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全国大型医疗设备使用人员彩色多普勒技术考试辅导材料(第一章第四章)中国医学科学院基础医学研究所袁光华中国医学科学院阜外医院程克正,第一章物理基础第一节超声显像物理基础一、超声波基本物理量：1、超声波是声源振动的频率大于20000Hz的机械波2、超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（），声速（c），它们的关系是：c=f或=c/f，传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同。在人体软组织中声速为1540m/s。探测1cm深度目标所需的时间约13.4s.3、相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同，人体软组织中超声波速度总体差异约为5%。利用超声方法进行测距的误差也是5%左右。4、临床常用的超声频率在2MHz10MHz之间。,二、超声波的物理性能1、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面，会产生反射和折射，反射的能量由Z2-Z12反射系数RI=决定。Z2+Z1Z1、Z2为两种介质的特性声阻抗，Z=pc（密度声速）当Z1=Z2，为均匀介质，则RI=0，无反射。当Z1血液若进一步细分：骨（或钙化）肌腱（或软骨）肝（或肾）脂肪血液尿液（或胆汁）。组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大，液体内含蛋白成分的声衰减大。,9、超声波在介质中传播时，如遇声阻不同的障碍物（目标点）则声束方向和声强将发生改变，其改变程度与障碍物之大小及声阻抗有关。当障碍物的直径大于1/2，在该障碍物表面产生回声反射。10、当障碍物的直径等于或小于1/2，超声波将饶过该障碍物而继续前进，反射很少，这种现象称为衍射，故超声波波长越短，能发现障碍物越小。这种发现最小障碍物的能力称为显现力。从单纯理论上计算，能测到物体的最小直径，称做最大理论分辨力，在数值上为1/2，但实际显示的分辨力要低于理论分辨力58倍。,11、超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物（或一组小障碍物形式）时，这时将有一部分能量被散射，散射声波可进行组合，等频同相波迭加后能量（幅度）加强，等频反相迭加后能量减弱。红细胞的直径比超声波要小得多，红细胞是一种散射体，其反（后）向散射信息是研究、分析红细胞运动规律的极有用的信息，声束内红细胞数量越多，后向散射强度就越大。,三、超声多普勒效应1、当声源与反射界面（或散射体）作相对运动时，由于超声波在一定介质中传播的速度是恒定的，故可看作超声的波长被压缩或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动（改变），它仍需满足C=f的关系，这种现象称之为多普勒效应。2VcosQ其多普勒公式为：fd=fR-f0=fOCfd为多普勒频移，fO为入射频率，fR为反射频率，V为反射物体运动速度，C为声速，Q为运动方向与入射波间的夹角。2、当fO=3MHzfR=3.005MHz则fd=fR-fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所以多普勒频移属于声波范畴。,四、超声波分辨力，穿透力1、分辨力指能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小间距的能力，一般可分为轴（纵）向和侧（横）向两种。2、轴向分辨力系指声束方向，能被分辩前后两点间的最小间距，它与超声波的频率有关，频率越高，波长越短，则轴向分辨越好。3、侧向分辨力系指与声束相垂直的面上，能被分辨两点的最小间距，它与超声束的宽窄有关。声束越窄（细），其侧向分辨越好。4、穿透力是指超声在介质中传播能到达最大深度的能力，它与声衰减系数有关，并与频率成正比，用dB/cm/MHz表示，所以频率高的超声波在人体中衰减也越大。,一、超声显像的一般规律1、回声来源：来自大界面的反射和散射体的散射。2、界面反射与声束角度：界面与声束角度对图像影响较大，球形病灶常仅有前后壁回声，侧壁声常常消失形成侧声影。