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超声基础,2012年1月,超声基础知识,人类可听声波: 30 Hz-20 kHz 超声波：声源振动的频率20,000Hz的机械波 临床常用的超声频率在2-15MHz（1MHz1000kHz) 超声是一种机械波 超声诊断原理： 是利用超声波在人体内传播的规律（包括声的反射、透射、散射、漫反射、衰减、绕射等）来了解人体内部情况。在现代医学影像学中，与CT、X线、核医学、磁共振并驾齐驱，互为补充。对人体无损伤、无痛苦、无危害著称，尤其对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察有独到之处。,超声分类 A超：根据回声波幅的高低、多少形状及有无 进行诊断（组织在一束超声束上的图象）。 B超：在A超基础上，通过对切面声像图的分析 而作出（组织在一个超声切面上的图象）。 M超：是运动或运动-时间的曲线显示，可用于心 脏检查（心血管系统在一束超声束上的图象）。 D超：即多普勒超声，它是应用多普勒效应原理检测心 脏、血管内血液流动时所反射回来的各种多普勒 频移信息，以频谱或彩色的形式显示。,仪器种类,黑白超： 只有二维图像。通常标配腹部探头、浅表探头。 高档黑白超： 既有优质的二维图像又具备多普勒，可配多个探头。 彩超： 同时具备二维、彩色、脉冲及连续多普勒。标配全身（心、腹、浅表）三探头。,超声系统构成,监 视 器,辅助装置,主 机,探 头群,常用超声波探头,相控阵,三维,腔内,线阵,凸阵,探头群,晶片-阵元,探头的基本单元称为阵元（晶片）。 阵元能直接激励而发射超声信号，也能接收回波而输出电信号。 振子是由压电材料经高温烧结、电极化处理、打磨、加上电极等一系列加工后形成的压电元件。 为了提高各个阵元的性能，常把一个阵元再切割为几个微元。,压电材料(1),应用:逆压电效应 加电振动超声波 发射,晶 片,晶 片,压电材料(2),应用：正压电效应 机械振动电信号 接收,晶 片,晶 片,超声探头PROBE,超声探头是超声诊断仪中最主要的部件之一。 其功能是将电子线路产生的电激励信号转换成超声脉冲信号射入人体；并将人体组织产生的超声回波信号转换成接收的电信号。 工作方式：分为机械探头和电子探头。 扫描方式：电子探头又分为线阵探头、凸阵探头、相控阵探头。,电子探头扫描方式,扇形扫描：2.5-3.5MHZ 用于心脏、颅脑检查。 凸阵扫描：3.5-5.0MHZ 用于腹部、盆腔脏器,可实行扇形扫查。 线阵扫描：7.5-10MHZ 用于浅表器官及外周血管,为矩形扫查。,凸阵探头,凸阵探头中各个换能器小阵元排列成一条弧线. 扇面成像,因此探测视野比较大. 适合检查腹部脏器.,线阵探头,在线阵探头中，换能器晶片被分割成许多小的阵元（如128或192），之间相互隔离，并排成一条直线。扫查图形是矩形. 近场分辨率好； 探测的视野比较小； 适合检查浅表器官。,相控阵探头,相控阵探头是电子探头，通常在1-2cm的长度上分布128阵元。通过控制相控阵探头每个阵元在发射和接收时的延迟时间（即改变相位），就可以实现声束偏转、电子聚焦等功能，从而进行扇扫。 由于相控阵探头孔径小，常用于心血管系统的检测。,探头种类,腔内探头：用于经阴道或经直肠、经食道检查。,探头种类,特殊探头：术中探头、腹腔镜探头、穿刺头。,二维图像诊断基础 1、皮肤 呈线状强回声 2、脂肪 回声强弱不同，层状分布的脂肪呈低回声。 