超声成像原理

2018/1/26,1,概 论,-现代三大医学影像诊断技术之一,USG,CT,MRI,超声(ultrasound),2018/1/26,2,2018/1/26,3,2018/1/26,4,超 声 波,定义(definition),振动频率每秒大于20KHz，超过人耳听觉上限的机械振动波为超声波。能成束发射，以纵波的形式向远方传导。,概 论,0Hz 20Hz 20kHz,医用超声诊断频率多选取2.5-10MHZ之间,2018/1/26,5,纵波 质点的振动方向与声波传播的方向一致，超声在软组织中以平面波形式传播。横波 质点振动的方向与声波传播的方向垂直，这种波在体内传播衰减大，几乎无法传播，医学超声中一般不用横波。,超声波类型,2018/1/26,6,第一节 超声的物理基础,1、波长(wavelength)：声波在一个完整周期内所通过的距离()。单位为厘米（cm）或毫米（mm）。2、频率(frequency):一秒内出现振动波的次数为频率(f)，其单位为赫兹(Hz)。3、声速(wave velocity):每秒声波在介质中传播的距离为声速(C)，单位是m/s。 C=f,物理量(physical quantity),2018/1/26,7,4、 声特性阻抗：为介质的密度()和声速（c）的乘积，用Z表示，Z=C，简称声阻抗，为超声诊断中最基本的物理量。声像图中各种回声的差异主要因为声阻抗不同形成的。 5、界面： 两种不同声阻抗物体的接触面。 界面小于波长为小界面，大于波长为大界面,2018/1/26,8,物理特性,一、指向性或束向性,声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间。亦称为声束。,2018/1/26,9,超声指向性优劣的指标： 近场长度 L=r2 / 扩散角 sin =1.22 / D 超声频率越高，波长越短，扩散角越小，声束的指向性越好。,物理特性,2018/1/26,10,二、反射与折射(reflection & refraction),物理特性,2018/1/26,11,反射的定义,超声波入射到比波长大的界面且有一定声阻差时，就会产生反射。能够清楚显示体表和内部器官的表面形态和轮廓。 反射强度取决于： 1、两种介质的声阻差 2、入射角的大小,物理特性,2018/1/26,12,折射的定义,由于人体各种组织、脏器中的声速不同，声束经过这些组织间的大界面时，产生声束前进方向的改变，称为折射,2018/1/26,13,三、散射与绕射(scattering & diffraction),1）绕射：如界面不大，可与 超声波波长相比， 则声波将绕过该界 面继续向前传播。,2）散射：如物体的直径远小于 超声波的波长时， 则声波向物体的四 面八方辐射。能反映 脏器的细小结构，其 临床意义十分重要。,物理特性,2018/1/26,14,四、衰减(attenuation),原因：大界面的反射 小界面的散射 介质的吸收。,声能随着距离增加而减少。,物理特性,2018/1/26,15,五、分辨力和穿透力,物理特性,1、空间分辨力：区分相邻两点最小距离的能力。2、对比分辨力：区分回声强度的能力。3、穿透力：能有效地收取和显示回声信号的最大深度。,2018/1/26,16,定义：声源与接收器存在相对运动引起的接收频率和发射频率之间的差别称为多普勒频移。这种物理效应为多普勒效应。,六、多普勒效应(Doppler effect),物理特性,2018/1/26,17,多普勒频移的公式,f d=2fov/c cos f0 原发射频率 V 为血流运动速度 C为声速 为声速与血流运动的夹角,六、多普勒效应(Doppler effect),物理特性,2018/1/26,18,多普勒效应(Doppler effect),探头工作时，换能器发出超声波，由运动着的红细胞发出散射回波，再由接收换能器接收此回波,可实现血流的成像。,在超声医学诊断中，超声多普勒技术可用于检测心血管内的血流方向、流速和湍流程度、横膈的活动以及胎儿的呼吸等。,物理特性,2018/1/26,19,超声诊断利用回声原理,第二节 超声仪器,超声成像基本条件：1、声源2、回波信号3、回波信号被接收并经信号放大，处理等过程而形成声像图,2018/1/26,20,超 声,Ultrasonic therapy action reactionUltrasonic diagnosis,ULTRASOUND,2018/1/26,21,超声设备,换能器（也称为探头）主机：即信息处理系统显示器,2018/1/26,22,超声换能器(ultrasound transducer),定义：是将电能转换成超声能，同时将也可将超声能转 换成电能的一种器件。