医学超声影像学总论

1、医学超声影像学总论医学超声影像学总论第1页教学目标 掌握超声基础概念、超声物理特征、常见声学参数、人体对超声作用。了解超声发展历史、超声效应和图像伪差、超声相关常识和仪器及医学超声新技术。 医学超声影像学总论第2页第一节 概 述医学超声影像学总论第3页医学超声影像学，以超声医学工程学最新成就和人体解剖学、病理学等形态学为基础，与临床医学亲密结合，可实时、无创取得活体器官、组织断层解剖图像，到达诊疗疾病目标。医学超声还可进行超声理疗等治疗。介入超声及高强度聚焦超声问世，使医学超声可对肿瘤等疾病进行介入或直接治疗，并行实时声像图监控及随访。 医学超声影像学总论第4页一、医学超声主要功用超声波是机械

2、振动波，超声图像可反应介质中声学参数差异，对人体组织有良好分辨能力，有利于识别组织细微改变。主要功用有： 医学超声影像学总论第5页形态学检测 功效学检测 组织特征检测 介入超声检测 医学超声治疗 医学超声影像学总论第6页二、 超声诊疗发展史（略）医学超声影像学总论第7页第二节 医学超声诊疗基础和原理 一、医学超声物理特征 医学超声影像学总论第8页（一）超声波定义 声源振动频率 2万赫兹（Hz）机械波为超声波。 超声诊疗所用声源振动频率普通为：110兆赫（MHz），常见为：2.55.0 MHz。医学超声影像学总论第9页（二）超声波主要物理量 1、波长（） 在波传输方向上，质点完成一次振动距离，单

3、位是mm。 2、周期(T) 质点完成一次振动时间。医学超声影像学总论第10页 3、频率（f） 单位时间内质点完成一个振动过程次数，单位是赫兹（Hz）。医学超声影像学总论第11页 4、声速（c） 单位时间内声波在介质中传输距离, 单位是m/s，人体软组织平均声速为1540m/s。 c = f . 并与介质弹性（E）和密度（ ）相关医学超声影像学总论第12页 （三）超声波方向性 直线传输。可获定向传输超声波束。 在相同声源直径条件下，频率越高，波长越短，束射性或方向性越强。医学超声影像学总论第13页 （四）声源、声束、声场与分辨力 1. 声源 能产生超声物体称为声源，通常采取压电陶瓷、压电有机材料

4、或混合压电材料组成。声源由超声换能器发出。医学超声影像学总论第14页医学超声影像学总论第15页 2. 声束 从声源发出声波，普通在一个较小立体角内传输。其中心轴线称为声轴，为声束传输主方向。声束两侧边缘间距离称为束宽。医学超声影像学总论第16页 3. 近场与远场 超声束各处宽度不等。在临近探头一段距离内，束宽几乎相等，称为近场；远方为远场。医学超声影像学总论第17页医学超声影像学总论第18页 4. 分辨力分基础分辨力和图像分辨力 （1）基础分辨力： 1）轴向分辨力 沿声束轴线方向分辨力。其优劣影响靶标在深浅方向精细度。分辨力佳则在轴向图像点细小、清楚。通常见3-3.5MHz探头时，轴向分辨力在

5、1mm左右。医学超声影像学总论第19页 2）侧向分辨力 指在与声束轴线垂直平面上在探头长轴方向分辨力。声束越细，侧向分辨力越好。医学超声影像学总论第20页医学超声影像学总论第21页 3）横向分辨力 指在与声束轴线垂直平面上在探头短轴方向分辨力（有称厚度分辨力）。医学超声影像学总论第22页 （2）图像分辨力 指组成整幅图像目标分辨力。有细微分辨力和对比分辨力。医学超声影像学总论第23页二、人体组织声学参数（一）密度（ ） 组织、脏器声学密度，单位为g/cm3。医学超声影像学总论第24页 （二）声速（C） 单位为m/s。普通固体物含量高者声速最高，含纤维组织（主要成份为胶原纤维）高者，声速较高，含

6、水量较高软组织声速较低，液体声速更低，含气脏器中气体声速最低。医学超声影像学总论第25页 （三）声阻抗（Z） 各种回声图像主要由声阻抗差异造成。系密度与声速乘积，单位为g/cm2.s。医学超声影像学总论第26页 （四）界面 两种声阻抗不一样物体接触在一起时，形成一个界面。接触面大小称为界面尺寸。尺寸小于波长时名小界面，反之称为大界面。医学超声影像学总论第27页三、人体组织对入射超声作用医学超声影像学总论第28页 （一）散射 小界面对入射超声产生散射现象，使入射超声个别能量向各个空间方向分散辐射。返回至声源能量甚低。散射来自脏器内细小结构，临床意义十分主要。医学超声影像学总论第29页医学超声影像

