超声基础

超声诊断的基础和原理中国医科大学附属盛京医院超声科高树熹绪论医学影像诊断学超声显像核素成像放射学诊断普通X线诊断学X线电子计算机体层成像（X－CT）磁共振成像（MRI）超声医学的内容脏器的形态学诊断和器官的超声大体解剖功能检测介入性超声超声诊断的优点1.无放射性损伤2.实时动态显示3.取得的信息量丰富4.能发挥管腔造影功能，不需造影剂可显示管腔结构5.能取得各个方位的切面图像6.能准确判定各种心血管畸形的病变性质和部位7.功能检测：可检测心脏功能，胆囊收缩功能和胃排空功能8.可对病变进行动态随访观察9.可以快速获得结果超声诊断的基础和原理第一节诊断超声的物理特性1超声定义：超声为物体的机械振动波,属于纵波,其频率大于２００００赫兹。超声诊断频率：１－４０ＭＨＺ常用频率：２.２－１０ＭＨＺ2.声源、声束、声场、分辨力声源：能发生超声的物体是称为声源（即超声换能器），由压电物质构成超声波的发射：属于逆压电效应,把电能转成机械能。超声波的接收：属于压电效应,把机械能转成电能。声束：从声源发出的超声波，在一个较小的立体角内传播声场：近场：声束宽度均匀，声强不均匀远场：声束扩散，声强均声束聚焦：使声束变细，提高图像质量分辨力:基本分辨力、图像分辨力基本分辨力：单一声束线上所测出的分辨两个细小目标的能力轴向分辨力：指沿声束轴线方向的分辨力。通常用3-3.5MHZ探头时,轴向分辨在1mm左右。侧向分辨力：指在与声束轴线垂直的平面上,在探头长轴的分辨力。其分辨率好坏由晶片形状、发射频率、聚焦效果及距离换能器远近等因素决定。横向分辨力（又称厚度分辨力）：指在与声束轴线垂直的平面上,探头短轴方向的分辨力,它与探头的曲面聚焦及距换能器的距离有关。横向分辨率是探头在横向方向上声束的宽度。图像分辨力：构成整幅图像的目标分辨力细微分辨力：显示散射点的大小能力对比度分辨力：显示回声信号间微小差别的能力多普勒超声分辨力彩色多普勒分辨力3人体组织的声学参数：密度：（ρ）声速：（c）：固体物质含量高者含纤维组织高者含水量较高的软组织体液含气脏器中的气体。声特性阻抗（z）Z=ρc声像图各种回声显像主要由于声阻抗差别造成,当两种相邻介质的声特性阻抗差0.1%时,声波即发生反射和折射。界面：两种声阻抗不同的物质接触在一起,形成一个界面。分为小界面，大界面。人体组织对入射超声的作用：散射（scattering）小界面对入射超声产生散射现象。散射无方向性，返回至声源的回声能量低。意义：利用血中红细胞的散射，获得人体血流的多谱勒频移信号。反射（reflection）大界面对入射超声产生反射作用。Snell定律：入射和反射回声在同一平面上；入射声束与反射声束在法线的两侧；入射角与反射角相等。注意：平滑大界面如入射角过大，可使反射声束偏离声源，则回声失落而在声像图上不显示此一界面。（侧壁回声失落）折射（refraction）由于人体各种组织、脏器中的声速不同，声束在经过这些组织的大界面时，产生声束前进方向的改变，称为折射。全反射(totalreflection)如第二介质声速大于第一介质，当入射角大于临界角时，折射声束完全返回第一介质，称全反射。全反射时不能使声束进入第二介质，该区因失照射而出现折射声影,。绕射（diffraction）又名衍射。声波能绕过障碍物的边缘前进，此现象称绕射。衰减(attenuation)声束在介质中传播时，因小界面散射，大界面的反射，声束的扩散以及软组织对超声能量的吸收等，造成了超声的衰减。用深度增益补偿曲线（DGC曲线）调节。会聚(convergence)声束在经越圆形低声速区后，可致声束的会聚。发散（divergence）声束在经越圆形高声速区后，可致声束的发散。多谱勒效应（Dopplereffect）当接受者与声源发生相对运动时，接受者接受到的声波频率与声源的频率不同。