關(guān)于超聲醫(yī)學基礎(chǔ)2超聲診斷原理與基礎(chǔ)

一、超聲波的基本概念和物理量第2頁,共53頁，星期六，2024年，5月1波的基本概念

機械波

傳播需要介質(zhì)

波

電磁波：橫波

傳播不需要介質(zhì)

根據(jù)頻率不同次聲波(<20Hz)聲波(20~20000HZ)超聲波（＞20000Hz）振動方向和傳播方向垂直：橫波平行：縱波（液體、氣體中傳播，人體軟組織中傳播的超聲波主要是縱波）根據(jù)頻率不同無線電波微波紅外線可見光紫外線X-射線伽瑪射線第3頁,共53頁，星期六，2024年，5月1波的基本概念

次聲波聲波超聲波機械波根據(jù)頻率分類第4頁,共53頁，星期六，2024年，5月1波的基本概念機械波根據(jù)傳播與振動方向關(guān)系分類橫波縱波第5頁,共53頁，星期六，2024年，5月1波的基本概念電磁波根據(jù)頻率分類第6頁,共53頁，星期六，2024年，5月2

超聲波的基本物理量

振幅：質(zhì)點從平衡位置到最大位移的距離頻率、波長、聲速：頻率(f)是單位時間內(nèi)質(zhì)點振動的次數(shù)；波長(λ)是聲波一個周期內(nèi)在介質(zhì)中傳播的距離；聲速

是聲波在介質(zhì)中的傳播速度。(人體組織內(nèi)C=1540m/s)三者的關(guān)系：λ=C/f。聲阻抗：聲阻抗是介質(zhì)某表面產(chǎn)生的聲壓和通過該面積的質(zhì)點體積速度之比，與介質(zhì)的密度和彈性有關(guān)，兩者介質(zhì)之間聲阻抗的差異稱為聲阻抗差。第7頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲診斷原理與基礎(chǔ)

二、超聲波的發(fā)射與接收

--超聲探頭第8頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲探頭聲透鏡匹配層電極壓電晶體吸聲材料外殼電纜至超聲接收裝置第9頁,共53頁，星期六，2024年，5月壓電晶體+++---自然界中存在著某些特殊晶體，當受到外力的作用產(chǎn)生形變時，會在晶體表面產(chǎn)生電荷的聚集而形成電壓，這種效應(yīng)叫做壓電效應(yīng)，這種晶體叫壓電晶體。具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。超聲波的發(fā)射與接收

第10頁,共53頁，星期六，2024年，5月

超聲波的發(fā)生是利用逆壓電效應(yīng)

當在壓電材料兩端加一交變電場時，則壓電材料出現(xiàn)與交變電場同樣頻率的機械振動，將電能變?yōu)闄C械能。這種效應(yīng)稱逆壓電效應(yīng)。+++---+++++++---------+++---+++++++---------超聲波發(fā)射形成超聲波的發(fā)射與接收

第11頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲波的接收是利用正壓電效應(yīng)當在壓電材料兩端加一壓力時，則在此材料的兩個電極面上將產(chǎn)生電荷，將機械能變成電能。這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。+++---F+++++++---------+++++++----------+++---F超聲波的發(fā)射與接收

第12頁,共53頁，星期六，2024年，5月1孔徑陣元陣元是換能器的基本單元孔徑是發(fā)射或接收中同時使用的陣元數(shù)超聲波的發(fā)射與接收

第13頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲診斷原理與基礎(chǔ)

三、超聲波的傳播第14頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲波的傳播

超聲波在組織內(nèi)的傳播特性1.反射和折射：超聲波在體內(nèi)傳播中遇到不同介質(zhì)形成的界面時，一部分產(chǎn)生反射，另一部分可透過該界面進入下一介質(zhì)，稱為透過，若透過的聲波改變方向傳播時，稱折射。θθ1θ2θθ1θ2當聲波有稀疏介質(zhì)（C?。┻M入稠密介質(zhì)（C大）時，折射角將大于入射角第15頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲波在組織內(nèi)的傳播特性2.衍射和散射：當聲波遇到線度為1-2個波長的障礙物，聲波的傳播方向?qū)⑵x原來的方向產(chǎn)生衍射；當聲波傳播過程中遇到線度遠遠小于波長的粒子，粒子吸收聲波能量后再向四周各個方向輻射，成為散射。超聲波的傳播

第16頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲波在組織內(nèi)的傳播特性3.多普勒效應(yīng)：振源與散射體之間存在相對運動時，振源發(fā)射的超聲波射向散射體后，產(chǎn)生散射波的頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。超聲多普勒效應(yīng)測血流速度超聲波的傳播

