超声基础知识总结.doc

。超声基础知识总结物理基础基本概念人耳听觉范围：20-20000HZ 超纵声波频率20000HZ纵波（疏密波）：粒子运动平行于波传播轴； 诊断最常用超声频率：2-10MHZ基本物理量：频率（f）、波长（）、声速（c）；三者关系：cf 人体软组织的声速平均为1540m/s，与水的声速相近；骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。 超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；简称声场，又称声束。 声束的影响因素：探头的形状、大小；阵元数及其排列；工作频率（超声的波长）；有无聚焦及聚焦的方式；吸收衰减；反射、折射和散射等。 声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的反向总有偏差，容易产生伪像。 声场可分为近场和远场两部分 （1）近场声束集中，呈圆柱状； 直径探头直径（较粗）； （横断面声能分布不均匀） 长度超声频率和探头半径。 公式：L（2rf）c L为近场长度， r为振动源半径， f为频率， c为声速 （2）远场声束扩散，呈喇叭状；声束扩散角越小，指向性越好。（横断面声能分布较均匀） 声束两侧扩散的角度为扩散角（2）；半扩散角（）。 超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。 影像因素：增加超声频率；近场变断、扩散角变小； 增加探头孔径（直径）但横向分辨率下降。 采用聚焦技术方法：固定式声透镜聚焦； 电子相控阵聚焦； 声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和（或）侧向分辨力。 固定式声透镜聚焦将声透镜贴附在探头表面。 常用于线阵探头、凸阵探头； 可提高横向分辨力，但远场仍散焦。电子相控阵聚焦（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚焦或多点聚焦；可提高侧向分辨力； 常用于线阵探头、凸阵探头； （2）动态聚焦：在长轴方向上全程接收聚焦。 （3）利用环阵探头进行环阵相控聚焦； 可改善横向、侧向分辨力； （4）其他聚焦技术：如二维多阵元探头。超声物理特性： 一、束射特性（方向性）是诊断用超声首要的物理特性； （如反射、折射、聚焦、散焦） 大界面：指长度大于声束波长的界面；大界面的回声反射有显著的角度依赖性。 入射声束垂直于大界面时，回声反射强； 入射声束与大界面倾斜时，回声反射减弱甚至消失。 两种介质存在真声阻抗，是界面反射的必要条件。声强反射系数（R1）（Z2Z1）2（Z2Z1） Z1，Z2代表两种介质的声阻抗；声阻抗密度声速 界面回声反射的能量与界面形状密切相关：垂直于凹面聚焦；垂直于凸面散焦； 垂直于不规则面乱散射。 超声界面反射的特点：非常敏感。 人体许多器官如肝、脾、胆囊的包膜、腹壁各层肌肉筋膜以及皮肤层都是典型的大界面。 小界面：指小于声束波长的界面。其后散射（背向散射）回声无角度依赖性。 后散射：超声遇到肝、脾等实质性器官或软组织内的细胞、包括成堆的红细胞（称散射体），会发生微弱的散射波。散射波向四面八方分散能量，只有朝向探头的微弱散射信号后散射（背向散射），才会被检测到。 现代超声诊断仪正是利用大界面反射原理，能够清楚显示体表和内部的表面和轮廓；还利用无数小界面后散射的原理，清楚显示人体表层，以至于内部器官、组织复杂而细微的结构。 