超声学超声影像学基础.ppt

超声诊断学总论,第三临床学院超声教研室陈丽波,各种影像方法均各有优势和价值，互相补充。超声影像学以其自身的优势在影像学中占有重要地位。是计算机文明的产物。,超声诊断起源于20世纪40年代初1942年德国医生将A型超声诊断法始用于探测颅脑M型、二维及多普勒超声检查迅速发展，已经成为临床上不可缺少的影像诊断方法。单一-全身静态-动态黑白-彩色定性-定量模拟-全数字化单参数-多参数一维-二维-三维-四维优点：便捷、实用、有效、无损伤特点：实时性、连续性、活体状态,超声医学是研究超声波与人体组织相互作用的现象和规律，并以运用于医学为目的的一门交叉学科。涉及物理、生物、医学、电子、计算机、机械、材料等学科。,超声诊断学是超声医学的一部分。是利用人体不同组织类型之间、病理或损伤组织与正常组织之间的声学特性差异，以图像（声像图）、图形、数字、声音等形式予以显示，显示人体器官、组织的断面解剖及病理形态学的改变，并根据这些改变诊断人体疾病。目前已成为一门独立的学科，极大的丰富了临床医学。,主要内容,教学内容,1掌握超声诊断的物理原理及超声波的产生。2掌握超声诊断的显示方式及超声检查技术。3了解人体组织的声学分型。4了解超声的临床应用范围。5了解超声检查的图像方位及图像分析。,一、超声成像的基本原理与设备,声波：物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中传播、且引起人耳感觉的波动为声波。,20000Hz:超声波(Ultrasound),超声波的基本概念,声纳探测超声波,破坏力量次声波,超过人耳听阈上限的声波，即频率大于20kHz的声波称为超声波（Ultrasound）,简称超声。临床常用的超声频率在210MHz之间（超声心动图2.253.5MHz，经食管超声心动图3.757MHz，腹部超声35MHz，外周血管超声710MHz）。1040MHz的高频范围用于皮肤成像、超声内镜及血管内超声成像系统。40100MHz的频率范围用于超声生物显微镜成像系统，主要用于眼前节的微细结构。,超声波的基本概念,超声波的基本物理量：波长、频率f和声速,超声波的基本概念,f,声波的能量、强度I和阻抗Z：Z=C固体液体气体,超声波是机械波,超声成像基本原理超声波的物理性能,超声波的指向性（束射性/直线传播）反射、折射与散射衰减与吸收多普勒效应,超声波的频率高，波长短，在均匀介质中沿着发射的方向直线传播，有较强的方向性（即良好的指向性），呈束状，所以也称束射性。是超声对人体器官进行定位探查的基础。超声波的方向性取决于声源的直径与波长之比，在相同声源直径的条件下，频率越高，波长越短，方向性越好。,反射(reflection)与折射(refraction)：超声波从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质的声阻抗Z不同，在两种介质间形成声学界面，如果界面径线远大于超声波长，将发生波的反射与折射。入射声波的能量一部分被反射到同一介质中，另一部分被折射到下一介质中，反射和折射性能受到两种介质声阻抗(Z1和Z2)的影响。声阻抗差Z=Z2-Z1两种介质存在声阻抗差别，是界面反射的必要条件。当Z1与Z2相差0.1%时即有超声反射。可利用超声波的这一特性来显示不同组织界面、轮廓，分辨其相对密度。,声波垂直入射到两个相邻介质时声压反射系数Rp=Z2-Z1/Z1+Z2声强反射系数Ri=（Z2-Z1/Z1+Z2）2声压折射系数rp=2Z2/Z1+Z2声强折射系数ri=4Z1Z2/（Z1+Z2）2Rp+rp=1Ri+ri=1全反射如果Z1和Z2相差很大，会发生几乎全反射而没有折射，如从水进入气体或从气体进入水，此时入射超声能量几乎完全被反射，超声波几乎不可能从固体或液体中向气体传播，反之亦然。所以超声诊断肺、肠等含气组织和骨组织较困难。,介质一,介质二,垂直入射声波的反射与折射,界面,声波斜行入射到两个相邻介质时即声波以入射角入射到两个介质的界面时由于人体软组织的声速相近，近似于没有折射，因而可以认为超声波是沿直线传播的。