1、超聲基礎(chǔ)理論,2016.4,超聲波定義,116Hz為次聲，或者稱亞聲波，低于人耳聽閾 162104Hz為聲波，即人耳可以聽到的聲頻 2104109Hz（100MHz）為超聲波，為超聲治療和診斷所用的頻率范圍。 1091013Hz稱為特超聲，尚在研究試用中,超聲波定義示意圖,人耳聽覺范圍,超聲診斷常用頻率,超聲可由多種物理能量轉(zhuǎn)變而成，需經(jīng)過換能器進行轉(zhuǎn)換。 目前最常選用的換能器是壓電陶瓷即壓電晶體。 壓電晶體可具兩種可逆的能量轉(zhuǎn)變：,超聲的發(fā)生,人體內(nèi)除骨骼外，在所有的軟組織中幾乎均以縱波的形式傳播。 超聲傳播過程中應(yīng)了解頻率（ f ）、聲速（ c ）、波長（ ）之間的關(guān)系。 C f ,超聲的

2、傳播,上方為橫波的示意圖，波的振動方向與傳播方向垂直。 下方為縱波的示意圖，波的振動方向與傳播方向平行。,頻率（f）,由聲源（即探頭）發(fā)生超聲時所決定，為一恒定值。 頻率越高，分辨力越高，穿透性越弱。 頻率越低，分辨力越低，穿透性越強。 心臟（顱腦）探頭：2.5MHz，腹部：3.55MHz，淺表： 7.515MHz。,聲速（C）,指超聲在傳播物體（介質(zhì)）中的速度。 在同一介質(zhì)中，聲速固定不變，它不隨頻率的改變而改變。 在軟組織中的平均聲速為1540m/s，在骨骼內(nèi)，聲速約為軟組織中的2.5倍。,人體正常組織的聲速、衰減系數(shù)、聲阻抗,波長,在同一介質(zhì)中，由于聲速固定，頻率與波長成反比。 在不同介

3、質(zhì)中，如頻率固定，聲速與波長成正比。 C f ， C/ f 軟組織的聲速1500m/s， 軟組織的波長1.5/f,聲場,近場區(qū)聲強分布不均，聲束寬度接近，且平行。 遠(yuǎn)場區(qū)聲強分布均勻，但聲束開始擴張。 近場 lD2/4。D：聲源直徑； ：波長。,空間分辨力,軸向分辨力：與超聲傳播方向平行，其取決于激勵電脈沖的長度和探頭的阻尼程度。 側(cè)向分辨力：與超聲傳播方向垂直，其取決于聲束的寬度。 橫向分辨力：與超聲傳播方向垂直，其取決于聲束的高度。,A,B,C,超聲與生物組織間的相互作用,聲阻抗與界面 反射和透射 折射與全反射 散射 繞射 干涉 衰減 動目標(biāo)回聲頻移（Doppler）,聲阻抗（Z）與界面,

4、ZC ：介質(zhì)密度。 C：聲速。 界面：可分為兩種。 大界面：大于聲束直徑。 小界面：小于聲束直徑。,Z1,Z2,界面,反射和透射,入射聲遇到大界面時發(fā)生反射和透射。 反射系數(shù)（R）： RZ2-Z1/ Z2+Z1 透射系數(shù)（T）： T1R,7.8-1.6/7.8+1.6=66%,顱骨聲阻抗：7.8 腦組織聲阻抗：1.6,折射與全反射,折射：穿過大界面的透射聲偏離入射聲束的方向而傳播。它是由于兩種介質(zhì)內(nèi)聲速的不同造成的。 全反射：當(dāng)C2 C1， 2 1當(dāng)入射角1超過臨界角，折射聲束會重新進入第一介質(zhì)內(nèi)。,1,2,C1,C2,散射,入射聲波遇到小界面時，發(fā)生散射。 散射變平面波為球面波。 散射回聲強

5、度比鏡面反射回聲強度低。,聲束寬,小界面,繞射,繞射：聲束傳播過程中在界面的邊緣經(jīng)過，當(dāng)它們之間的距離小于12個波長，聲束偏向被轉(zhuǎn)向至該一界面。 聲束在散射體小界面附近經(jīng)過時，一樣存在繞射現(xiàn)象。,干涉,反射回聲與入射回聲在空間相遇，可因相位相同而疊加增加，亦可因相位相反而相互抵消。 左圖：入射回聲與反射回聲相位相反而相互抵消。,入射波,反射波,衰減,衰減為反射、散射和吸收（聲能轉(zhuǎn)變成熱能）三者的總和。 不同組織的聲衰減程度不同。 同一組織中，衰減又隨頻率的升高而升高。,人體正常組織的聲速、衰減系數(shù)、聲阻抗,Doppler效應(yīng),動目標(biāo)的回聲頻移現(xiàn)象即為超聲Doppler效應(yīng)。 目標(biāo)移向探頭，F(xiàn)d

6、為正值；目標(biāo)背向探頭，F(xiàn)d為負(fù)值。 Fd2V.cos.F0/C,F0,F0Fd,超聲對生物組織的作用,對無創(chuàng)性的理解： SPTAI的概念： 美國超聲協(xié)會規(guī)定了人體使用的安全劑量為SPTAI100mw/cm2。 即使在安全劑量內(nèi)，亦可產(chǎn)生不良效應(yīng)。,超聲成像原理及分類,A型超聲,單聲束成像。 X軸從左到右代表被測界面的深度。 Y軸下向上代表回聲振幅的高低。,B型超聲,B型超聲聲像圖為一幅從體表至深部的切面圖形。,按聲束掃查方式可分為：弧掃、扇掃、線掃、徑向圓周掃查和復(fù)合掃查。,超聲成像實現(xiàn)的方法,手動式：如復(fù)合B型掃查法。 機掃式：可用于扇掃、線掃、徑向圓周掃、及復(fù)合掃查。 電子掃查式：使用多晶