声源接近接受体---------频率增加声源远离接受体---------频率降低V=C·fd/(2focosθ)（多普勒效应演示）fo第二节超声诊断仪的显示方式及意义1．脉冲回声式A型(amplitudemodulation)振幅调制:以探头接收到的反射超声脉冲信号的幅度为纵坐标，而以超声脉冲的传播时间为横坐标的一种显示方式超声诊断仪的显示方式主要有2类5型脉冲回声式：A、B、M差频回声式：D型、D型彩色描绘B型（brightnessmodulation）辉度调制型。将单条声束传播途径中遇到的各个界面所产生的一系列散射和反射回声，在示波屏时间轴上以光点的辉度表达M型（time-motionmode）单声束取样获得界面回声；Y轴为时间轴,代表界面深浅；X轴为外加的慢扫描时间基线。2．差频回声式①D型（Dopplermode）频谱多谱勒连续波式：采样声束经过途径中所有血流信号的总和，可检测高速血流频谱，但无距离分辨率。脉冲选通门式：通过选择性的时间延迟，对目标点进行定位，具有距离选通能力。②D型彩色描绘(Dopplercolorflowmapping,CFM,CDFI)朝向探头：红色，愈往黄色，流速愈高。背离探头：兰色，愈往绿色，流速愈高。Nyquist频率：多谱勒频移必须小于1/2PRF（pulserepetitionfrequency）,才能准确显示频移的大小和方向，1/2PRF称为Nyquist频率频谱多谱勒彩色多谱勒频谱分析内容（1）.频谱的方向：凡朝向探头流动的血流在基线上方显示频谱；凡背离探头流动的血流在基线下方显示频谱；（2）.频谱的时相：同步ECG显示，分析频谱是出现在收缩期，或舒张期，或全心动周期；（3）.频谱的速度：一般包括峰速度、最低速度和平均速度；（4）.频谱的形态：是单峰，双峰，三峰等。（5）.频谱的性质：层流的频谱中空，频带较窄；湍流的频谱充填，频带较宽；（6）.频谱的灰度：代表某一时间取样容积内相同速度红细胞的多少；（7）.频谱的音频：一般层流的音调柔和，乐音样；湍流的频谱粗糙，噪音样。其他显示方式3．彩色多谱勒能量图利用血流中红细胞的密度、散射强度或能量分布，亦即单位面积下红细胞通过的数量以及信号振幅大小进行成像。所显示的参数不是速度而是血流中与散射体相对应的能量信号。优点：显示的信号不受探测角度因素的影响；可以显示平均速度为零的灌注区；显示的信号动态范围广；能显示低流量、低流速的血流（敏感性较普通的CDFI高3-5倍）；不受Aliasing现象的影响。缺点：可造成闪烁伪像（如肝左叶受心脏搏动影响，膈顶受肺气影响）；不能显示血流方向。4．非线性血流成像（secondharmonicimaging）：利用超声造影剂（直径小于10um的微气泡，可以通过肺循环），使声散射信号增强，产生能量较大的二次谐波（频率为发射超声中心频率的2倍），显示微血管的低速血流。超声造影造影剂按所含气体的种类可分为：1.含空气微泡：为增加气泡的稳定性，人们给气泡加上一层保护膜。保护膜成分的种类很多，如白蛋白、磷脂、半乳糖等，代表有Albunex和Levovist(利声显)2.含惰性气体微泡：微泡的成份采用惰性气体，如氟烷类、六氟化硫等，稳定性更好。代表有Sonovue(声诺维)、Optison、Echogen等。超声造影的临床应用常规超声偶然发现的病灶慢性肝炎或肝硬化病史的患者存在可疑或已知病灶有恶性肿瘤病史的患者存在可疑或已知病灶引导穿刺活检评价肿瘤局部治疗疗效肝移植5．三维成像法三维数据的采集三维重建三维显示三维容积测量三维采集三维显示多平面显示壁龛显示表面显示透明显示最小回声模式最大回声模式X线模式混合模式VOCAL功能（虚拟组织计算机辅助分析）自动结构轮廓检测和后续的立体计算（如判断胸腹腔积液量、膀胱残余尿量、前列腺体积、胎儿某器官体积）围绕坏死器官轮廓的虚拟外形构建，能定义外形厚度血管化组织的自身计算（彩色体素数量与灰阶体素数量比较的三维彩色直方图）血管三维显示有利于观察脏器及肿瘤血管的立体结构能量模式：三维彩色能量图（沿观察方向最高强度的信号被显示）速度模式：三维超声彩色多普勒成像（表面最高强度的红蓝信号被显示）X线模式：计算表面红色和蓝色的平均值，使表面和平均信号的混合得以显示。