镜面反射只有在入射角方向才能产生反射波，反射角等于入射角。,斜行入射声波的反射与折射,interface,SiniC1SintC2,=,i：入射角t：折射角,当折射角r=90时，则折射波沿界面传播，没有进入下一介质。,斜行入射声波的反射与折射折射角r=90,界面反射和折射是超声诊断的基础。如果不发生界面反射，就得不到所需要的信息反射太强，则进入下一介质中的超声能量太弱，也得不到所需要的信息。耦合剂的作用：尽量消除探头和皮肤之间的空气对声波传播的影响，增加透声性，使图像更清晰。,散射(Scattering):小界面对入射声束呈散射现象当超声波在传播时遇到径线远小于波长的微小粒子会发生散射，微粒吸收入射声波能量并成为新的二次声源，向周围立体空间辐射声波，这种现象称为声波的散射。朝向探头方向（与入射角呈180）的散射称为背向散射（backscatter）。,衍射(Diffraction)或绕射当声波遇到一个径线为12个波长的障碍物时，声波绕过该障碍物继续传播，这种现象称为衍射或绕射。衍射时在障碍物的后方有一个没有声波传播的区域，称为声影区。,衰减（Attenuation）声波在介质中传播时，声能随传播距离增大而减小，这种现象称为声衰减。吸收：即介质的导热性、粘滞性及介质分子之间的内摩擦，使声能转换成热能，超声能量逐渐的减小。衰减的主要原因：介质的吸收、小界面的散射、大界面的反射和声束的扩散等。,不同组织对超声的吸收程度与蛋白质、钙和水含量有关，蛋白质或钙质成分高，衰减明显；水分高，衰减少。人体组织衰减程度规律：骨质软骨肌腱肾肝脂肪血液尿液、胆汁水超声通过不含蛋白质的水几乎无衰减。超声通过致密的骨组织、钙质、结石时明显衰减，其后方回声消失出现声影(acousticshadows)。,1842年首先由奥地利物理学家多普勒（C.J.Doppler）发现的，故称多普勒效应（Dopplereffect）。当声源和接收器之间出现相对运动时，声波的发射频率和接收频率之间将出现差别，这种现象为多普勒效应，这种频率差别为多普勒频移（Dopplerfrequencyshift，fd）。（即超声波遇到运动的反射界面时，反射波的频率发生改变。）多普勒方程：fd=frf0=2Vcosf0/c,红细胞的多普勒效应,多普勒效应,声源与接收器作相向运动时，接收的频率增大。声源与接收器作背向运动时，接收的频率减低。根据这一原理，多普勒技术可用于测量血流速度、血流方向和血流性质（层流或湍流）多普勒技术包括频谱多普勒和彩色多普勒成像。,通过各种类型的超声诊断仪，将超声发射到人体内，具有一定频率的超声波在人体传播过程中，遇到不同组织或器官的分界面时，由于声阻抗的不同而发生不同程度的反射或/和折射形成回声，这些携带不同声学信息的回声信号经过接收、放大和信息处理后，以图像或波形的形式显示于荧光屏上，即为声像图（Ultrasonogram或echogram）。观察分析声像图并结合临床表现可对疾病做出诊断。,生物学效应一定强度的超声波在人体组织中传播时，通过相互作用，如热效应、机械效应和空化效应，可以使组织功能和结构发生变化，称为超声的生物学效应。胚胎和眼部较为敏感。取决于声强和持续作用时间。临床超声检查原则：即尽可能采用最低的输出功率和尽可能减少扫查时间，对于眼部和胎儿检查尤其应严格遵循。,*换能器*信息处理系统*显示器,压电效应,某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。,换能器的工作原理：利用压电效应和逆压电效应，具有超声发射器和接收器的功能换能器：压电效应逆压电效应（超声发射）电能机械能正压电效应（超声接收）超声诊断仪获得声像图,换能器,A型超声诊断法B型超声诊断法M型超声诊断法D型超声诊断法频谱多普勒（PW、CW）彩色多普勒血流成像（CDFI）,超声成像显示方式,A型（Amplitudemode，A-mode）,超声示波诊断法横坐标代表探测界面的深度纵坐标代表波幅的高低,回声以波型显示，幅度调制型，一维显示以波幅的高低代表界面反射信号的强弱：反射强，波幅高；反射弱，波幅低。