二、衰减特性衰减与超声传播距离和频率有关； 衰减的原因主要有吸收、散射、声束扩散。 软组织平均衰减系数：1dB/cmMHz；蛋白质成分是人体组织衰减的主要因素（占80%）。 衰减规律：骨软骨肌腱肝、肾血液尿液、胆汁； 超声的分辨力：显示器上能区分声束中两个细小目标的能力或最小距离。 影像因素：超声波得频率； 脉冲宽度；声束宽度（聚焦）；声场远近和能量分布；探头类型；仪器功能（二维图像中像素多少、灰阶的级数多少等）。 分类：空间分辨力（与声束特性有关） 轴向（纵向）分辨力：与超声频率（正）和超声宽度（负）有关；理论值：2 横向分辨力：与探头厚度方向上声束的宽度和曲面聚焦性能有关；常采用透镜聚焦 侧向分辨力：与探头长轴方向上声束的宽度有关； 常采用相控聚焦 细微分辨力宽频带和数字化声束处理； 对比分辨力与灰阶级数有关； 时间分辨力单位时间成像速度即帧频 超声的生物学效应声功率：单位时间内探头发出的功率。单位：W或mW； 声强：单位面积上声功率。单位：W/cm2或mW/cm2； ISPTA：空间峰值时间平均声强（mW/cm2） ISPPA：空间峰值脉冲平均声强（W/cm2） 分贝：两个声强的比值；超声系统可控制的最大能量与最小能量之比为动态范围。 生物学分类热效应：诊断用超声一般不会造成明显的温度升高；（mW/cm2级） 空化效应：可形成气体微泡；诊断用超声尚未得到证实； 对细胞畸变、染色体、组织器官的影响； 高强聚焦超声（HIFU）：热凝固和杀灭肿瘤细胞作用； （KW/cm2级） 强烈机械震荡用于碎石治疗； 在物理治疗学方面的作用（W级，一般0.5-3 W/cm2） 超声辐射剂量是超声强度与辐射时间的乘积。 热指数（TI）：1.0以下无致伤性，胎儿应调至0.4以下；眼球应0.2以下； 机械指数（MI）：指超声驰张期的负压峰值（MPa数）与探头中心频率（MHz）的平方的比值。1.0以下无致伤性，胎儿应调至0.3以下；眼球应0.1以下； 超声声学造影应采用低机械指数，可以防止微气泡破裂，提高造影效果。多普勒超声技术的基础及应用 多普勒效应的公式：fd2Vcosf0cVfd c2f0cos 在超声医学诊断中，V为红细胞运动速度；fd为多普勒效应产生的红细胞散射回声的频移；c探头发射的超声在人体组织中的传播速度；f0为探头发射的超声频率；为探头发射的超声的传播方向与红细胞运动方向间的夹角。 分类脉冲多普勒：选择性接收回声信号，所需检测位置的深度用延迟电路完成； 连续多普勒：无选择检测深度的功能，但可测很高速的血流； 高脉冲重复频率（HPRF）多普勒：增大检测血流的能力；可有多个取样容积。 多普勒超声所检测的不是一个红细胞，而是众多的红细胞，各个红细胞的运动速度及方向不可能完全相同，因此，出现多种不同颜色的频移信号，被接受后成为复杂的频谱分布（波形），对它用快速傅立叶转换技术（FFT）进行处理后，把复杂的频谱信号分解为若干个单频信号之和，以流速-时间曲线波形显示，以便于从中了解血流的方向、速度、时相、血流性质等问题。 脉冲多普勒技术的局限性： （1）最大频移即最大测量速度受脉冲重复频谱频率的限制（fdPRF/2） （2）PRF与检测深度（d）的关系：dc/2PRF，说明检测深度受PRF的影响； （3）检测深度（d）与速度（v）关系：vdc2/8f0cos，为常数，v、d相互制约； （4）当被检测目标的运动速度超过PRF/2时，出现混迭现象。 