超声诊断物理特性及超声伪像

超声诊断学 第一章绪论 超声医学 以处理超声波在人体内所产生的各种回声信息为基础 并以不同的可视模式显示人体脏器 组织结构及血流 用以评价脏器的位置 解剖结构 血流动力学和功能变化 还可以辅助完成多种介入性治疗 超声医学Ultrasonicmedicine 超声治疗Ultrasonictherapy 超声诊断Ultrasonicdiagnosis 超声诊断学的主要内容 1 解剖学检查2 血流动力学检查3 功能性检查4 介入性超声 超声检查特点 1 无放射性损伤 可视为无创检查2 准确性 超声解剖与人体解剖结构一致3 实时动态显示4 便捷 所占空间小 可移动5 经济性 费用较低6 及时报告结果 短时间内可重复检查7 与受检者面对面 可及时了解病人信息8 高度的操作者及仪器依赖性 发展史 1950sA型 A mode 回声图 echogram 1960sM型 M mode M型超声心动图 M modeechocardiograph 1970sB型 B mode 声像图 sonograph ultrasonograph 1980s双功 duplex 声像图 多普勒频谱 sonograph Dopplerspectrum 1990s三功 triplex 声像图 多普勒频谱 彩色多普勒血流显示 sonograph Dopplerspectrum colourDopplerflowimageCDFI 1990s三维立体声像图 3diamentions 新技术 1 超声造影2 介入超声3 组织多普勒技术4 弹性成像技术5 血管内超声6 超声组织谐波成像7 其他 应变与应变率 斑点追踪等 第二章超声诊断的基础及原理 超声的物理特性超声是机械波 具有波长 频率 f 和传播速度 f 超声的传播 超声的定义 超声为一种高频振动的机械波 其频率超过人耳能听到的声波频率的上限 人耳可以听到的声波频率 20 20000Hz 20KHz 超声的频率 20000Hz 20KHz 常用的诊断用超声频率 2 2 10MHz 超声的速度 c 在不同的组织中的传播速度 超声在同一介质中 其声速是恒定的 在不同的介质中其声速也会发生改变 一般说 固体物含量多 声速高 含水多 声速低 含气脏器中的气体 声速最低 根据超声的传播速度 把人体组织分为三类 1 软组织2 骨与软骨3 含气脏器 超声的波长 c f在同一介质中 声速恒定 频率与波长的关系成反比 超声波的发射与接收 声波的发射 将电脉冲转换成机械振动 也即将电能转换成声能 逆压电效应声波的接收 将机械振动 声能 转换成电脉冲 电能 正压电效应 声波的接收 声波的发射 换能器 其主要材料为压电晶体 各种探头 换能器 3 5MHz凸阵探头 7 5MHz线阵探头 3 5MHz扇形探头 穿刺探头 腔内探头 术中探头 声场 声场 探头发射的超声所能达到的最大深度及其周围的空间范围近场 靠近探头的部分 声束比较平行远场 远离探头的部分 声束开始扩散声束 超声所经过的空间束宽 声束横断面的直径声轴 代表声束主方向的中心轴线 近场 远场 声轴 分辨力 超声诊断中重要技术指标 分为基本分辨力及图像分辨力 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 分类 轴向分辨力axialresolution侧向分辨力lateralresolution横向分辨力transverseresolution 国内误称厚度分辨力 轴向分辨力 沿声速轴线方向的分辨力 侧向分辨力 与声束轴线垂直的平面上 在探头长轴方向的分辨力 横向分辨力 与声束轴线垂直的平面上 在探头短轴方向的分辨力 侧向分辨力 横向分辨力 厚度 轴向分辨力 人体组织的声学参数 密度声速声特性阻抗 Z 密度与声速的乘积Z c 密度c 声速 界面不同声阻抗组织之间形成的接触面大界面 波长小界面 波长 指向性 当声源直径大于在人体中传播的波长时 此时声束具有指向性可以用声源直径 D 与波长 比值衡量D 10 指向性差 D 20 指向性好 人体组织对入射超声的作用 人体组织对入射超声可产生多种物理现象 表现为声像图的各种特征 超声 散射scattering 反射reflection 折射refraction 衍射difration 全反射totalreflection 衰减attenuation 会聚convergence 人体组织对入射超声的作用 H人UMAN体BODY ULTRASOUND 发散divergence 多普勒效应Dopplereffect 1 散射 遇到小界面时 散射体 