3、衰减对成像的影响：物体衰减特征主要表现在后方的回声。4、囊性物体的声像图特征：内部为无回声区；前壁和后壁回声增强；侧壁回声消失；后方有回声增强和侧声影。5、多重反射：超声遇强反射界面，在界面后出现一系列的间隔均匀的依次减弱的影像，称为多重反射，这是声束在探头与界面之间往返多次而形成。,第二节超声诊断图像基础,二、不同器官组织成分的显像特点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。肿瘤组织中脂肪与其它组织成分混杂分布时，常呈现强回声反射。3、纤维组织：纤维组织与其它成分交错分布，其反射回声强，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。7、实质脏器：形成均匀的低回声。以肝脏为标准：脾脏回声较肝脏低而均细肾脏实质较肝脏实质回声也低胰腺回声较肝脏高而且粗糙8、空腔脏器：其形状，大小和回声特征因脏器的功能状态改变而有不同充满液体时可表现为无回声区充满含有气体的肠内容物可形成杂乱的强回声反射气体反射常曳有多重反射的斑纹状强回声，称为彗星尾征,三、病理声像图的特点1、实质脏器的弥漫病变急性与慢性病变回声表现急性病变慢性病变脏器大小增大增大或减少脏器边缘饱满、圆钝不平或结节状脏器回声减低增加脏器结构变化不大变形或显示不清,2、占位病变囊性或实性病变的鉴别囊性病变实性病变病变形态球状或类球状团块状边界回声清晰光滑可不清楚不光滑内部回声无有后方回声回声增强回声增强或出现声影周围组织可有压迫推移压迫推移或浸润破坏良性或恶性病变的鉴别良性病变恶性病变病变形态多规则多不规则边界回声清楚光滑不清楚或浸润状内部回声均匀、中等回声不均匀低回声周围组织可有挤压可有浸润破坏,四、超声诊断的基本要求1、针对性客观性独立性系统性科学性2、客观性：病变的解剖定位，病变形态大小，数目，临近结构病变回声特点，边界回声，内部回声的特点及透声特性病变的动态变化。重要的阴性所见，以供鉴别诊断时参考3、独立性：任何结论不能离开回声图像的客观表现，切忌随意附和或臆测,4、科学性：（1）超声图像的拍摄存储，图像具有代表性、对比性、系列性。灰阶回声图像的方位及对病变的描写方法。（2）图像的方位：美国超声医学会1976年规定（大多数国家采用），并与X线摄影、X-CT、放射性同位素成像方位一致。图像左侧代表头侧（H），右侧代表足侧（F）；上方在仰卧位时代表腹侧，俯卧位时代表背侧；在额状切面的回声图像上，上则上方代表头侧，右侧代表左侧。乳房回声图像将乳头居上，胸壁居下，并注明头侧（H）或右侧（R）,（3）图像的描述：a)回声强弱的描述：根据图像中灰度不同，可分为强或高回声，中等回声，低或弱回声，无回声。回声的高低，强弱应根据病灶回声与周围正常脏器的回声强度作比较来确定。b)后方回声的描述：病灶界面有较强的反射以及有较强的衰减特性时，后方回声减弱乃至消失，称为声影。当病灶或组织液体或衰减不明显时，其后方回声强于周围组织，称为回声增强；当病灶本身形成低回声强度或无回声区，而其后方有回声增强出现时称为透声区。,c)回声分布的描述：可以按分布情况描述，“密集”、“稀”、“分布均匀”、“分布不均匀”综观病灶内回声分布的状况可用“均质”或“不均质”来形容。d)回声图像上病变形态的描述：应当根据不同切面的回声图像特征描述病变的整体形态，不仅描述回声图像的平面特点，而且要注意描述病灶的立体形态，一般不直接作出具体的病理诊断的结论。e)一些征象的描述：形象化地把某些病变的回声图像特征命名为某征。“靶环征”、“驼峰征”、“平行管征”、“双筒抡征”、“蝌蚪尾征”等。,第四节、超声生物效应一、超声声强概念：对超声诊断设备的超声辐射，针对人体不同部位，规定了限定值人体不同部位超声强度的限定值FDA（美国食品药品局）规定Isppa(W/cm2)Ispta(mw/cm2)Im(w/cm2)心脏190430310脉管190720310眼部281750胎儿19094310Isppa：空间峰值脉冲平均声强Ispta：空间峰值时间平均声强Im：最大声强度Iob：真实声束声强国际电工委员会：IEC1157-92规定Iob20mw/cm2胎儿Ispta100mw/cm2超出这些规定值应公布其声强输出，超声强度超出规定,将造成若干生物效应，如：育龄妇女早熟排卵，受孕率下降，胎儿体重减轻，产后儿童发育迟缓等。