7、学总论第30页 （二）反射 超声波入射到比本身波长大大界面时，入射声波较大个别能量被该界面阻挡而返回，这种现象称之为反射。医学超声影像学总论第31页 大界面对入射超声产生反射现象，使入射超声能量较大个别返回至声源。入射角与反射角相等。医学超声影像学总论第32页医学超声影像学总论第33页 （三）折射 组织、脏器声速不一样，声束经过其大界面时，前进方向改变称为折射。 （四）绕射 又名衍射。声束绕过物体后，又以原来方向偏斜传输。医学超声影像学总论第34页 （五）衰减 系声波轴向振动与介质之间摩擦致能量消耗结果，它与超声探头频率及声波运行距离相关。在正常及病理情况下，组织衰减会发生改变。医学超声影像学

8、总论第35页 （六）多普勒效应 当一定频率超声波由声源发射并在介质中传输时，如碰到与声源作相对运动界面，则其反射超声波频率随界面运动情况而发生改变，称之为多普勒效应（Doppler effect）。医学超声影像学总论第36页 1842年，奥地利数学家及天文学家克约斯琴.约翰.多普勒发觉，当星球与地球近向运动时，光色向光谱紫色端移位，表明光波频率增高；医学超声影像学总论第37页 向红色方向移位，表明光波频率降低。其差称为多普勒频移。这种物理学效应命名为多普勒效应。此亦适合用于各种类型波源和接收器之间相对运动。医学超声影像学总论第38页医学超声影像学总论第39页医学超声影像学总论第40页 多普勒方

9、程： fd =2fo(V.cosc) fd :多普勒频移；fo:发射频率；V:血流速度；:声束与血流夹角；c:超声波在介质中传输速度。医学超声影像学总论第41页 实际应用中fo:即为换能器（探头）频率；c：超声波在人体软组织中平均传输速度为1540m/s。医学超声影像学总论第42页 多普勒频移与声速成正比。为取得最大血流信号，应使声束与血流方向尽可能平行（角尽可能小）。医学超声影像学总论第43页四、人体组织声学分型 （一）无反射型：液性组织（如：血液、尿液、心包积液、胸水、腹水、胆汁、羊水等）。医学超声影像学总论第44页（二）少反射型：基础均质实质性组织（如：肝脏、肾脏、脾脏、心肌、瓣膜等）。

10、医学超声影像学总论第45页（三）多反射型：结构较复杂、致密，排列无一定规律实质性组织（如：乳腺、心外膜、肾包膜、骨骼等）。医学超声影像学总论第46页（四）全反射型：含气组织（如：肺、胃、肠等）。超声检验时使用偶合剂，就是为了预防探头与皮肤之间存在空气，影响探查。医学超声影像学总论第47页 五、超声诊疗原理 高频脉冲发生器换能器（将电能转变为声能）组织界面（反射）换能器（将声能转变为电能）接收放大装置示波管显示系统（显示图像）。 换能器即为超声检验用探头。医学超声影像学总论第48页医学超声影像学总论第49页 六、超声生物效应 产生超声生物效应主要物理机制有：热机制、机械机制、空化机制。当超声剂量

11、（声强）超出要求，将造成若干生物效应。医学超声影像学总论第50页 诊疗用超声剂量（声强）限定值，Ispta100mWcm2，一次超声照射时间 10-20分钟。医学超声影像学总论第51页七、超声伪像 医学超声影像学总论第52页1.混响效应 声束扫查体内平滑大界面时，个别能量返回探头表面之后，又从探头平滑面再次反射第二次进入体内。医学超声影像学总论第53页 为屡次反射一个。多见于膀胱前壁、胆囊底、大囊肿前壁，可被误诊为壁增厚、分泌物或肿瘤等。医学超声影像学总论第54页医学超声影像学总论第55页2.镜像效应 镜像效应亦可名为镜面折返虚像。声束碰到深部平滑镜面时，反射回声如测及离镜面较靠近靶标后，按入

12、射路径反射折回探头。医学超声影像学总论第56页 此时，在声像图上所显示者，为镜面深部与此靶标距离相等、形态相同图像。镜像效应必须在大而光滑界面产生，常见于横膈附近。一个实质性肿瘤或液性占位可在横膈两侧同时显示，较横膈浅一处为实影，深者为虚影或镜像。医学超声影像学总论第57页医学超声影像学总论第58页3.声影 声影指在常规DGC正赔偿调整后，在组织或病灶后方所演示回声低弱甚或靠近无回声平直条状区。系声路中含有较强衰减体所造成。医学超声影像学总论第59页高反射系数物体（如气体）、高吸收系数物体（如骨骼、结石、瘢痕）下方含有声影，二者兼具则声影更显著。医学超声影像学总论第60页医学超声影像学总论第6

13、1页4. 高衰减结构 超声能量消耗甚多，其后方回申显著减弱，常见于肌腱、软骨、瘢痕之后，提升仪器“增益”仍可显示少许回声信号医学超声影像学总论第62页5.后方回声增强 声束向深部传输时不停衰减，设计者为使图像显示均匀，加入了深度增益赔偿（DGC）调整系统。后壁增强效应是指在常规调整DGC系统下所发生图像显示效应，医学超声影像学总论第63页 而不是声能量在后壁被其它任何物理能量所增强效应。此效应常出现在囊肿、脓肿及其它液区后壁，但几乎不出现于血管后壁。有些小肿瘤如小肝癌、血管瘤后壁，亦可略见增强。医学超声影像学总论第64页医学超声影像学总论第65页6. 旁瓣效应 旁瓣效应系指第1旁瓣成像重合效应