第17頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲波在組織內(nèi)的傳播特性4.衰減特性：聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的黏滯性、熱傳導性、分組吸收及散射等原因?qū)е侣暷軠p少。5.生物學效應(yīng)：超聲通過介質(zhì)時，與介質(zhì)產(chǎn)生相互作用。對生物組織的作用引起生物學效應(yīng)。超聲波的傳播

第18頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲偽像：超聲顯示的斷層圖像與其相應(yīng)解剖斷面圖像之間存在的差異主要原因分類：反射、折射衰減斷層厚度偽像：近場遠場（聚焦區(qū)外），聲束發(fā)散所致旁瓣效應(yīng)聲速偽像儀器設(shè)備操作者技術(shù)因素：增益、DGC、聚焦調(diào)節(jié)不當超聲波的傳播

第19頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲偽像種類混響超聲波在探頭和界面之間來回反射引起，可將探頭似的側(cè)動，并適當加壓，觀察反射的變化，進而識別混響偽像超聲波的傳播

第20頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲偽像種類聲影當聲束遇到強反射界面或聲衰減很大的組織時，其后方出現(xiàn)超聲不能達到的無回聲區(qū)稱為聲影超聲波的傳播

第21頁,共53頁，星期六，2024年，5月主要超聲偽像后方回聲增強當聲束通過聲衰減甚小的器官組織或病變（如膽囊、膀胱、囊腫）時，其后方回聲較同深度的鄰近組織回聲增強超聲波的傳播

第22頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲偽像種類鏡面?zhèn)蜗癞斅暿龅缴畈康溺R面(聲阻抗差異較大的平整的大界面)，在近側(cè)的結(jié)構(gòu)同時在圖像的該界面另一側(cè)出現(xiàn)的偽像超聲波的傳播

第23頁,共53頁，星期六，2024年，5月3超聲診斷原理與基礎(chǔ)

四、評價超聲系統(tǒng)性能的基本參數(shù)第24頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲波的分辨力—空間分辨力軸向/縱向分辨力（聲束傳播方向）：聲束長軸方先生區(qū)分兩個細小目標的能力，與f密切相關(guān)，頻率越高（波長越短），軸向分辨力越好。超聲波的傳播

第25頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲聲學基礎(chǔ)

超聲波的分辨力—空間分辨力2.側(cè)向/橫向分辨力（與聲束軸線垂直方向）:與線陣、凸陣探頭長軸方向上掃描聲束的寬度有關(guān)。通常采用各種電子聚焦技術(shù)，使聲束變窄，改善側(cè)向分辨力。第26頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲聲學基礎(chǔ)

超聲波的分辨力—空間分辨力3.層厚分辨力（與聲束軸線垂直方向）：與探頭厚度方向上聲束寬度和曲面的聚焦性能有關(guān)，一般用聲透鏡聚焦來改善橫向分辨力。第27頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲聲學基礎(chǔ)

超聲波的分辨力—時間分辨力單位時間成像的幅數(shù)，即幀頻，表示時間分辨力，幀頻越高，時間分辨力越好，越能真實反映運動臟器的瞬間變化情況。掃描時的線密度、FOV、焦點個數(shù)及掃查深度都將影響幀頻。圖像上顯示第28頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲聲學基礎(chǔ)

超聲波的分辨力—對比分辨力灰階分辨能力，它是畫面上最大亮度與最小亮度之比?！昂凇钡健鞍住钡姆直婺芰ο嚓P(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)顯示第29頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲聲學基礎(chǔ)

超聲波的穿透力:是指超聲波檢測的最大深度。影響因素：頻率λ=C/f(頻率越低--波長越大--穿透力越好，反之亦然)、衰減系數(shù)、發(fā)射聲功率、儀器的信噪比（相對恒定）、動態(tài)范圍和增益近場遠場（近場長度L=2rf/c,r為探頭的半徑）顯示當前檢測深度當前檢查頻率（開啟諧波功能）第30頁,共53頁，星期六，2024年，5月2超聲診斷原理與基礎(chǔ)

五、超聲臨床應(yīng)用模式及調(diào)節(jié)第31頁,共53頁，星期六，2024年，5月超聲臨床應(yīng)用模式

反射型2D模式：亮度模式M

模式：運動模式C

模式：彩色多普勒模式--彩色多普勒

--能量圖D

模式：頻譜多普勒模式

--脈沖波多普勒

--連續(xù)波多普勒（用于心臟，主要測高速血流）三維/四維模式：自由臂三維；實時三維（四維）

第32頁,共53頁，星期六，2024年，5月

2D和M模式2D模式的成像基礎(chǔ)是根據(jù)組織間的聲阻抗差異。M型屬于輝度調(diào)制型，Y軸（垂直方向）代表軟組織空間位置深淺，X軸（水平方向）代表時間掃描線，以此得到“運動位置-時間”曲線第33頁,共53頁，星期六，2024年，5月

