超声诊断学课件：超声诊断学基础

1、超超 声声 诊诊 断断 学学 基基 础础 Basis of Ultrasound Diagnosis 一、发展史略 二、超声诊断学的定义 三、研究的主要内容 四、技术上和应用上的特点 超声成像的一般原理 一、超声波的主要物理特性 二、记述超声波的主要物理参量 三、关于线性声学与非线性声学 四、组织声学特性 影响超声图像形成的有关物理因素 超声诊断仪器的类型与特点 一、发展史略 自1942年Dussik在医学诊断领域开拓这 一技术以来，约经历了四个阶段。 1.探索实验阶段：4050年初期 2.临床实用阶段：50年代中后期60年代后期 3.开拓前进阶段：70年代初期 4.兴旺发达阶段：70年代后期

2、至今 1972年 灰阶实时超声成像灰阶实时超声成像 人体软组织显示成像 1980年代 灰阶实时超声灰阶实时超声十十彩色多普勒彩色多普勒 血流成像血流成像 解剖结构十十血流供应显示成像 1990年代 超声微泡谐波造影成像超声微泡谐波造影成像 亚微观低速血流灌注显像 现代超声显像是 ： 形态结构十十功能诊断 肝动脉相 门静脉相 延迟相 小肝癌-CEUS 腹腔内腹水时正常肝脏和肠道的二维和三维图像腹腔内腹水时正常肝脏和肠道的二维和三维图像 穿透式的A型超声仪 复合扫描的B型超声仪 ABP复合扫描超声仪 复合扫描的B型超声仪 超声心动图创始人-Edler 胎儿脊柱和肋骨的透明成像最大回声模式三维图像胎

3、儿脊柱和肋骨的透明成像最大回声模式三维图像 腹腔内腹水及正常肝脏的三维图像腹腔内腹水及正常肝脏的三维图像 肝淤血合并腹水时肝脏的三维图像肝淤血合并腹水时肝脏的三维图像 肝内肝静脉的三维图像肝内肝静脉的三维图像 肝内多发性囊肿的三维图像肝内多发性囊肿的三维图像 M M M M 肝内病灶CEUS-CPS与CEUS-CPSC的比较 CEUS-CPS 同一病灶CEUS-CPSC 左图局部放大观察 左图局部放大观察 肝动脉相 门脉相 晚期门脉相 肝癌实时超声造影 (CPS技术) 二、超声诊断学的定义 研究和应用超声波的物理特性与 人体组织声学相结合诊断人体疾病的 科学，即谓超声诊断学。它是一门边 缘学科

4、，属现代医学影像学范畴（ Medical Imageology）。 三、研究的主要内容 1.脏器病变的形态学诊断 2.功能性检测 3.超声介入学及腔内超声学 4.器官声学造影 四、技术上和应用上的特点 技术性能上的特点： 1.超声波是机械波 2.超声波易被脉冲调制 3.信噪比高（S/N）（Signal/Noise Ratio） 4超声信号便干转换为光、电、磁信号 5.超声工程方法很多，有A、B、M、D、C、 F等方式显示的仪器。 应用上的特点： 1.属无放射性、无创伤性的检查技术 2.获取的信息量丰富 3.能实时动态显示 4.能发挥管腔结构造影功能(Lumenography) 5.对小灶有很好

5、的显示能力 6.能自如地取得各种方位的断面图像 7.能及时地取得结果，可多次进行重复检查 超声成像的一般原理 一、超声波的定义 二、超声波的主要物理特性 1.束射性，方向性 Sin=1.22/d 2.反射和折射 3.衍射和散射 超声波是指其振动频率超过人耳听 觉阈值上限(20000Hz)的声波.声波是声源 的机械振动在物质中的传播,属于机械波, 传播声波的物质称为介质(Medien). 声波传播的方式有纵波,横波及表面 波.人体软组织中的主要传播方式为纵波, 即疏密波. 1.束射性，方向性 Sin=1.22/d 二、超声波的主要物理特性 2.反射和折射 人体各种组织均有其不同的声特性阻抗人体各

6、种组织均有其不同的声特性阻抗 z：声阻抗：声阻抗(Acoustic impedance) z=c ：密度：密度(Density) c：声速：声速(Velocity) 声阻抗差只要相差声阻抗差只要相差0.1%就能产生反射就能产生反射 声阻抗差所致反射的大小以反射系数表示声阻抗差所致反射的大小以反射系数表示 z1 z2 z1为第一介质的声阻抗，为第一介质的声阻抗， z2为第二介质的声阻抗为第二介质的声阻抗 Z1+ z2 反射系数反射系数 R= 2 由式中可见：两种介质的声阻抗差 愈大，界面反射愈强（Z2Z1）；两 种介质声阻差相等，界面反射消失 （Z2Z1）。两种介质存在着声阻 抗差，是界面反射的