3、纤维组织 与其他成分交错分布，反射回声强，排列均 匀的纤维瘤回声则较弱。一般纤维组织的衰减程 度较明显。,4、肌肉组织 回声较脂肪组织强，且较粗糙。 5、血管 形成无回声的管状结构，动脉常显示明显的搏动，有时能看到红细胞散射点状回声。 6、骨组织、钙化或结石 形成很强的回声，其后方留有声影。,超声技术基本概念,帧频 阵元 通道 频率 分辨率 A型 B型 M型 灰阶 动态范围,伪彩 电子探头的动态聚焦 数字声束形成器 彩色血流图 多普勒频谱图 彩色能量图 方向能量图 组织多普勒成像 线性和非线性声学 造影剂 造影谐波成像 组织谐波成像TEI 三维成像,频率Frequency: 单位时间内声源振动的次数 ，单位赫兹HZ 经颅: 2.0MHz 心脏: 2.5- 5.0MHz 腹部: 3.5- 5.0MHz(7.0MHz) 腔内: 5.0- 7.5MHz 血管、小器官: 7.5- 15MHz(20MHz) 频率越高，分辨力越好，穿透力弱。 频率越低，分辨力越差，穿透力强。,频率低,频率高,深,浅,频率和分辨率,深度与频率成反比,分辨率与频率成正比,显像帧频、成像帧频,显像帧频取决于显示器,PAL制式为50HZ; 成像帧频FR（FRAME RATE)取决于成像设备的性能,而探测深度、扇扫角度、焦点个数将对成像帧频起决定性影响. 最大帧频： 探测深度最小、焦点个数最少、扇扫角度最小的前提下可得到该仪器的最大帧频.但是在临床应用中几乎不会用到这种条件.,超声技术应用比例,通道（Channel）,发射通道: 64, 128, 256, 512 单、双、四路接收 接收通道: 64, 128, 256, 512, 1024,分辨率Resolution,空间分辨率：反映图像细节的清晰度，分辨细微结构和血流，并显示正确解剖位置。 纵向-沿声束在深度上可以区分的两点间的最小距离。 横向-垂直于声束在同深度上可以区分的两点间的最小距离。 纵向分辨率一般大于横向分辨率！ 时间分辨率：正确显示实时血流的能力，与帧频(帧/秒)有关。,帧数,分 辨 率,变频,宽频、变频： 可选择多种不同中心频率的探头技术，使用同一探头可探测不同深度。 独立三变频技术 二维、彩色、多谱勒可同时分别变频（二维四个频率，彩色、多谱勒二个以上频率）,QFI-多种选频技术,一种探头有多种频率,Selectable Imaging Frequency,探头频率范围,彩色频率F,彩色频率越高,对低速血流检查越敏感; 彩色频率越低,对高速血流检查越敏感;,如:做颈动脉检查二维选用较高频（10MHz），得到好的分辨力，但为得到深部血管好的血流显示和空间分辨率；需将彩色频率调低。,A型（Amplitude）,幅度显示. 显示探头接收到的反射或透射超声信号的幅度随时间变化的过程. A型显示的是一条幅度随时间变化的曲线,而不是图像. 以波的形式反映回声情况. 特点:一维波形图,不直观. 用途:鉴别液、实性包块,测距.（眼科）,幅度,时间,灰阶和彩阶,灰阶:图像中像素的亮度等级-即黑白分级的多少。灰阶数越多，图像对比分辨率越好（与图像黑白层次有关）：2,4,8 128, 256。 灰阶:声像图技术通过对数压缩方法,使人体不同组织和体液的界面反射回声强度通过显示屏,以肉眼能够分辨的明暗灰阶层次加以显示。 彩阶:对二维灰阶图像进行彩色编码处理,用于彩色增强,可以提高图像的分辨率,丰富影像层次,增加实感,提高B型超声对病理组织变化的可视度。 回声的种类： 高回声：结石（声影？） 