增大脉冲波多普勒技术检测速度、检测深度的方法： 降低发射频率； 移动零位基线； 减低检测深度； 增大超声入射角（），但cos在分母位置，值越小计算出速度值误差越大，所以此法不可取。 用HPRF的频谱多普勒：fdHPRF/2彩色多普勒原理：以脉冲多普勒技术为基础，用运动目标显示器（MTI），自相关函数计算（自相关处理技术），数字扫描转换、彩色编码等技术，达到对血流的彩色现象。 三基色红、蓝、绿三色；三基色混合时，可产生其他彩色，称为二次色； 红色加绿色产生黄色（二次色），就以红-黄表示正向高速血流。 种类速度型彩色多普勒：以红细胞运动速度为基础； 能量型彩色多普勒：以红细胞散射能量（功率）的总积分进行编码； 速度能量型彩色多普勒： 显示方式速度-方差显示：朝向探头黄色；背向探头青蓝色。 速度显示：朝向探头红色；背向探头蓝色；明暗表示快慢。 方差显示：高速血流显示时从单一彩色变为五彩镶嵌。 能量显示：适应于对低速血流的显示；明亮度表示多普勒振幅。 局限性（1）受入射角的影响； （2）超过尼奎斯特频率极限（PRF/2）时，彩色信号发生混迭； （3）检测深度与成像帧频及可检测流速间的互相制约； （4）对二位图像质量的影响； （5）湍流显示的判断误差。彩色多普勒技术的调节方法： 1、彩色标尺（PRF）的选择：中、低速血流速度显示方式； 高速血流速度-方差及方差显示方式； 2、发射超声频率：检测较浅表的器官、组织及经腔道检测高频超声； 对高速血流的检测低频超声； 对低速血流的检测，达到被检测深度的情况下高频超声； 3、滤波器调节：低速血流低通滤波；高速血流高通滤波； 4、速度标尺：腹部及外周血管低速标尺；心血管系统高速标尺； 5、增益调节：检测开始时，用较高的增益调节，使血流易于显示；然后再降低增益使血流现象最清楚而又无噪音信号。 6、取样框调节：取样框应包括需检测区的血流，但不宜太大，使帧频及显像灵敏度下降； 7、零位基线的调节：零位基线下移，可增大检测的速度范围； 8、余辉调节：persistence调节钮可使帧频图像重叠，增大信/噪比，使低速度、低流量的血流更易于显示清楚； 9、扫查范围与方向的调节：较小的扫查范围（角度）可增加帧频，彩色显像更清楚。与血流方向相同的扫查方法，可使彩色显像更敏感，更清晰。 10、消除彩色信号的闪烁：可选用高速度标尺、高通滤波抗干扰，最佳方法是令病人屏住呼吸频谱多普勒 血流流动学基础知识一般规律：当雷诺数（Re）2000时成为湍流 能量守恒定律：P4V2max；估算跨瓣压、心腔及肺动脉压； 质量守恒定律：AV恒定（连续方程），计算瓣膜口面积； 频谱多普勒技术的调节方法： 1、多普勒种类的选择：中、低速血流脉冲多普勒； 高速血流连续多普勒 2、滤波条件：检测低速血流，用低通滤波；对高速血流，用高通滤波； 3、速度标尺：选择与被检测血流相匹配的速度标尺； 4、取样容积：对血管检测，取样容积应小于血管内径； 5、零位基线：可增大频移测量范围； 6、频谱信号上下翻转：便于测量及自动包络频谱波形； 7、超声入射角：心血管系统检查20；外周血管检测60 频谱宽度（频带宽度）：表示在某一瞬间取样容积中红细胞运动速度分别范围的大小。 