7、必要条件 （Z2Z1）。 3.衍射和散射 大界面的反射大界面的反射 粘滞性粘滞性 小界面的散射小界面的散射 导热性导热性 扩散衰减扩散衰减 驰豫性驰豫性 衰减吸收的大小以衰减系数或半值层表示之，衰减吸收的大小以衰减系数或半值层表示之， 其单位用其单位用db/cm.MHZ 一般软组织的平均衰减系数单程以0.5dB（cm.MHZ) 计算；而双程来回的衰减系数1dB （cm.MHZ)计算。 人体组织中衰减与散射有关。某些病变（如脂肪肝） 时散射大增，致使传入深部的声强显著下降。脂肪单 独的衰减系数甚低，但当多量的23um脂肪微滴积聚 在肝细胞内时，由于脂肪与肝细胞质之间的声持性阻 抗不等，造成对入射

8、超声大量散射，致使脂肪肝的声 衰减明显增大，表现为向肝脏深部的回声明显稀少及 肝脏底面的模糊。 5.Doppler效应 入射超声遇到活动界面时，反射声波 的频率发生改变，即多普勒频移，此现象 谓多普勒效应。频移的大小与活动体的速 度呈正比，其公式为： Fd fofr Cos V 2fo V C fd C 2fo Cos 三、记述超声波的主要物理参量 频率(f)、波长()、声速(c) 其关系式为：C=f. 声阻抗 R=f.c 四、关于线性声学与非线性声学 1、线性声学 指声传播过程中,声压、声速和密度之 间呈线性关系。即无论在近场或远场区， 其振动均重复振源（探头）的振动规律， 其波型不失真（呈

9、正弦波）。 u2、非线性声学 在声传播过程中，声压声速和密度之间 不呈线性关系，即发生波型失真。这种非线 性效应是由于声传播时，其正压期的声速大 于负压期的声速，因而从正弦波转为非正弦 波的失真（呈锯齿波型），从傅里叶分析中 相当于以原正弦波为基波，再叠加以2倍、3 倍至数倍于基频的谐频波叠加组成。 五、组织声学特性 l组织中的含水量及蛋白质含量对超声性 质起重要作用 l组织是球蛋白、结构蛋白、水及脂肪的 复合体 l人体软组织中声吸收蛋白占80%左右， 蛋白质中又以胶原蛋白吸收最为显著。 表 人体不同组织的声衰减比较 声衰减程度 极低 甚低 低 中等 高 极高 不同组织 和体液 尿液 肝肾 肌

10、腱 骨 胆汁 血液 脂肪 肌肉 软骨 钙化 囊液 心腔 瘢痕 肺(含气) 胸腹水 脑 声影 后方回声增强 由于血液蛋白含量比胆汁、囊液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、尿液高得多，故声衰减较高，后方 回声增强不显著。声像图上血液和囊回声增强不显著。声像图上血液和囊 液、胆汁后方回声增强的显著区别，液、胆汁后方回声增强的显著区别， 具有鉴别诊断意义。具有鉴别诊断意义。 (二二)、组织中含胶原蛋白和钙质、组织中含胶原蛋白和钙质 愈多，声衰减愈高愈多，声衰减愈高 瘢痕组织、钙化和结石、骨组织瘢痕组织、钙化和结石、骨组织 均可有显著减弱，骨胳和含气肺衰减均可有显著减弱，骨

11、胳和含气肺衰减 程度最高（后方伴声影）。程度最高（后方伴声影）。 依据超声波的上述物理特与人体的组 织声学特性相互作用后的声信息中，提 取所需的医学信息，即构成可供诊断用 的超声图像（声像图Ultrasonogram） ，其原理图如下： 影响超声图像形成的有关物理因素 四、组织的衰减特性与后方回声 1 衰减比 M 2 当m1，出现后方回声增强效应 m1，出现后方回声的减弱或声影 m1，后方回声无变化 左暗区内:生理盐水 右暗区内:蒸馏水 盐水后方回声低于蒸馏水 l L RR 左暗区内：生理盐水左暗区内：生理盐水 右暗区内：蒸镏水右暗区内：蒸镏水 盐水后方回声低于蒸馏水盐水后方回声低于蒸馏水 L