,一、探头原理,发射超声 逆压电效应接受超声 正压电效应,2018/1/26,23,对某些非对称结晶材料进行一定方向的加压或拉伸时，其表面将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。,具有此性质的材料称为压电材料，分为压电晶体、极化陶瓷、高分子聚合物和复合材料等。,一、换能器的原理,-压电效应,一、探头原理,2018/1/26,24,正压电效应,结晶在其两个受力界面上引起内部正负电荷中心相对位移，在两个界面产生等量异号电荷。,定义：由外力作用引起的电介质表面荷电效应，称为正压电效应。即将机械能转化为电能。,一、探头原理,2018/1/26,25,逆压电效应,定义：由在外场作用下，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应(即将电能转化为机械能)。,在晶体表面施加电场，可引起晶体内部正负电荷中心发生位移，这一极化位移导致了晶体的几何应变。,一、探头原理,2018/1/26,26,二、仪器类型,解剖超声 一维：A超(amplitude mode) M超(motion mode) 二维：B超(brightness mode) 三维：立体,血流超声 一维：频谱型多普勒 （pulse doppler) 二维：彩色多普勒(color doppler) 三维：立体彩色多普勒,超声诊断仪的类型,(type of ultrasonic diagnostic equipment),2018/1/26,27,二、仪器类型,B超(brightness mode),即辉度调制型。此法以不同辉度光点表示界面反射信号的强弱，反射强则亮，反射弱则暗。因采用多声束连续扫描，故可显示脏器的二维断面图像，本法是目前使用最为广泛的超声诊断法。,2018/1/26,28,主要用于心脏疾病的诊断。此模式通过单声束探测获得界面回声，通过连续扫描，使界面回声自左向右随心动周期按顺序移动显示，可观察界面回声在不同时相的深度及移动情况。在显示屏上以亮度表示回声强度。显示屏的Y轴方向表示探测深度及被探测结构所在位置的深度变化；X轴方向表示心动周期。此模式对心脏探测更为简便、准确。,M型超声诊断法,2018/1/26,29,显示屏 Y轴代表软组织空间位置的深浅 X轴代表时间扫描线,二、仪器类型,M超(Motion mode),超声以辉度显示心脏与大血管各界面的运动回声曲线。,2018/1/26,30,二、仪器类型,频谱型多普勒(pulse waveform),将一个取样容积上的多普勒频移信号以频谱的方式显示，当频移为正即血流朝向探头时，以正向波表示，而负向波则表示负频移，血流背离探头。频谱图的X轴表示频移的时间，y轴代表频移的大小。,2018/1/26,31,二、仪器类型,血流频谱类型,动脉性：在每个心动周期内，为周期性、搏动性曲线。曲线至少呈现一个主峰，继之一个深切迹（或一直延伸至零基线下方的谷点、一个次峰、一个舒张末流速最低点。深切迹亦称谷切迹。,2018/1/26,32,静脉性：分为两类，一类为接近右心房的较大静脉（颈静脉、锁骨下静脉、肝静脉、下腔静脉等），右心房对静脉回流的影响占主导地位。V-T曲线呈规律性波动。在每个心动周期内呈现两个，回流谷低与一个反流峰。依次命名为S、D、及A，分别代表右室收缩、右室舒张及右房收缩。 右图：静脉性V-T曲线,血流频谱类型,2018/1/26,33,另一类为远离心脏的四肢静脉，可整呈连续性曲线，则受呼吸呈现低小波动。,血流频谱类型,2018/1/26,34,二、仪器类型,彩色多普勒血流显像(color doppler flow imaging,CDFI),彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，当血流朝向探头，以红色来表示，而蓝色则表示血流背离探头。,系在多普勒二维显像的基础上，以实时彩色编码显示血流的方法，即在显示屏上以不同彩色显示不同的血流方向和流速。,CCA,CCA,2018/1/26,35,2018/1/26,36,2018/1/26,37,CDFI,2018/1/26,38,二维图像的基本概念像素：图像中一个最小的基本单元叫做图像的像素或像点。图像：若干个像点的集合组成图像。图像中的像素越多，其空间分辨率越高。