中等回声：实质脏器（肝脏） 低回声：脂肪等 无回声：膀胱、胆囊,M 型(Motion),显示运动信息 显示特定的声束方向上各回波点随时间变化（运动）的情况。 显示图中横坐标是时间，纵坐标是探测深度 M型显示常被用于观察心脏等运动的脏器,深度,时间,取样线,动态范围（Dynamic Range）,二维图像的动态范围: DB=Lg(A/A0), A 为仪器最终输出信号的强度；A0为由探头检测得到的信号强度。 动态范围DB值的大小反映了： 仪器对所有回波信号的放大能力； 仪器对谐波信号的数字放大能力； 二维图像内信息量的多少. 动态范围（放大图像信号的能力）：90，100，120， 150，175，180.,伪彩,伪彩可以提高图像的分辨力。 所以 “彩超” 主要对血流，“伪彩”主要对黑白图像。,通 道（Channel）,对接收通道而言，所谓的物理通道是指具有接收隔离、前置放大、TGC控制等信号处理功能的独立的电路硬件-实际通道=发射通道） 在数字化多声束形成器中，每一个物理通道（通过软件控制被）分为多个虚拟通道=接收通道（或称逻辑通道，形成不同的声束。,数字声束形成器,具有数字式声束形成器的超声成像系统称为全数字化的超声成像系统. 优点： 1、实现连续动态聚焦和动态孔径,可获得超高分率； 2、可实现动态变迹,消除旁瓣引起的伪像； 3、回波信号中幅度信息(形成二维图像),相位信息(获得多谱勒频移）.提取可由软件实现,而不必使用不同的通道,大大提高图像的分辨率.,多谱勒效应（DOPPLER）,人站在站台不动,火车鸣着喇叭进站,人耳听到的喇叭声音频率越来越高(“更刺耳”)-相对运动带来的频率变化. 超声波在人体中传播时,由体内运动物体产生的反射或散射信号的频率与发射频率之间将出现偏差,即“多谱勒效应”，产生的频差称为多谱勒频偏。 检测多谱勒信息就能得到运动物体的运动方向及速度大小的信息。,多普勒成像分类,频谱多普勒： 脉冲波多普勒 (PW) 连续波多普勒 (CW) 彩色多普勒： 彩色多普勒血流图（CDFI） 彩色能量图（POWER FLOW）,脉冲多普勒（PW),脉冲波多普勒:采用单组阵元发射脉冲波,并于脉冲间期接收回波。 优点:可准确定位。 缺点:受PRF限制,有折反现象（混叠现象）;不能测高速血流。,连续多普勒（CW),连续波多普勒：探头连续发射和接收超声波，沿超声束不同深度出现的多普勒频移均被接收、分析、和显示出来. 缺点：不能提供距离信息.,PW与CW的区别,彩色血流图（CFM）,利用多普勒原理采集血流中的红细胞速度变化；在二维中用彩色图像实时显示血流的方向与速度。通常用不同的颜色指示不同的血流方向： 血流方向朝向探头，显示红色； 血流方向背向探头，显示蓝色； 流速的大小,用颜色的亮暗表示; 出现血流紊乱时，以红蓝混合色表示。 融合黑白二维B型结构和彩色血流图的超声诊断仪称为“彩超”. 彩色血流图仪也是依据多谱勒原理设计的,因此也称为彩色多谱勒。,多谱勒频谱图,对多谱勒回波信号进行频谱分析可以得到回波中各种不同频率成分的信号。这一分析结果通常以频谱图的格式显示，这就是所谓的多谱勒频谱图。 横坐标-时间轴，纵坐标-频率轴（与流速相对应） 图中信号的强弱与血流速度相关。 连续多普勒(CW):仅用于测量心脏高速血流-心脏探头。 脉冲多谱勒(PW):常用于精确测定低速血流-所有探头。,速度,时间,方向,频谱,能量图（CDE）,彩色血流图中指示的是血流速度的大小与方向。 彩色多谱勒能量图则反映血流对入射的超声波产生的背向散射的能量,一般不区分血流的方向。