12、 L 左暗区内：胸水 右暗区内：蒸馏水 胸水后方回声轻度增强， 右侧蒸馏水明显增强 L R 左侧暗区内：胸水左侧暗区内：胸水 右侧暗区内：蒸镏水右侧暗区内：蒸镏水 胸水后方回声轻度增强，右侧蒸镏水明显增强胸水后方回声轻度增强，右侧蒸镏水明显增强 左：猪肝；右：脂肪 脂肪后方可见明显声影 L R 左：新鲜猪肝左：新鲜猪肝 右：脂肪右：脂肪 脂肪后方见明显声影脂肪后方见明显声影 五、组织界面两侧的声速差别与侧边声影 六、动态结构与实时成像 七、回声与测距 超声诊断仪器的类型与特点 uA型超声波诊断仪是幅度调制型（ Amplitudemodulatedmode）的简称。 A型显示是超声技术应用于医学

13、诊断中最 早、最基本的方式。它主要适用于测量 线度以及获得回波幅度的大小和形状， 通过分析回波幅度的分布以获得组织的 特征信息。 uB型（Brightness modulation mode）超 声，为辉度调制型，其原理与A型相同， 其不同点为：将幅度调制显示改为辉 度调制显示，它将放大后的回声脉冲电 信号送到显示器的阴极（或控制栅上） ，使显示的亮度随信号大小变化；根 据声像图所得之人体信息诊断疾病，而 不是像A型超声那样根据波型所反映的人 体信息诊病。 u一般的B超工作过程为：当探头获得激励脉冲 后发射超声波,（同时探头受聚焦延迟电路控 制,实现声波的声学聚焦。）然后经过一段时 间延迟后再

14、由探头接受反射回的回声信号,探头 接收回来的回声信号经过波束形成处理。然后 由数字扫描转换器（DSC）电路进行数字变换 形成数字信号,在CPU控制下进一步进行图像处 理,再同图表形成电路和测量电路一起合成视 频信号送给显示器形成我们所熟悉的B超图像, 也称二维黑白超声图像。 uB型超声具有如下特点：它将从人体反射回来 的回波信号以光点形式组成切面图像。此种图 像与人体的解剖结构极其相似，故能直观地显 示脏器的大小、形态、内部结构，并可将实质 性、液性或含气性组织区分开来。 超声的传播速度快，成像速度快，每次扫 描即产生一幅图像，快速地重复扫描。产生众 多的图像组合起来便构成了实时动态图像。因

15、而能够实时地观察心脏的运动功能、胎心搏动 ，以及胃肠蠕动等。 u由于人体内组织的密度不同，相邻两种组织的 声阻抗也不同，当声阻抗差达千分之一时，两 组织界面便会产生回声反射，从而将两组织区 分开来。超声对软组织的这种分辨力是X射线 的100倍以上。 此外，B型超声尚具操作简便，价格便宜 、无损伤无痛苦，适用范围广等特点，因而已 被广大患者和临床医师所接受。 彩色多普勒超声诊断仪 u在一维超声扫描和显示中，M型和A型仪 器的区别在于显示方式的不同：A型是幅 度显示，即回波信号加到示波管垂直偏 转板上，显示的是波形幅值的大小，其 幅度的高低表示信号的强弱，而M超采 用亮度显示，回波信号加到示波管的

16、栅 极或阴极上，及控制电子束的强弱，信 号强时屏上显示光点亮，信号弱时光点 就弱。可见它的显示与B超显示相类似。 u在A超设备中，水平方向信号的距离代表着探 测深度，而M超中反映探测深度的扫描信号是 加在垂直偏转板上，光点在垂直方向上的距离 代表探测深度。即垂直方向代表人体软组织脏 器自浅至深的空间位置。另外，M超中在水平 偏转板上施加慢扫描电压，使上下摆动的光点 随时间横向展开，即水平方向代表时间，由此 得出一条位移-时间曲线。 uM型超声诊断仪，又称为时间-运动型（time- motionmode）超声诊断仪。它的主要特点是 能测量运动器官，因此专用于心脏的各类疾病 的诊断，如对心血管各部

17、分大小、厚度的测量 ，心脏瓣膜运动状况的测量等。同时还可以输 入心脏的其他有关生理信号，进行比较研究， 如研究心脏各部分和心电图、心音图之间的关 系；研究心脏搏动和脉搏之间的关系等。 u另外还可以研究人体内其他各运动面的 活动情况，因此可以用于对胎儿和动脉 血管的搏动等的检测。 目前的双导超声心动图仪可以同时 比较心脏的两个不同部分的活动情况， 使临床的诊断更趋于方便和完善 u根据多普勒效应制成的超声诊断仪称为多普勒 超声诊断仪（D型超声诊断仪）。它在医学临 床诊断学中用于心脏、血管、血流和胎儿心率 等诊断。 超声多普勒仪种类繁多，根据显示方式的 不同，可把它大致分为两类：频谱多普勒仪和 超声