,名称,限定值,部位,二、超声对生物体影响的作用原理1、空化作用：在液体中产生强超声时，会出现一种类似雾状的气泡，就如轮船推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样，这就是空化作用。生物组织由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形变，以至使细胞坏死和整个生物组织坏死。2、热作用：生物组织在超声机械能作用下，由于沾滞吸收，将一部分超声能转化为热能，使生物组织的温度上升。3、超声的生物作用：超声对组织器官的影响在强超声作用下，将使坐骨神经、脊髓、淋巴细胞、肝组织损伤。超声对细胞的影响超声诊断声强较强时对子宫癌HELA细胞，人羊膜的FK细胞，三个月胎儿脑组织的胎生纤维细胞有影响。超声对染色体的影响超声诊断声强较强时，对白细胞、淋巴、成纤维细胞有影响超声对精子的影响强超声对精子活动力及受精卵易发生危害。三、超声诊断的安全因素：超声剂量（声强）的限定值Ispta100mw/cm2超声照射时间：通常一次超声10-20分钟超声波形的形态：脉冲占空比为0.001，1s发射，1ms接受。,第二章彩色多普勒基础第一节多普勒超声基础一、多普勒基本概念1、多普勒超声血流检测技术主要用于测量血流速度，确定血流方向，确定血流种类：如，层流、射流等；获得速度、时间积分，压差等有关血流的参数。2、多普勒方式表达血流速度的公式如下：c(fd)V=2cosQfo式中C为声速（1540m/s）fo：发射频率（已知）COSQ是血流与声束夹角的余弦函数，当相对固定时，则fd与流速成正比，fd即影响流速值V。当多普勒入射角（Q）恒定时，频移fd仅决定于发射频率fo。对于某一定的fd，fo越小，则可测的血流速度V就越大。欲测高速血流，fo就应选择低频率的探头。,当血流速度保持恒定时，如：100cm/s（以及恒定的fo和C），那影响fd的参数只有COSQ，即频移的数值依赖于入射角的变化，而速度的数值与入射角无关。Q角改变的一般规律：a)当OOQ900时，COSQ为正值，即血流迎超声探头而来，频率增加，fd为正向频移。b)当900肝、脾实质肾皮质肾髓质（肾锥体）血液胆汁和尿液。正常肺（胸膜-肺）、软组织-骨骼界面的回声最强；软骨回声很低，甚至接近于无回声。病理组织中，结石、钙化最强；纤维化、纤维平滑肌脂肪瘤次之；典型的淋巴瘤回声最低，甚至接近无回声。,第二节不同程度的声衰减程度的一般规律一、组织内含水分越多，声衰减越低。血液是人体中含水分最多的组织，比脂肪、肝、肾、肌肉等软组织更少衰减（见表1）。但是，血液比尿液、胆汁、囊液等衰减程度高，后方回声增强程度远不及尿液、胆汁、囊液显著（表1）。表一声衰程度极低甚低低中等高极高不同组织尿液肝脏肌腱骨和体液胆汁血液脂肪肌肉软骨钙化囊液心腔瘢痕肺胸腹水脑声影后方-+/-+回声增强+/-,二、液体中含蛋白成分越多，声衰减越高。由于血液蛋白含量比胆汁、囊液、尿液高得多，故声衰减较高，后方回声增强不显著。声像图上血液和囊液、单胆汁后方回声增强的显著区别，具有鉴别诊断意义。三、组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越高。例如，瘢痕组织、钙化和结石、骨组织均可有显著的声衰减，而且常伴有显著的声衰减，而且常伴有声影。从表1中可以看出，人体组织中以骨骼和含气肺衰减程度最高，而且均伴有声影（注：骨骼或结石后方声影边界清晰；含气肺的混响后方声影的边界模糊不清）。,四、人体不同组织体液声衰减的比较（祥见表1并回答下列思考题）1、人体中哪些组织声衰减极高并伴有声影？人体中哪些组织声衰减高并可能伴有声影？2、人体中哪些组织属于中等声衰减？3、血液在人体体液中声衰减程度是最低的吗？血液（液体）在声像图上会出现典型的后方回声增强吗？4、含气肺密度很低，是否不易引起声衰减？,第三节声像图基本断面与声像图分析一、基本断面：有纵断面（正中、正中旁）、横断面、斜断面和冠状断面。二、声像图超声断层图像分析：可以由浅入深地按解剖层次进行。腹部应包括皮肤、皮下组织、肌肉组织（腹壁组织）、腹膜腔以至腹部内脏结构，对临床上重点要求检查的部位和脏器进行仔细检查和分析。1、内脏声像图描述（以肝脏为例）：外形、包膜、（边界）回声、实质内部回声、血管回声、脏器位置和毗邻关系、有无肿物等。