除用在眼科专用机上，目前已基本淘汰。,B型(Brightnessmode，Bmode),二维超声显像诊断法回声信号的大小变化以图像辉度的变化显示，组织的深度在显示器的垂直方向显示，并在水平方向上加入声束的位移信息，就构成二维切面图像。,为辉度调制型。以光点亮度代表回声强弱。回声强则光点亮,回声弱则光点暗。图像是由若干像点集合而成，像点（或像素）是图像中最小的基本单元。图像中的像素亮度等级称灰阶，一般为16256级灰阶图像中的像素愈多，空间分辨率愈高；灰阶级数愈多，对比分辨率愈好。,特点：1.以断层切面图像来直观地显示脏器的形态结构、空间位置、连接关系等2.为二维显示，所以也称二维或切面超声。3.目前使用的B型超声每秒钟可形成2030帧图像，实时动态地显示脏器的结构改变，所以又称实时超声。,M型(Motionmode，M-mode),超声光点扫描法/活动显示法，是沿声束传播方向各层组织位移随时间变化的活动曲线。是单条声束成像的检查方法，一维显示，但呈辉度调制的显示方式，是B型超声的一种变异型。横坐标：光点慢扫描时间纵坐标：被探测结构的深度应用在超声心动图中，就是M型超声心动图。当扫查心脏某一固定位置时，以曲线动态图像显示结构回声强弱、深度和运动情况。,M型(Motionmode),超声频移诊断法通称多普勒超声应用多普勒效应原理，对血流动力学变化进行检测分析的检查方法，即分析：血流性质、血流方向、血流速度显示方式：频谱多普勒（PW、CW）彩色多普勒血流显像（CDFI）,型（Dopplermode，mode）,频谱多普勒超声,对运动物体所产生多普勒信号的频谱分布进行分析的检查方法。为血流动力学定量诊断的首选方法。包括脉冲波多普勒（PW）和连续波多普勒（CW）两种朝向探头流动的血流信号在基线以上背离探头流动的血流信号在基线以下频谱图（速度/频移-时间显示）：横轴代表时间纵轴代表频移/速度的大小V=cfd/2f0cos,脉冲波多普勒（PW）特点：单个超声换能器按一定周期发射和接收超声波，而且是发射窄脉冲超声波的一种多普勒可定位诊断，具有深度分辨力（距离选通）限制：检测的血流速度受脉冲重复频率（PRF）的限制，血流速度大于3m/s会失真。,脉冲多普勒的脉冲频率f0：每秒钟探头发出的脉冲波的个数，几MHz；脉冲重复频率PRF：每秒钟探头发出脉冲群的次数，也称作取样频率，几KHz。,为了准确显示频移大小和方向，根据采样定理，脉冲重复频率必须大于多普勒频移的两倍，即：PRF2fd，或写成fd1/2PRF1/2PRF称为尼奎斯特频率极限（Nyquistfrequencylimit）如果多普勒频移（或血流速度）超过这一极限，脉冲多普勒测量的频移就会出现大小和方向伪差，即频率失真（frequencyaliasing）或称为频谱混叠。L=cT/2PRF=1/TL=c/2PRF,脉冲重复频率对频移的限制,连续波多普勒（CW）特点：两个超声换能器，能检查沿超声束内所有血流变化状态，可检测心脏的高速血流信号限制：没有深度分辨力（距离选通功能），不能确定异常血流产生的确切部位可检测7m/s以上高速血流,PW与CW的区别,彩色多普勒血流成像（ColorDopplerFlowImaging，CDFI）,用自相关技术处理提取到的多普勒信息,再用彩色编码,形成彩色血流图像,叠加到二维声像图上,形成彩色多普勒血流图。,彩色多普勒超声检测血流动力学变化,彩色编码以红、绿、蓝三原色显示血流信号，将彩色血流信号叠加在同一层面二维灰阶图像的相应区域内。彩色多普勒血流可以直观显示心脏和血管内的血流分布（方向、速度、性质、范围、有无异常通路等）。是心脏和大血管疾病的重要检查方法。,血流方向红色表示朝向探头的正向血流蓝色表示背离探头的负向血流血流性质层流为单色血流信号湍流为多色镶嵌血流信号血流速度速度愈快色彩愈明亮速度愈慢色彩愈黯淡,彩色多普勒超声诊断仪兼有B型、M型、频谱多普勒超声、CDFI等显示功能,二、超声图像特点,人体内器官组织回声强度的一般规律,人体不同组织回声强度顺序：颅骨肌肉肾窦胰腺肝、脾实质肾皮质肾髓质脂肪血液尿液和胆汁水均质性液体为无回声；有些均质性固体如透明软骨也可以为无回声。