目前也有厂家具有方向能量图。 能量图采集的信号是血流中红细胞密度。,彩色血流图和能量血流图,Color Flow Mode 彩色血流模式,Power Flow mode 能量血流模式,彩色多谱勒能量图,特点： 1. 强度与红细胞的数量有关,显示低流量、低流速血流； 2. 不能显示速度大小; 3. 较敏感地显示小血管中血流的存在. 应用： 1.肾脏血流的研究（肾皮质血流）； 2.阴囊病变的血流改变； 3.卵巢细小血管、胎盘内的细小血管； 4.小器官、肿瘤、软组织和肌肉疾病的血流； 5.评价二维造影及三维重建.,方向能量图,彩色多谱勒方向能量图VELO-POWER： 1.既保持了普通能量图的敏感性，又能显示血流的方向信息； 2.对于低速血流更敏感，可以更理想地显示血流的空间分布。在动静脉系统紧密伴行的部位，不会将动、静脉系统相混淆，达到测量更为精确，多普勒频谱取样更为直观方便，更为适应诸如肾脏移植等器官移植、肾脏等实质性器官急、慢性病变血供状态的观察。在临床具有广泛的应用前景。,组织多谱勒成像(TDI),利用多谱勒原理可以获得体内运动物体的信息，可借助多谱勒原理来探测心肌的运动，通过改变多谱勒滤波系统，除去心腔内血流产生的高频低幅度信号，提取低频高幅度的心肌室壁多谱勒信号，并在二维图像中用不同的颜色标明心肌运动的方向与速度大小，这就是组织多谱勒成像。 TDI分为速度图、加速度图和能量图等显示方式。 用以评价心功能（收缩、舒张）、缺血性心脏病、高血压病、心肌病心脏电生理研究。,PW with TDI,B-TDI,POWER-TDI,PW-TDI,组织多普勒TDI显示方法,以下内容对销售不作要求,线性和非线性声学,线性声学：人体组织是一种线性的传声媒质，也即发射频率为f。的声波时，从人体内部脏器反射或散射并被探头接收的回声信号也是f。附近的一个窄带信号。 由于声在人体组织传播过程中产生的非线性以及组织界面入射/反射关系的非线性，发射的声波频率为f0时，回波（由于反射和散射）频率中除有f0 (称基波）外，还有2 f。 ，3 f。，.等成分（称为谐波），其中以二次谐波（2 f。 ）的能量最大。,Y=KX,Y=KX2,谐波成像,谐波是指频率为基波频率（发射的中心频率）倍数的那些频率成分。超声波在人体组织中传播时会累积起谐波成分，专门提取回波中的谐波成分重建图像就是所谓的谐波 （Harmonic Image). 二次谐波的幅度接近基波，通过减法或脉冲反相法，获得组织或血管内血流的二次谐波显像。谐波成像可以是针对一般组织的成像，也可以是针对血流的成像。 为了增强谐波成像,可以使用超声造影剂-造影谐波CHE. 不使用造影剂的组织谐波也称为自然组织谐波-TEI.,当超声回声被接收时, 数字化滤波去掉基波频率 F0, 并只让 二次谐波2F0 信号通过.,组织谐波(TEI) 原理,自然组织谐波与普通灰阶图像,发射较低频率、增加穿透力，接收两倍频率，增 强较深内部心肌组织的回声，改善图像质量，提高 信噪比,使组织清晰显像。,TEI Tissue Enhanced Imaging,声窗差 体壁厚 手术后,困难扫描的病人,肥胖 老年人 皮下脂肪过厚,左室长轴基波 发射/接收 3.8M,左室长轴纯净谐波 发射：1.9M 接收：3.8M,基波和谐波对比,消除基波形成的伪像,造影谐波,造影谐波： 利用造影剂得到更强的谐波信号，观察组织内造影剂灌注情况，提高组织分辨率便于诊断的技术。 