层流窄频谱； 湍流宽频谱； 取样容积小窄频谱； 取样积大宽频谱； 大动脉窄频谱； 外周小动脉宽频谱；超声诊断仪超声探头核心部分：压电材料，如天然石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅、压电有机聚合物； 吸声材料（压电晶片背面）：产生短促的超声脉冲信号，提高纵向分辨率； 匹配层（声能压电晶片前面）：保护压电材料；使压电材料与人体皮肤之间的声阻抗相近；减少声能损失，提高探头灵敏度； 种类电子扫描探头：线阵探头:采用电子开关控制；阵子呈直线排列； 凸阵探头：采用电子开关控制；阵子呈弧形排列； 相控阵探头：扫描角度80-90，最大深度20cm；用于心脏检查 机械扫描探头：扇形扫描探头；单晶片；电机驱动； 环阵（相控）探头；电子相控聚焦；电机驱动； 其他 旋转式扫描探头等 频率单频探头：中心频率固定的探头（频带较窄）； 变频探头：可根据临床需要选择2-3种发射频率； 宽频探头：采用宽频带复合电材料（发射频率范围：2-5MHz、5-10MHz、6-12MHz）；接收时分三种情况： 选频接收：选择某一特定的1-3个中心频率； 动态接收：随深度变化选取不同的频率； 宽频接收：接收宽频带内所有频率回声； 高频探头：频率高达40-100MHz，如皮肤超声成像、超声生物显微镜等。 阵子数是超声探头质量的重要标志。 1个阵元由4-6个阵子分组构成； 阵子数愈多，理论上成像质量愈好。 采用高密度探头，可提高声束扫描线的密度，图像分辨率显著提高。超声成像原理 声束扫描利用探头发射的聚焦束进行的断层扫描。 聚焦超声的特点：声束形态特殊，聚焦区较细，远、近区即两端均较粗，呈喇叭形； 超声波长取决于所用探头频率，故其分辨率、穿透力随之改变。 声像图将探头在体表（横向或纵向）移动，示屏上的超声扫描线（系列回声信号）作相应的移动，如此构成一幅（横向或纵向）超声声像图，也称声像图（B型超声）或二维超声。 帧频（f）每秒所成声像图的帧数；帧频数目不应低于16f/s； 理想帧频:20cm深宜达到20-30f/s；浅表成像宜超过30f/s； 制约因素：脉冲重复频率（PRF）； 所需观察声像图的深度； 多点聚焦的数目等。 增加彩色多普勒血流显示，帧频可能下降；彩色取样框愈大，帧频更低。 超声诊断装置基本组成：发射与接收单元（包括探头），即超声扫描器； 数字扫描转换器（DSC）； 超声图像显示装置； 超声图像记录装置；超声电源。 超声诊断仪器的类型：静态超声诊断仪（已被淘汰）； 实时灰阶超声诊断仪； 双功超声诊断仪：实时灰阶超声诊断仪兼有血流多普勒显示 彩色多普勒超声诊断仪（三功超声诊断仪）：可以彩色编码；超声新技术和新方法 三维超声成像种类：静态三维超声成像； 动态三维超声成像； 显示方式：表面成像；（高档彩色三维模式中还包括三维血流显像） 透明成像； 结构成像。 超声造影基本原理：超声造影的散射回声源（微气泡）； 散射回声信号强度与微气泡、发射功率大小成正比； 与检测的深度成反比； 造影剂在血液中持续时间与微气泡密度、最大截面成正比； 与微气泡弥散度、饱和度成反比； 途径：右心造影直径大于红细胞（大于8um）；左心造影直径小于红细胞（小于8um）； 心肌造影与左心造影相同，但需使用彩色能量多普勒谐波成像、反向脉冲谐波成像以增强造影剂显示； 如造影剂直径小于1-2um，用二次谐波成像、间歇式超声成像技术即可； 全身血管及外周血管超声造影：采用的造影剂参考上述。 成分：以人血白蛋白、脂类、糖类及有机聚合物作包裹； 以空气、氧、二氧化碳、氟烷类、氟碳类、六氟化硫等为微气泡。 注入人体的方法：弹丸式注射；一次性注入； 连续性注射；与静脉输液法相似； 增强超声造影效果的技术： 1、二次谐波成像：超声的传播及散射存在非线性关系，可出现两倍于发射波（基频）的反射频率，即二次谐波；其强度比基波低，但频率高。