非均质性液体回声增强，如尿液中混有血液。引起回声增强的原因：均质性液体混入微气泡或合并感染；新鲜的出血、血肿；纤维化、钙化。,人体组织器官声学类型,无回声区echofreearea弱回声区hypoechoicarea等回声区isoechoicarea高回声区hyperechoicarea强回声strongecho透声区sonolucent,超声图像的描述,常见的伪像声影：超声传播过程中，如遇到强反射或高衰减的组织或病变时（如血管内钙化斑块、气体、骨骼、结石），其后方形成回声减弱甚至接近无回声的平直条状区，称为声影。,常见的伪像后方回声增强：超声传播过程中，如遇到极低衰减的组织或病变时（如膀胱、胆囊、囊肿），其后方回声强度高于周围组织的现象。,三、超声检查技术,检查前准备,为了获得清楚的图像腹部检查-空腹经腹妇产科及盆腔检查-膀胱适当的充盈避免气体干扰,体位,仰卧位-最常用侧卧位俯卧位半卧位站立位耦合剂-探头与皮肤密切接触,各种超声检查方法,常规超声检查包括：二维超声检查M型超声心动图（心脏检查）频谱多普勒检查（PW、CW）彩色多普勒血流显像,组织多普勒成像彩色多普勒能量图声学造影腔内超声三维超声,超声成像新技术,四、超声图像的解读,声像图是断面图（也称切面图）现用超声诊断仪的声像图是人体沿超声扫查方向的断面图。对病灶的定位,一般是用经过病灶的二幅互相垂直的断面声像图来完成，也可用邻近血管、韧带作为标记,定出病灶的方位。,声像图的方位体位标志和探头位置,心脏（见心脏超声）其他部位纵切面：探头垂直放置在检查部位，沿人体长轴扫查图像：上方为浅部（探头侧）下方为深部（远离探头侧）左侧为头侧（探头的头侧/上方）右侧为足侧（探头的尾侧/下方）,上腹部纵断面图图左为头端，图右为足端，图上为腹，图下为背。,上腹部纵断面图示腹主动脉及肠系膜上动脉,横切面：探头垂直放置在检查部位，与人体长轴垂直扫查（探头头端朝向身体右侧）图像：上方为浅部（探头侧）下方为深部（远离探头侧）左侧为被检者的右侧（探头的头侧）右侧为被检者的左侧（探头的尾侧）,上腹部横断面图图左为人体右侧，图右为人体左侧，图上为腹，图下为背。,上腹部横断面图示胰腺及其后方大血管,冠状切面：探头垂直放置在被检查者的左或右侧，与人体长轴平行扫查图像：上方为探头侧浅部下方为深部（远离探头侧）左侧为头侧（探头的头侧/上方）右侧为足侧（探头的尾侧/下方）,右肾区冠状断面图图左为肾上极，图右为肾下极，图上为肾凸缘，图下为肾凹缘。,右肾冠状断面图,1.外形2.边界和边缘回声3.内部结构特征4.后壁及后方回声5.周围回声增强6.毗邻关系7.脏器活动情况8.脏器结构的连续性9.血流的定性分析10.血流的定量分析,组织器官弥漫性病变或占位性病变,心脏、血管,二维图像特点,CDFI,PW、CW,1.外形：脏器的形态轮廓是否正常,2.边界和边缘回声,肿块有边界回声且显示光滑完整者为具有包膜的证据；无边界回声和模糊粗糙、形态不规则者多为无包膜的浸润性病变。边缘回声强度也有差别，某些结节状或团块状肿块周边环绕一圈低回声暗圈，为“暗环”征（darkring）或周边为高回声的边缘，即“光轮”征（echogenicring）。,暗环征,光轮征,3.内部结构特征,肝左叶纵断面,肝左叶占位,4.后壁及后方回声,后方回声增强,声影,5.周围回声强度,膨胀性生长病变，其周围回声呈现较均匀性增强或血管挤压移位；浸润性生长病变其周围回声强弱不均或血管走行中断。肝脓肿其边缘与正常组织之间出现从高回声向正常回声过渡的“灰阶梯度递减区”。,肝脓肿,6.毗邻关系,胰头癌压迫胆总管致肝内外胆管及胰管扩张、胆囊肿大以及周围血管的挤压移位，淋巴结或远处脏器转移灶等。,肝内胆管扩张,胆囊扩大,胰管扩张,7.脏器活动情况,心肌缺血或梗死时，其相应部位的心肌出现室壁运动异常。观察心脏瓣膜活动情况，可判断有无瓣膜狭窄和/或关闭不全。,右心扩大三尖瓣运动,三尖瓣重度返