C: Contrast H: Harmonic E: Echo 有助于对5mm以下的微小肿瘤的早期诊断;鉴别乳腺肿块良恶性。采用全程动态扫描，成像效果可与螺旋CT相比。,UCA超声造影剂,使用超声造影剂UCA（Ultrasound Contrast Agent） 可人为地扩大非线性信号。 将UCA注入人体待查部位，会产生大量微气泡，由于入射/散射之间强度关系的非线性参数约比人体组织大10-100倍，这意味UCA产生的谐波比周围组织大几十-100倍.,UCA超声造影剂,造影剂的散射面积比同样大小的固体粒子大109倍，可使背向散射的信号大大增强，可以突出感兴趣区域的图像，改善图像的信噪比，提高显像效果血液中有造影剂，可显示小血管中极低速的血流. 正常组织与病变组织对造影剂反差存在差异，可提高肿瘤检出率. 应用：心血管、胃肠、胆囊、输尿管和宫腔等方面，从创伤 性向非创伤性飞跃.由于造影成本太高，患者消费不起，医院不敢开展，目前只有少数大医院和科研机构在开展。,三维成像,三维成像是显示人体组织的立体结构或流速信息。通常情况下，三维立体图像是在一系列二维图像的基础上重建出来的。 如果采用精密的定位装置，就可以得到精确的立体结构。 也有的超声诊断仪不使用任何定位装置。 由于彩超处理能力远低于CT、MR，其三维效果和临床价值远不如CT、MR，因此三维超声并没有得到充分认可，只是作为医院的宣传点和部分三维推崇者的尝试。 超声在医学影像中的最大优势是实时显示解剖信息和部分功能信息。,3D COMPETITOR,选购彩超标准,一台高档次的彩超应具备：灵敏度高、宽频带、多振元、声场特性好的探头；全数字化声束处理技术（数字波束聚焦、波束形成及偏转、动态旁瓣压缩、动态口径）；能适配多种用途的探头（经食道多平面探头、直肠探头、阴道探头、术中探头）；可用于全身各脏器检查；先进的图像处理功能及图像记录、管理功能及DICOM3.0标准接口。,彩超质量评价标准,一、空间分辨力 空间分辨力系指对血管特定点瞬时速度的检测，与采样容积有关。采样容积越小，越能反映特定点细微血流的瞬时真实血流速度。 二、速度分辨力 速度分辨力系指对血流速度快速变化的对比分辨能力。在检测高速血流时还有低速血流信号，或在高速血流后立即出现低速血流，均可适应其变化得清到晰显像。这与壁滤器的自适应能力有关。 三、动态分辨力（时间分辨率） 动态分辨力系指彩色成像的速率帧速率。当彩色显示角度变大，深度增加时，帧频会降低，时间分辨能力变差，便无法观察细小的异常血流。要处理好角度、深度与帧速率的关系。,彩超质量评价标准,四、敏感度 敏感度系指对低速血流检测的能力及瞬时高速血流准确捕捉的能力。现已可检测到直径为0.2mm血管内的血流信号，可测到0.5mm/s的低速血流，并有良好的信噪比。 五、图像均匀性 1.均匀性是指全程声扬均匀一致，它与有效声束直径、发射脉冲能量的脉宽有关。在全图像区域图像的细微分辨都均匀一致（近场、中场、远场）以及图像中部及两侧边缘在彩色显示方式有穿透力高质量的二维灰阶图像。 2.穿透力是指彩色血流显像可达到的最大深度。,彩色血流图像的质量评价,从超声工程技术及临床应用实际效果两个方面结合起来评定。其图像质量取决于：空间分辨力细微分辨；速度分辨力对比分辫；动态分辨力速度分辨；灵敏度对低速血流检测；图像均匀性及穿透力；彩色显示效果等方面。,各品牌部分产品,SA-600-2,SA-8000live,SA-9900,MEDISON,SA-600,SA-600P,SA-5500,SA-3200,MEDISON,A