,2、囊肿和实性肿物的比较：（表2）表2囊肿和实性肿物的声像图特征囊肿实性肿外形圆、椭圆不定（可圆、椭圆）边界回声清晰、光滑、整齐不定（可光滑、整齐）内部回声无回声有回声可有低水平回声，漂动无漂动，少数无回声后方回声增强显著不显著，衰减声影侧边声影有不定声像图典型的囊肿和实性肿物是容易鉴别的。但是，单凭外形（圆、椭圆）、内部回声、后方回声增强和侧边声影有无鉴别均不可靠。例如，有不少囊肿合并感染或出血，内部可以出现回声；有的淋巴瘤呈圆形、椭圆形，边界清晰、光滑、整齐、内部无回声，有时酷似囊肿；又如部分小肿瘤（3cm）因有假包膜，其边界清晰、光滑，呈圆形，可有轻度后方回声增强等。总之，根据若干声像图综合分析才是可靠的。,第四节腹部超声扫描与超声图方位标识方法一、被检查者体位：仰卧位、俯卧位、左侧卧位、半卧位。其他：坐位或立位。二、腹部断面扫查解剖标志1、横断面：国内尚未统一，待定。2、纵断面：（正中矢状断面、正中旁状断面）：以腹正中线为标志（背部也可以背部正中线为标志）。三、声像图方位的识别非考试范围，在此从略。,第六章超声伪像第一节伪像的概念声像图伪像（伪差，artifact）是指超声显示的断层图像与其相应解剖断面图像之间存在的差异。这种差异表现为声像图中回声信息特殊的增添、减少或失真。伪像（伪差）在声像图中十分常见。理论上讲几乎任何声像图上都存在一定的伪像（伪差）。而且，任何先进的现代超声诊断仪均无例外，只是伪像在声像图上表现的形式和程度上有差别而已。识别超声伪像是很重要的。一方面，可以避免伪像可能引起的误诊和漏诊；另一方面，还可以利用某些特征的伪像帮助诊断，提高我们对于某些特殊病变成分或结构的识别能力。我们不仅善于识别超声伪像的种种表现，还有必要了解这些伪像产生的物理基础。,第二节灰阶超声伪像产生原因分类极其表现灰阶超声伪像产生的原因和种类繁多（参考考试大纲第四页），这再次说明伪像的常见性。重点叙述如下：一、混响（reverberations）混响伪像产生的条件：超声垂直照射到平整的界面如胸壁、腹壁上，超声波在探头和界面之间来回反射，引起多次反射。混响的形态呈等距离多条回声，回声强度依深度递减。较弱的混响，可使胆囊、膀胱、肝、肾等器官的表浅部位出现假回声；强烈的混响多见于含气的肺和肠腔表面，产生强烈的多次反射伴有后方声影，俗称“气体反射”。识别混响伪像的方法是：1、适当测动探头，使声束勿垂直于胸壁或腹壁，可减少这种伪像；2、加压探测，可见多次反射的间距缩小，减压探测又可见间距加大。总之，将探头适当侧动，并适当加压，可观察到反射的变化，从而识别混响伪像。二、多次内部混响（multipleinternalreverberations）超声束在器官组织的异物内（亦称“靶”内，如节育器、胆固醇结晶内）来回反射，产生特征性的彗星尾征。此现象称内部混响。,三、切片（断层）厚度伪像亦称部分容积效应伪像，产生的原因是：超声束较宽，即超声断层扫描时断层较厚引起。例如，肝的小囊肿内可能出现一些点状回声（来自小囊肿旁的部分肝实质）。四、旁瓣伪像由主声束以外的旁瓣反射造成。在结石、肠气等强回声两侧出现“披纱征”或“狗耳样”图形，即属旁瓣伪像。旁瓣现象在有些低档的超声仪器和探头比较严重，使图象的清晰度较差。五、声影（shadow）在超声扫描成象中，当声束遇到强反射（如含气肺）或声衰减程度很高的物质（如瘢痕、结石、钙化）时，在其后方出现条带状无回声区即声影。边界清晰的声影（clearshadow）对识别瘢痕、结石、钙化灶和骨骼时很有帮肋；边缘模糊的声影（dirtyshadow）常是气体反射或彗星尾征的伴随现象。,六、后方回声增强在超声扫描成像中，当声速通过声衰减甚小的器官或病变（如胆囊、膀胱、囊肿）时其后方回声增强。利用后方回声增强，通常可以鉴别液性与实性病变。七、折射声影（边缘声影）声束通过囊肿边缘或肾上、下级侧边时，可以由于折射（入射角度超过临界角）而产生边缘声影或侧边“回声失落”。改变扫查角度有助于识别这种伪像。边缘声影也见于细小的血管和主胰管的横断面，呈小等号“=”而非小圆形。,八、镜面伪像当肋缘下向上扫查右肝和横膈时，声束遇到膈肺界面会发生全反射和镜面伪像。通常声像图上，膈下出现肝实质回声（实象），膈上出现对称性的肝实质回声（虚象或伪像）；若膈下的肝内有一肿瘤或囊肿回声（实象），膈上对称部位也会出现一个相应的肿瘤或囊肿回声（虚象或伪像）。声像图上虚象总是位于实象深方。右侧胸腔积液时，膈肺界面被膈胸水界面取代，只能显示膈下肝