散射使入射超声的能量向各个空间方向分散辐射 故散射无方向性 提示了脏器内部细小结构的回声信息 是超声成像研究内部结构的重要依据 2 反射 入射声束遇到大界面产生反射现象 大界面反射遵守斯涅尔 Snell 定律 1 入射和反射回声在同一平面上 2 入射声束与反射声束在法线的两侧 3 入射角与反射角相等 反射的能量大小取决于界面两侧介质的声特性阻抗差 相差越大 反射率越大 当大到一定程度可造成超声能量的全部反射 不再达到深部组织 相反 如果差值较小 反射则较少 大部分超声能量透射到深部组织 反射能量较低时可造成图像上不能显示 3 折射 入射声束遇到大界面其两侧介质的传播速度不同 声束在经过这些组织间的大界面时 产生声束前进方向的改变 折射角与入射角的正弦比值与界面两侧的声速比值相等sina sinb c1 c2 4 全反射 如第二介质中的声速大于第一介质 则折射角大于入射角 入射角增大至某一角度时 可使折射角等于90 即折射声束与界面平行 此时的入射角名 临界角 入射角大于临界角时 折射声束完全返回至第一介质 称为全反射 5 衰减 衰减为反射 散射及吸收的总和 衰减与选用的频率及传播的深度成正比 6 多普勒效应 DOPPLER 超声在探测移动目标时 其回声频率发生变化利用多普勒效应可检测血管内有无血流 及血流方向和血流速度 正频移 负频移 常见的超声效应与图像伪差 混响效应声束扫查体内平滑大界面时 部分声能量返回探头表面之后 又与探头的平滑面再次反射 又第二次进入体内 形成多次反射 混响效应多见膀胱前壁及胆囊底 大囊肿前壁 混响伪像 a 图示超声波在两个强反射界面之间重复反射 b 显示器显示多发等距信号向深场延伸 c 新生儿可触性肿物超声横断成像显示混响伪像 箭 d 胆囊超声长轴成像显示由罗 阿氏窦内胆固醇结晶引起的彗星尾伪像 箭头 这一发现诊断为胆囊腺肌症 也可见胆囊结石声影 MyraK Feldman MD SanjeevKatyal MD MargaretS Blackwood MS RadioGraphics2009 29 1179 1189 振铃效应 声束在传播途径中 遇到一层甚薄的液体层 且液体下方有极强的反射界面为条件 通常在胃肠道及肺部 振铃伪像 a 图示主声束遇见环形气泡伴中心包绕液体 b 袋状液体形成的共振引起持续的声源 并传回探头 c 显示器显示高回声反射体伴后方线状回声 d 左侧卧位胆囊超声成像显示十二指肠内的气体和液体引起振铃伪像 箭头 镜像效应 声束遇到深部的平滑镜面时 镜面把声波反射到与之接近的界面 靶标的反射回声沿原路再次反射回探头 从而在镜面两侧距离相等显示形态相似的声像图 镜面伪像 a 在此图中 灰箭头代表预期的超声束路径 这些回波显示正确 黑箭头显示原发超声束的另一路径 在此路径原发超声束首先遇见深方反射界面 b 深方反射界面的回波延迟返回探头 在显示器上错位 c 在右肝水平超声长轴成像显示肝右叶高回声病变 光标 和复制的高回声病变 箭头 与膈肌等距 位于本应是肺实质的位置 侧壁失落效应 大界面回声具明显的角度依赖现象 入射角较大时 回声转向他侧不复回探头 则产生回声失落现象 囊肿或肿瘤其外周包以光滑的纤维包膜 超声可显示其前后壁 但侧壁不能显示 发生于圆形病灶周围有纤维包膜 声速较软组织高 情况下 当入射角大于临界角时产生全反射现象 从而导致界面下方第二介质内的失照射 即在圆形病灶的两侧侧后方显示为直线形或锐角三角形的清晰声影 侧后折射声影 后壁增强效应 声束在传播过程中必然随深度的增加而不断增加其衰减 为使声像图显示深浅均匀 仪器上加入深度增益补偿 DGC 调节系统 后壁增强效应是指在常规调节的DGC系统下所发生的图像显示效应 后方回声增强 a 图示超声束遇见局灶性低衰减物质 这一物质远端的回声强度比同一深度成像断面高 b 肝横断超声成像显示无回声和低衰减的肝囊肿 囊肿深方的肝实质由于后方回声增强伪像错误的显示为强度增加 箭头 声影 指在常规DGC正补偿调节后 在组织内病灶后方所演示的回声低弱后接近无回声平直条状区 声影系声路中具较强衰减体 高反射体 如气体 或高吸收系数物体 如骨骼 结石 疤痕 下方具有声影 声影 a 图示超声束遇见高衰减的物质 这一物质远端的回声强度比同一深度回声显著降低 b 胆囊长轴超声成像显示强回声胆囊结石后方声影 箭头 第1旁瓣成像重叠效应 旁瓣图重叠在主瓣图上 形成虚线或虚图 旁瓣效应 旁瓣伪像 a 图示多发离轴旁瓣声能遇见一个物体 黑圆 b 显示器假定从离轴物体返回的回波从主声束发出 错位并复制结构 病灶尺寸小于声束宽度 或者虽然大于束宽 但部分处声束内时 则病灶回