18、多普勒显像仪。 频谱多普勒根据产生信号的方式不同有分 为连续波多普勒和脉冲型多普勒。 超声多普勒显像仪包括超声多普勒血管显 像仪和彩色多普勒血流显像仪。 u在过去的几十年中，超声频谱多普勒探测血流 的研究工作已取得很大的成就，彩色多普勒的 出现，使之更趋完美。频谱多普勒对血流的探 测不是直观的，通过频谱的变化进而表达血流 的改变，对血流的定量测定来说，频谱多普勒 是必备的工具；彩色多普勒血流显像对血流的 显示是直观的，它已成为定性诊断的最可靠的 方法。 u连续超声多普勒诊断仪通过发射与接收 连续多普勒信号，来获得运动目标的信 息。由于没有深度分辨力，不能探测运 动物体的深度，因此,它主要用于高

19、速血 流的检测。 u脉冲波超声多普勒诊断仪发射的是超声脉冲同 时有延迟电路来控制接收器，使得这种仪器具 有距离选通能力。如果采用不同的延迟时间， 就可以得到沿声束方向上的血流速度，从而构 成血流剖面图。目前脉冲多普勒超声仪与B超 显像仪进行组合，用前者检查血流状态，用后 者探测解剖结构，所以能在诊断瓣口与血管狭 窄、瓣膜关闭不全及先天性间隔缺损所致的分 流方面取得良好的效果。 u这类仪器也有它的缺点，它所测血流速 度的大小即多普勒频移大小受脉冲重复 频率的限制。当其频移值超过尼奎斯特 频率时，速度高的血流尖峰部分不能正 常显示，出现频率倒错的显象。此外， 由于采样体积范围很小，需要在断面上 反

20、复移动，检测时间较长。 u彩色多普勒血流显像即是通过对散射回声多普 勒信息作相位检测并经自相关处理，彩色灰阶 编码，把平均血流速度分类以彩色显示，它与 B型图像和M型超声心动图相结合，可提供心 脏和大血管内血流的时间和空间信息。可同时 显示心脏某一断面上全部血流束的分布及数目 ，腔室形态、大小；表现血流途径及方向；辨 别层流、湍流或涡流；测量血流束的面积、轮 廓长度和宽度；清楚显示血管结构异常与血液 动力学异常的关系。 图1 彩色Doppler显示彩色条图2 PFD显示彩色条图3 FFT显示血流流速频谱 线阵超声探头线阵超声探头凸阵超声探头凸阵超声探头扇形超声探头扇形超声探头 (一一)、回声强

21、度分级、回声强度分级 强回声强回声(Strong echo)：含气腔（胸膜肺界面）、胆含气腔（胸膜肺界面）、胆 结石、骨胳表面（软组织骨界面）结石、骨胳表面（软组织骨界面） 高回声高回声(Hyperecho)：肝脾包膜、血管瘤及其边界肝脾包膜、血管瘤及其边界 等回声等回声(Iso-echo)：肝、脾实质肝、脾实质 低回声低回声(Hypoecho)：皮下脂肪、肾实质皮下脂肪、肾实质 弱回声弱回声(Poor echo)：肾锥体、脂肪垫肾锥体、脂肪垫 无回声无回声(Anecho)：胆汁、尿液和胸腹水等胆汁、尿液和胸腹水等 强回声强回声-结石结石 强回声强回声-气体气体 团块状高回声团块状高回声 结节

22、状高回声结节状高回声 等回声光团等回声光团 等回声光团等回声光团 低回声区 低回声区 弱回声区 弱回声区 无回声区-胆囊 无回声区-肾囊肿 肝脓肿肝脓肿 uRI=(PS-ED)/PS u(PS:峰值流速；ED:舒张末期流速) uPI=(PS-ED)/mean u(mean：平均流速) SMA-攴前 SMA-攴后 CA-攴前 CA-攴后 见表见表5-2 囊肿和实质性肿物的鉴别应强调综合分析囊肿和实质性肿物的鉴别应强调综合分析 表表5-2 囊肿和实质肿物的声像图特征囊肿和实质肿物的声像图特征 囊囊 肿肿 实性肿物实性肿物 外形外形 圆、椭圆圆、椭圆 不定（可圆、椭圆）不定（可圆、椭圆） 边界回声边