信/噪比高，分辨力高。 2、间歇式超声成像：用心电触发或其他方法使探头间歇发射超声，使造影剂避免连续性破坏而大量积累于检测区，再次触发能瞬间产生强烈的回收信号。 3、能量多普勒谐波成像：对低速低血流量能成像； 4、反向脉冲谐波成像：在甚短的时间间隔内相继发射两组相位相反的超声（基波），在反射回声时基波因相位相反而被抵消；而谐波相相加因而信号更增强。 5、实时超声造影成像：其方法是交替发射高功率和低功率超声，能实时显示微气泡在血管内的充盈情况。 自然组织二次谐波成像：原理与造影剂谐波成像不同。超声在人体组织中传播时，在压缩期声速增加，而驰张期声速减低。此即产生声速的非线性效应而可提取其二次谐波。自然组织二次谐波成像具有分辨力高，噪声信号小，信/噪比高等特点。 多普勒组织成像：改变滤波条件为低通，速度低、能量高的组织被显像，而血流不显像。 显示方式速度型：用于显示心肌活动速度、方向； 能量型：以单一彩色显示室壁的运动，但不能表示方向和速度。 速度型的显示方式二维成像：以彩色编码显示和测量心肌运动速度的分布情况（心内膜心肌心外膜） M型：以彩色编码表示心肌在一定的运动速度与时相变化，可表示室壁运动方向及运动速度； 脉冲多普勒：用于检测室壁及瓣环的运动速度、方向。 用途：室壁运动异常的检测诊断； 收缩功能及舒张功能减低； 心脏传导系统的电生理研究； 心肌超声造影，能量型多普勒成像，可增强心肌造影的回声强度。超声临床诊断基础超声回声的一般规律 1、有些均质的固体如透明软骨、小儿肾椎体，可以出现无回声或接近无回声； 典型的淋巴瘤呈圆形或椭圆形，接近于无回声，有时酷似囊肿； 2、非均质性液体及软骨等均质性组织如果纤维化、钙化，则由无回声变成有回声； 3、人体不同组织回声强度顺序：肺、骨骼肾中央区（肾窦）胰腺、胎盘肝、脾实质肾皮质肾髓质（肾锥）血液胆汁和尿液； 4、脂肪组织的特殊性：由于其中胶原纤维含量和血管成分的多少的不同，回声不同。 皮下脂肪组织典型的低回声回声； 肾中央区呈高水平回声或强回声； 腹腔动脉和肠系膜上动脉周围脂肪组织高回声； 大网膜中的脂肪组织（含血管、纤维成分）高回声；不同组织声衰减程度的一般规律 组织内含水分愈多，声衰减愈低； 液体中含蛋白成分愈多，声衰减愈高； 组织中含胶原蛋白和钙质愈多，声衰减愈高；超声伪像（伪差）超声显示中的断层图像与其相应解剖断面图像之间存在的差异。 产生原因反射、折射：混响、多次内部混响、镜面反射、回声失落、折射声影、棱镜现象； 衰减：衰减声影、后方回声增强； 断层厚度（扫描厚度）伪像：部分容积效应伪像； 旁瓣效应； 声速伪像：实际组织声速与仪器设定的平均速度（1540m/s）差别所造成伪像和测量误差； 仪器设备：仪器和探头的质量； 操作者技术因素：增益、DCG、聚焦调节不当、测量不规范； 分类混响：产生的条件超声垂直照射到平整的界面； 识别混响的方法：适当侧动探头，使超声勿垂直于胸壁或腹壁； 加压探测，可见多次反射的间距缩小； 内部混响：超声在器官组织的异物内来回反射直至衰减，产生特征性的彗星尾征，此现象称内部混响；振铃效应：超声束在若干微气泡包裹的极少量液体中强烈地来回反射，产生很长的条状图像干扰。振铃效应在胃肠道内（含微气泡和粘液）相当多见。 切片（断层）厚度伪像：超声束形状特殊而且波束较宽，即超声断层扫描时断层较厚引起。 旁瓣伪像：由主声束以外的旁瓣反射造成。如在结石、肠气等强回声两侧出现“披纱征”或“狗耳征”