第三节超声的常见效应与图象伪差1.混响效应：声束扫查体内平滑大界面时，部分能量返回探头表面之后，从探头的平滑面再次反射。多见于：膀胱前壁，胆囊底、大囊肿的前壁。鉴别：侧动探头减少伪像；加压探测，等距离多次反射间的距离变小，压力减少后，距离又加大。2振铃效应（ringingeffect）：又名声尾，声束在传播途径中，遇到甚薄的液体层，且液体下方有极强的声反射界面。常见于：胃肠道、肺部气体，胆固醇息肉、宫腔内节育器克服方法：降低近场信号回声强度；适当加压或改变声束投射方向；避免近场成像。问题：混响效应与振铃效应区别？原理、产生条件、常见部位3镜像效应（mirroreffect）：声束遇到深部的平滑镜面时，反射回声如测及离镜面较接近的靶标后按入射途径返回探头，表现为镜面深部与靶标距离相等，形态相似的声像图。常见于横膈附近。4侧壁失落效应：当入射角较大时，回声转向他侧不复回探头。常见于：囊肿，有包膜的肿瘤。5侧后折射声影：圆形病灶周围有纤维包膜（声速较软组织高）时，则在入射角大于临界角时产生全反射现象，而在圆形病灶的两侧侧后方出现直线形或三角形声影。注意：侧后折射声影不能推断病灶性质，只能从超声物理的角度提示病灶具有较高声速的外壁。常见于：胆囊底及胆囊颈。6后壁增强效应（posterialwallenhancementeffect）：在常规DGC（depthgaincomplement）系统下所发生的图象显示效应。当液性区声衰减特别小时，后壁因“过补偿”而回声增强。常见于：囊肿，脓肿，有些小肿瘤。后方回声增强7声影（acousticshadow）：常规DGC调节下，组织或病灶后方低弱或无回声区。常见于：高反射系数物体（如气体）高吸收系数物体（如骨骼、结石、瘢痕）8旁瓣效应（sidelobeeffect）：指第一旁瓣成像重叠效应。（第一旁瓣于主瓣轴间呈10-15度角，能量为主瓣的15%-21%间）常见于：子宫、胆囊、横膈9部分容积效应（partialvolumeeffect）：又称声束厚度伪差。病灶尺寸小于声束宽度，病灶回声与周围正常组织重叠。如：小肝囊肿。10.折射重影效应声束经过圆形或梭形低声速区时，产生折射现象。由于双侧的内向折射，则一个靶标可同时被两处声束所测到，因此显示两个同样的图像并列在一起，如同两个真实的结构，称为折射重影效应。上腹部剑突下横切时，腹主动脉、肠系膜上静脉可显示折射重影效应。第三章腹部超声检查方法学第一节病人准备肝胆系统：检查前晚清淡饮食，当日晨禁食水评价胆囊收缩功能及胆管有无梗阻时：脂餐实验胰腺或腹膜后病变：饮水充盈胃腔作透声窗妇科、膀胱、前列腺：充盈膀胱第二节探头的种类与功能探头频率高，分辨率好，但穿透力差。线阵：小器官（眼、甲状腺、乳腺等），皮下表浅组织，血管等凸阵：腹腔脏器（肝、胆、脾、胰、肾、膀胱前列腺等），妇产科扇型：心脏其它：穿刺探头：腔内控头：经直肠探头，经阴道探头，经尿道探头，经食道探头术中探头：超声检查常用探头第三节超声探测的方法1.探测方式直接探测法间接探测法：目标落入聚焦区；耦合；保护被探测组织2.探头移动的手法顺序连续平行断面法（编织式扫查）：立体扇型断面法：十字交叉法（纵横平面相交扫查法）如鉴别肝囊肿或血管对比加压扫查法：可鉴别真假肿块3.扫查的切面：矢状扫查（Sagitalscan）横向扫查（Transversescan）斜向扫查（Obliquescan)冠状面扫查（Coronaryscan）仰卧位横断面图像左侧——被检查者右侧图像右侧——被检查者左侧图像方位的标准：纵断面图像左侧——被检查者头侧图像右侧——被检查者足侧斜断面倾斜角度不大——以横断面为标准倾斜角度过大——以纵断面为标准冠状断