不僅有極佳的圖像質(zhì)量，同時(shí)有極強(qiáng)的處理功能,并向三維立體顯像方向發(fā)展。這就是今日“彩超”的新面貌?！安食钡陌l(fā)展已進(jìn)入第四階段一一全數(shù)字化多功能信息化時(shí)代。二、彩色血流顯像原理1、 彩色多普勒是使用一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示器一MTI法，檢測(cè)血細(xì)胞的動(dòng)態(tài)信息，并根據(jù)血細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)方向、速度、分散情況,調(diào)配紅、藍(lán)、綠三基色,變化其顏色亮度，疊加在二維灰階圖像上的彩色血流圖。MTI是彩色血流顯像核心技術(shù)之一MTI的濾波特性好壞與彩色顯像質(zhì)量直接相關(guān)。從接受到的回聲中，只分離出血流信號(hào)成分，而濾去非血流信息（心室壁,瓣膜）。當(dāng)用于TDI時(shí),作用正相反。2、 自相關(guān)技術(shù)也是彩超的重要技術(shù)之一。它用于分析血流信號(hào)相位差，并將兩個(gè)相鄰的回聲進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。多普勒信號(hào)屬于隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)不服從確定的規(guī)律,即便觀察條件相同，各次察結(jié)果也不一樣，根據(jù)過去已得知識(shí)不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其未來。這種信號(hào)的特征只能通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果來描述。如對(duì)同一位置的采樣線上的某一相同采樣容積所獲得的多普勒信息，必須用一些統(tǒng)計(jì)量來描述它在不同時(shí)刻的特征的總的結(jié)果，即不同時(shí)刻信號(hào)取值的相互關(guān)系，這就是自相關(guān)函數(shù)。一般用均值，均方，方差和功率譜表征。為了形成二維彩色血流圖，保證顯像質(zhì)量,每幀圖像應(yīng)有32條采樣線,每條采樣線有256個(gè)采樣點(diǎn)或64條采樣線，每條線上128個(gè)采樣點(diǎn)。3、血流分散分散是表示血流的紊亂情況(顯示紅細(xì)胞速度，方向的分散情況)，當(dāng)血流為層流時(shí),紅細(xì)胞以基本的恒定速度朝大致一樣的方向移動(dòng)，當(dāng)血流處于亂流狀態(tài)時(shí)，紅細(xì)胞的移動(dòng)速度,方向皆不相同，這就有必要顯示“分散”，它正好對(duì)應(yīng)于頻譜多普勒的頻帶寬度。頻帶窄二分散范圍小,頻帶寬二分散范圍大4、彩色顯示經(jīng)過MTI濾波器后測(cè)出的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)信息,有方向、速度、分散三個(gè)因素組成(1)彩色血流的特點(diǎn)是：出現(xiàn)血流紊流時(shí)，以紅藍(lán)混合色表示當(dāng)高速血流超過最大顯示頻率范圍時(shí)，(尼奎斯特頻率極限)將出現(xiàn)與PW頻譜同樣的折返現(xiàn)象。折返現(xiàn)象表現(xiàn)為幾種色彩的套疊，如同熾光的光焰色。二維彩色血流圖每幀采樣點(diǎn)可達(dá)到64X256或32X512個(gè),采樣點(diǎn)多，能提高信噪比及敏感度，彩色顯像的角度范圍一般從300-900選擇，角度大則成像速度降低,幀頻下降;檢查血流的深度與彩色顯像幀速度也有關(guān)，增加深度將減少幀數(shù)。所以彩色血流顯像的幀速率與采樣點(diǎn)數(shù)，角度大小，探測(cè)深度是相互制約的。在實(shí)際臨床應(yīng)用時(shí)注意到這點(diǎn)是必要的。當(dāng)其相互間的矛盾解決得越好，這說明該彩超設(shè)備的技術(shù)水平越高，而彩色血流顯像必須要保證一定的幀速度率，最低可視幀頻不能少于10-12幀/秒。在常規(guī)的PAL,NTSC制式的監(jiān)視器顯示中，必須和電視同步掃描，超聲顯示的幀數(shù)必須是50的約數(shù)，否則即為非同步掃描，將造成不穩(wěn)定。5、彩色顯像的局限性:彩色顯像與PW同樣