2D和M模式2D/M型圖像參數(shù)的調(diào)節(jié)增益（Gain）基波/諧波頻率（GEN/THIFrequency）動態(tài)范圍（DynamicRange）邊緣增強余輝線密度灰度圖偽彩幀頻掃描的滾動速度第34頁,共53頁，星期六，2024年，5月2D和M模式2D模式下的參數(shù)及調(diào)節(jié)基波/諧波頻率（GEN/THI）:根據(jù)病人情況，選擇合適的頻率，以選擇相匹配的穿透力和軸向分辨力。增益（Gain）整體增益--調(diào)整2D或M模式掃描的回波增幅和亮度--更改圖像整體亮度。深度補償增益（DGC）--用來對不同深度的弱信號或過亮信號進行補償。動態(tài)范圍（DR）：表示圖像所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。動態(tài)范圍越大，所能表示的層次越豐富，所包含的色彩空間也越廣。即掃描的整體對比精度。邊緣強化（Edge）：有助于分辨實時成像過程中的結(jié)構(gòu)輪廓。線密度（R/S--精度/速度）：用來增加或減少每幀2D圖像的掃描線數(shù)量。增加線密度將改善圖像細節(jié)，但會降低幀頻。第35頁,共53頁，星期六，2024年，5月2D和M模式2D模式下的參數(shù)及調(diào)節(jié)余輝/持續(xù)性（Persistence）：通過存留每個成像幀的圖像數(shù)據(jù)線，為2D模式圖像提供可見的平滑效果。Maps：用來選擇將回波振幅指定給灰度等級的處理曲線，活動灰度圖顯示為屏幕右側(cè)的灰度條來表示，用來表明可用于所選灰度圖的灰度陰影范圍。偽彩（Tint）：通過向灰度圖中的灰色添加更多藍色、紅色、黃色或綠色來改變圖像的顏色，肉眼對彩色的分辨更敏感。深度（Depth）：最大和最小深度取決于當前探頭的頻率。焦點（Focus）:選擇合適的焦點的個數(shù)、間距和焦點位置，以調(diào)整圖像的側(cè)向分辨力。Sweep（M模式下）：調(diào)整M模式掃描的滾動速度。第36頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒技術(shù)頻率檢測多普勒頻移信號檢出幅度處理壁濾波血流濾波CDFIDTICDE第37頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒技術(shù)—彩色多普勒血流成像（CDFI）該技術(shù)能表示血流的方向、速度和性質(zhì)紅色表示朝探頭方向運動，藍色表示背離探頭方向單純紅色或藍色表示層流，綠色表示湍流顏色越鮮亮表示速度越快，越暗表示速度越慢局限性：

對入射角的依賴性檢測深度與成像幀頻及可檢測流速之間互相制約

對B型圖像質(zhì)量的影響

第38頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒技術(shù)種類—彩色多普勒組織成像法（TDI）與CDFI不同點在于采用血流濾波器代替壁濾波器去除低幅高頻的血流信息而保留高幅低頻的組織運動信息，一般用來觀察心肌組織運動情況。顯示的速度范圍在0.03~0.24m/s。第39頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒技術(shù)種類—彩色多普勒能量圖（CDE）以多普勒信號的幅度（強度）為信息來源，以紅細胞散射能量的總積分進行彩色編碼顯示，通常以單色表示血流信息。特點：

對血流的顯示只取決于紅細胞散射的能量存在與否成像相對不受入射角的影響

不能顯示血流的方向、速度和性質(zhì)