7、片及編碼發(fā)射、接受技術(shù)，尚需加入電子聚焦及其他技術(shù)。,超聲成像的一些基本概念,實時成像和靜態(tài)成像 放大器的動態(tài)范圍 聲束聚焦 TGC調(diào)節(jié) 數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換（DSC） 后處理 灰階顯示 校正,聲束聚焦,單晶片聲束聚焦采用凹型晶片或聲透鏡。 多晶片聲束聚焦采用兩套裝置，探頭短軸用聲透鏡，提高橫向分辨力；而長軸用電子分段聚焦。,TGC調(diào)節(jié),時間增益補償：系統(tǒng)從總的衰減角度考慮，以時間（即深度）函數(shù)予以補償。 優(yōu)點： 缺點：,圖形偽差,大多與超聲的物理特性有關(guān)，一小部分與儀器性能及調(diào)節(jié)有關(guān)。 主要有：回聲失落、邊緣折射（全反射）聲影、繞射聲影抵消、混響效應(yīng)、鏡像偽差、旁瓣效應(yīng)、部分容積效應(yīng)。 分述如下：,

8、回聲失落,大界面回聲反射具角度依賴。 在界面與聲束間角度過小或接近平行時，回聲不能返回至聲源的發(fā)射區(qū)（即探頭）。,邊緣折射（全反射）聲影,聲束通過聲速差別較大的介質(zhì)所形成的界面后形成折射或全反射，致使在這段界面的下方出現(xiàn)一個聲束無法進入的“失照明”區(qū)，而產(chǎn)生假性聲影。,繞射聲影抵消,繞射使聲束途徑往界面的一方偏向。 當(dāng)遇到較小尺寸的界面，因其左右兩側(cè)聲束均向小界面的后方偏向，產(chǎn)生聲影消除效應(yīng)。 例如：在聲像圖上，小結(jié)石的后方往往不伴有后方聲影。,混響效應(yīng),產(chǎn)生條件：鏡面型大界面如界面兩側(cè)聲阻抗差別較大，而第一介質(zhì)的衰減較小或厚度較小。 例如：淺部的囊腫，充盈尿液的膀胱。 表現(xiàn)：界面上方各層組織

9、結(jié)構(gòu)倒影入液性無回聲區(qū)中。,鏡像偽差,產(chǎn)生條件：較深大界面旁的病灶。 例如：橫膈旁的肝臟占位灶。 表現(xiàn)：在橫膈的對側(cè)出現(xiàn)一個對稱性的相似病灶。,鏡像偽差,鏡像偽差,旁瓣效應(yīng),產(chǎn)生原理：聲源發(fā)生主瓣之外，還存在數(shù)對旁瓣，其產(chǎn)生的聲像圖與重疊于主瓣聲像圖上。 表現(xiàn)：充盈的膀胱底部有時會出現(xiàn)薄紗狀虛影。,旁瓣效應(yīng),部分容積效應(yīng),聲束的本身具有一定的厚度，尤其是非聚焦區(qū)的聲束。 當(dāng)一小囊腫的直徑小于聲束厚度，囊腫外組織的回聲會在成像時被壓縮進囊腫內(nèi)。 表現(xiàn)為：應(yīng)表現(xiàn)為暗區(qū)的小囊腫內(nèi)，有低回聲的細(xì)小光點。,余振效應(yīng),超聲探頭的匹配,超聲診斷基礎(chǔ),形態(tài)學(xué)診斷 生理學(xué)診斷 介入性超聲 譜分析 其它：例如組織

10、特征分析,形態(tài)學(xué)診斷,臟器外形及大小、柔軟度或可動度 病灶邊緣回聲 鄰近組織結(jié)構(gòu) 病灶結(jié)構(gòu)組織 衰減變化 遠(yuǎn)處臟器結(jié)構(gòu)的影響,病因?qū)W診斷,炎癥：急、慢性炎癥 積液：單純性積液、積液繼發(fā)感染 腫瘤：良、惡性腫瘤的鑒別 纖維化：主要表現(xiàn)為肝臟的彌漫性病變 結(jié)石或鈣化： 氣體：例如肝內(nèi)膽管積氣、胃腸道穿孔后的膈下積氣,良惡性腫瘤的鑒別,纖維腺瘤,浸潤性導(dǎo)管癌,介入性超聲,用于肝、腎、淋巴結(jié)、乳腺、前列腺等的超聲引導(dǎo)穿刺。 經(jīng)食管、直腸、陰道的腔內(nèi)超聲檢查。 現(xiàn)亦有經(jīng)尿道的微型超聲探頭，可通過輸尿管直達腎盂。,頻譜分析,灰階直方圖分析 Doppler頻譜分析,組織特征分析,術(shù)中、腹部、腦外科術(shù)中探頭,經(jīng)陰道、經(jīng)食管探頭,經(jīng)直腸探頭,穿刺探頭,超聲新技術(shù),最早期的灰階聲像圖,諧波,基波：振幅最大，頻率最低,諧波,產(chǎn)生原因：聲波在組織內(nèi)非線性傳播特