23、界回声 清晰、光滑、整齐清晰、光滑、整齐 不定（可光滑、整齐）不定（可光滑、整齐） 内部回声内部回声 无回声无回声 有回声有回声 可有低水平回声，漂动可有低水平回声，漂动 无漂动，少数无回声无漂动，少数无回声 后方回声增强后方回声增强 显著显著 显著，衰减声影显著，衰减声影 侧边声影侧边声影 有有 不定不定 声像图伪像（伪差，声像图伪像（伪差，artifact）是指）是指 超声显示的断层图像与其相应解剖断面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。这种差异为声像图像之间存在的差异。这种差异为声像 图中回声信息特殊的增添、减少或失真图中回声信息特殊的增添、减少或失真 。 可以避免伪

24、像可能引起的误诊或漏诊；可以避免伪像可能引起的误诊或漏诊； 还可以利用某些特征性的伪像帮助诊断还可以利用某些特征性的伪像帮助诊断 ，提高对于某些特殊病变成分或结构的，提高对于某些特殊病变成分或结构的 识别能力。识别能力。 1、反射、折射：混响、多次内部混响、镜面反 射、侧边声影、回声失落、棱镜现象。 2、衰减：衰减声影、后方回声增强。 3、断层厚度伪像：部分容积效应伪像。 4、旁瓣效应。 5、声速伪像： 6、仪器设备： 7、操作者技术因素： 声束扫查体内平滑大界面时，部分声能 返回探头表面之后，又从探头的平滑面再次 反射，又第二次进入体内。因此，这是多次 反射中的一种。混响效应多见于充盈的膀胱

25、 前壁及胆囊底部、大囊肿前壁，可能被误认 为壁的增厚、分泌物或肿瘤等。 (2)、多次内部混响、多次内部混响 (multiple internal reverberations) 又称振铃效应（又称振铃效应（ringing effect）或慧）或慧 星征。系声束在传播途径中，遇到一层甚星征。系声束在传播途径中，遇到一层甚 薄的液体层，且液体下方有极强的声反射薄的液体层，且液体下方有极强的声反射 界面为其条件。超声束在器官组织异物内界面为其条件。超声束在器官组织异物内 （亦称靶内，如节育器、胆固醇结晶内）（亦称靶内，如节育器、胆固醇结晶内） 来回反射，产生特征性慧星尾征，此现象来回反射，产生特征性

26、慧星尾征，此现象 称为内部混响。称为内部混响。 (3)、切片、切片(断层断层)厚度伪像厚度伪像 亦称部分容积效应伪像（亦称部分容积效应伪像（partial volume effect）,超声断层扫描时断层超声断层扫描时断层 较厚引起。例如，肝的小囊肿内可能较厚引起。例如，肝的小囊肿内可能 出现一些点状回声（来自小囊肿旁的出现一些点状回声（来自小囊肿旁的 部分肝实质）。部分肝实质）。 由主声束以外的旁瓣反射造成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。在结石、肠气等强回声两侧出 现现“披纱征披纱征” 或或“狗耳样狗耳样”图形图形 ，即属旁瓣伪像。，即属旁瓣伪像。 声影系声路中具较

27、强衰减体所造成。声影系声路中具较强衰减体所造成。 高反射系数物体（如气体）下方具声影高反射系数物体（如气体）下方具声影边缘边缘 模糊的混浊声影模糊的混浊声影(dirty shadow) 高吸收系数物体（如骨骼、结石、钙化、瘢痕高吸收系数物体（如骨骼、结石、钙化、瘢痕 ）下方具声影）下方具声影边界清晰的声影边界清晰的声影(clear shadow) 超声扫描成像中，当声束通过声超声扫描成像中，当声束通过声 衰减甚小的器官或病变（如胆囊、膀胱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（超过同、囊肿）时，其后方回声增强（超过同 深度的邻近组织的回声）。利用此征象深度的邻近组织的回声）。利用此征象 有助于鉴别液体与实性病变。有助于鉴别液体与实性病变。 亦称侧后折射声影。圆形病灶如周围有纤维亦称侧后折射声影。圆形病灶如周围有纤维 包膜（声速较软组织高）时，则在入射角大于临包膜（声速较软组织高）时，则在入射角大于临 界角时产生全反射现象，而出现其界面下方第二界角时产生全反射现象，而出现其界面下方第二 介质内的失照射，则在圆形病灶的两侧侧后方显介质内的失照射，则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。改变扫查示为直线形或锐角三角形的清晰声影。改变扫查 角度有助于识别这种伪像。角度有助于识别这种伪像。 亦可称镜面折射虚像。镜面