對高速血流不產(chǎn)生彩色混迭

第40頁,共53頁，星期六，2024年，5月

彩色多普勒模式彩色多普勒模式下主要參數(shù)增益（Gain）脈沖重復頻率（PRF）余輝（Persist）彩色圖（Maps）平滑度幀頻頻率（Frequency）濾波線密度優(yōu)先級別血流狀態(tài)第41頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒參數(shù)的調(diào)節(jié)傳輸頻率：選擇較高頻率會增大圖像的精度，選擇較低頻率可以改善穿透性。ROI：其位置和形狀取決于當前的探頭和默認的成像深度，增大ROI的范圍和深度將降低幀頻。增益（Gain）:可以調(diào)整顏色或能量的接收增益，不會影響二維影像的增益。濾波（filter）:低通濾波可使低速血流顯示，高通濾波可切掉低速血流，檢查高速血流時不受低速血流干擾。線密度（R/S）：增加或減少經(jīng)過ROI的掃描線數(shù)量，增加線密度將提高精度，但會降低幀頻。速度標尺（Scale）/脈沖重復頻率（PRF）：調(diào)整彩色的速率范圍。第42頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒參數(shù)的調(diào)節(jié)優(yōu)先級別（Priority）：彩色優(yōu)先級用于選擇是否顯示任意像素的顏色或2D模式數(shù)據(jù)的閾值，即增加彩色優(yōu)先級將使2D影像上顯示更多彩色像素信息；能量優(yōu)先級看調(diào)整能量顯示幅度的閾值，增加能量優(yōu)先級將增加接受信號幅度范圍，因而產(chǎn)生更多的能量信息。平滑度（Smooth）：調(diào)整用于平滑血流模式顯示的空間平均水平（包括軸向和側(cè)向），當空間平均水平增加時，血流靈敏度將增加，但空間精度會降低。Map：由屏幕右側(cè)的彩色條或能量條表示，是指分配給彩色或能量ROI的顏色范圍，彩色以血流速率、能量以血流幅度為基礎(chǔ)。彩色圖時，較深色調(diào)表示速率較低，較淺色調(diào)表示速率較高，紅藍表示血流方向；能量圖時，較亮顏色表示較強信號，較暗顏色表示較弱信號。第43頁,共53頁，星期六，2024年，5月彩色多普勒模式

彩色多普勒參數(shù)的調(diào)節(jié)血流狀態(tài)選擇（Flow）：分為高速、中速、低速血流三個級別，針對選定的血流狀態(tài)自動調(diào)整壁濾波器參數(shù)和脈沖重復頻率。余輝（persistence）：可決定彩色數(shù)據(jù)在ROI中的保持時間。增加持續(xù)性可以延長峰值速率的保持時間。零位基線（Basicline）：調(diào)整評估狀態(tài)下血流方向中的失真現(xiàn)象，調(diào)整顯示的流量速度范圍而不改變彩色PRF。選通門（gate）：gate過小則顯示血流的敏感性可能降低消除彩色信號的閃爍：這種干擾多來自低頻運動信號，一般可選較高的濾波條件，較高的速度標尺來避免。最佳的方法是令患者屏住呼吸。第44頁,共53頁，星期六，2024年，5月

頻譜多普勒模式頻譜多普勒技術(shù)分類

脈沖波多普勒(PW):采用同一個換能器間歇式發(fā)射和接收超聲。受脈沖重復頻率(PRF)影響。連續(xù)波多普勒(CW):采用兩個超聲換能器獲得有關(guān)血流資料。無檢測深度的功能，但可測高速血流，不會產(chǎn)生混迭偽像。第45頁,共53頁，星期六，2024年，5月頻譜多普勒模式頻譜多普勒分析技術(shù)最常用的顯示方式：速度-時間顯示波形的意義：零基位線上方波形表示血流朝探頭方向移動，下方的波形表示背離探頭方向頻譜的灰階表示取樣門內(nèi)速度方向相同的紅細胞數(shù)量頻譜（頻帶）寬度表示某一時刻取樣門中紅細胞運動速度分布范圍的大小。通常湍流頻譜寬，層流頻譜窄；取樣門小，易獲窄頻譜，取樣門大，可使頻譜變寬。第46頁,共53頁，星期六，2024年，5月頻譜多普勒模式

頻譜多普勒參數(shù)調(diào)節(jié)傳輸頻率：在Doppler混合模式成像過程中，更改傳輸頻率不影響2D模式頻率，選擇較高頻率會增大精度，選擇較低頻率則可以改善穿透性。CWorPW：高速血流（＞3m/s）選用CW，較低流速選用PW。增益：調(diào)整頻譜的亮度。時間/頻率（T/F）：調(diào)節(jié)時間/頻率精度濾波條件：濾過通常由組織混亂引起的低頻信號。速度（頻移）標尺/PRF：選擇與檢測血流速度相應(yīng)的速度標尺第47頁,共53頁，星期六，2024年，5月頻譜多普勒模式

頻譜多普勒參數(shù)調(diào)節(jié)取樣門：對于血管的檢測，取樣門應(yīng)小于血管內(nèi)徑；檢查心腔內(nèi)、瓣膜口血流時，取樣門選用中等大小零位基線：移動它，可增大某一方向的頻移測量范圍，避免出現(xiàn)混迭反轉(zhuǎn)頻譜:可相對于基線反轉(zhuǎn)