灰阶：图像中像素的亮度等级，由黑到白可以分为256级灰阶。,第三节 超声的图像特点,2018/1/26,39,灰阶(greyscale),显示屏上最黑到最亮的灰度等级差，取决于信号的强度。灰阶级数越多，图像的层次越丰富，图像细节的表现能力越强。,显示屏上的灰标,2018/1/26,40,一、回声类型,人体组织的回声强度分级,无回声，液性暗区 液性无回声： 生理：胆汁 病理：胸腹水 衰减性无回声： 生理：骨骼后 病理：纤维化后 实质性无回声： 生理：淋巴结 病理：淋巴瘤,2018/1/26,41,一、回声类型,人体组织的回声强度分级,低回声（弱回声）： 生理：皮下脂肪中等水平回声（等回声）： 生理：肝脾等实质器官 高回声 生理：肝包膜 病理：血管瘤 强回声 ，后伴声影（极高回声）。 生理：含气肺（胸膜肺界面 ）病理：骨骼表面（软组织骨界面），结石等,2018/1/26,42,声 像 图 的 阅 读,2018/1/26,43,液性无回声(Fluid echoless),胆汁,腹水,2018/1/26,44,衰减性无回声(Echo free of the attenuation),声影,2018/1/26,45,均质性无回声,淋巴瘤,2018/1/26,46,低回声(Low level echo),肿瘤,2018/1/26,47,高回声(High leveI echo),2018/1/26,48,强回声(Strong echo),GB,2018/1/26,49,USG图像 分 析 与 诊 断,1. 外形2. 边界和边缘回声3. 内部结构4. 后壁及后方回声5. 周围回声强度6. 毗邻关系7. 脏器活动情况及脏器结构的连续性8.血流的定性及定量分析,2018/1/26,50,USG 分 析 注 意 点,1.伪像的识别和利用2. 注意临床思维3. 注意动态观察,2018/1/26,51,超声伪像的定义,超声的伪像是指超声技术显示的断层图像与相应的解剖断面或血流的流动轨迹存在的差异，这种差异表现为声像图中信息特殊的增添、减少或失真。,2018/1/26,52,一、多次反射,超声垂直照射到平整的界面，如胸壁、腹壁上，超声波可能在探头与界面之间多次来回反射，在图像上出现等距离相间的多个界面，称之混响效应。,常见伪像,2018/1/26,53,2018/1/26,54,2018/1/26,55,彗尾征,超声束在器官异物内（如节育环或胆囊附壁结石内）来回反射直至衰减，产生特征性的彗星尾征，也称为内部混响。,2018/1/26,56,二、声影,有强反射或声衰减很大的物质存在，使声能急剧减弱或消失，致其后方没有超声到达，当然也检测不到回声，称为声影，声影可以作为结石、钙化和骨骼等存在的诊断依据。,2018/1/26,57,三、后方回声增强,当病灶声衰减很小时，其后方回声将强于同等深度的周围回声，称为后方回声增强，囊肿和其他液性结构的后方会出现回声增强，可利用它作鉴别诊断。,2018/1/26,58,四、侧壁声影和回声失落,声束通过囊肿边缘或肾上、下极侧边时，可以由于折射产生边缘声影或由于全反射出现侧壁回声失落。,2018/1/26,59,第四节 超声检查技术,一、常用技术,二维,彩色多普勒显像,脉冲多普勒,2018/1/26,60,二、常用切面,常用的扫查切面,(1)纵向扫查。 (2)横向扫查。 (3)斜向扫查。 (4)冠状面扫查。,2018/1/26,61,二、常用切面,纵向扫查(sagittal plane),即扫查面与人体的长轴平行。,2018/1/26,62,二、常用切面,横向扫查(transverse plane),即扫查面与人体的长轴相垂直。,2018/1/26,63,二、常用切面,斜向扫查(oblique plane),即扫查面与人体的长轴成一定角度。,2018/1/26,64,二、常用切面,冠状面扫查(coronal plane),即扫查面与人体的额状面平行。,2018/1/26,65,腹部检查（如肝胆胰脾） 空腹8小时以上，上午为佳经腹部检查子宫附件泌尿系统检查双肾输尿管膀胱前列腺盆腔部位的检查 适度充盈膀胱,三、检查前病人准备,2018/1/26,66,腔内超声检查,四、超声检查新技术,2018/1/26,67,定义：将含有微小气泡的对比剂经血管注入人体内，使相应的心腔大血管和靶器官显影。,四、超声检查新技术,声学造影检查,2018/1/26,68,三维(three-dimensional ultrasound imaging),将立体图象以投影图或透视图