14、。声源所发射声束含有一最大主瓣，普通处于声源中心，其轴线与声源表面垂直，名主瓣。医学超声影像学总论第66页 主瓣周围有对称分布数对小瓣，称旁瓣。旁瓣重合于主瓣上，形成各种虚线或虚图。医学超声影像学总论第67页医学超声影像学总论第68页医学超声影像学总论第69页7. 个别容积效应 病灶尺寸小于声束束宽，或即使大于束宽，但个别处于声束内，则病灶回声与正常组织回声重合，产生个别容积效应。医学超声影像学总论第70页 多见于小型液性病灶。比如，小型肝囊肿因个别容积效应常可显示内部细小回声（系周围肝组织回声重合效应）。医学超声影像学总论第71页医学超声影像学总论第72页第三节 医学超声常识及仪器 医学超声

15、影像学总论第73页 一、医学超声常识 超声诊疗仪最基础结构由探头、发射电路、接收电路、显示器和统计器组成。医学超声影像学总论第74页 (一)探头 1. 压电换能器 超声探头关键是压电晶体或复合压电材料，产生超声波是晶体逆压电效应。医学超声影像学总论第75页2.超声探头种类与临床应用 凸阵探头用于腹部、妇产科检验。线阵探头用于外周血管、小器官检验。扇形探头用于成人心脏、小儿心脏检验。腔内探头分3种：经食管探头，用于心脏检验；经直肠探头，用于泌尿系检验；经阴道探头，用于妇产科检验。径向扫查探头用于血管内检验。医学超声影像学总论第76页3. 探头频率 （1）单频探头：探头标称频率（如3.5MHz），

16、为发射时振幅最强频率。 （2）变频探头：同一探头可选择2-3种频率，探头频率可变。 （3）宽频探头：发射时有一很宽频带范围。医学超声影像学总论第77页 4. 探头分类 可分为机械探头、电子探头、术中探头、穿刺探头和穿刺引导装置、经腔内探头等。 医学超声影像学总论第78页（二）B型超声波主要功效键使用和调整1.增益（Gain） 调整图像灵敏度，能够在30-90分贝之间改变，普通在50分贝左右。2.聚焦（Focus） 可选择聚焦区数目，以取得观察区清楚图像。3.深度（Depth） 在可能深度范围内增加或减小深度，图像出现增大或缩小改变。医学超声影像学总论第79页二、超声诊疗仪器基础组成 超声诊疗仪

17、器发展很快，已经有各种市售超声仪。医学超声影像学总论第80页有：A型超声仪；B型超声仪；M型超声仪；频谱多普勒超声仪；彩色多普勒超声仪；彩色多普勒能量超声仪；三维成像超声仪；超声组织定征仪等。 现多为多功效超声仪。医学超声影像学总论第81页 （一）A型超声仪 1. 工作原理 为振幅调制，以超声传输和反射时间为横坐标，以反射波幅为纵坐标，以波形式显示回声图。当声阻抗差为零时，则展现无回声段。医学超声影像学总论第82页 2. 应用 当前仍可应用在：脑中线探测；眼球探测；胸腔积液探测；心包积液探测；肝脓肿探测。医学超声影像学总论第83页医学超声影像学总论第84页 （二）B型超声仪 1. 工作原理 为

18、辉度调制，为二维切面图。其工作原理与A型基础相同，都是应用回声原理作诊疗，可直观地反应组织结构与病变关系。医学超声影像学总论第85页 2. 应用 A型超声基础已为B型替换，同时又是其它超声诊疗基础。M型、多普勒频谱法、彩色多普勒血流显像须在B型二维图像上取得，才能更加好地了解其回声起源。三维成像技术是应用二维图像由计算机重建而成医学超声影像学总论第86页医学超声影像学总论第87页 （三）M型超声仪 1. 工作原理 为一维超声，是B型诊疗仪一个特型，采取辉度调制，在水平偏转板上加入一对慢扫描锯齿波，其横坐标表示时间，纵坐标表示距离。医学超声影像学总论第88页 2. 应用 多用于心脏检验，可了解（

19、1）心脏前后方向结构层次；（2）测量心腔前后径及厚度；（3）观察运动轨迹；（4）测量心动功效。医学超声影像学总论第89页 （四）频谱多普勒超声仪 1. 工作原理 应用多普勒效应，检测人体组织、器官血流信息。与二维图像相结合能做出更准确诊疗。分为脉冲多普勒（PW）和连续多普勒（CW）。医学超声影像学总论第90页 2. 应用 判断血流方向；判断血流性质；测定血流速度及压力阶差；评价心脏功效；检测异常分流、反流，并定量估测分流量及反流量；估测各房室腔内压力；经过多普勒信号声调，估测血流性质。医学超声影像学总论第91页 （五）彩色多普勒（CDFI）超声仪 1. 工作原理 用彩色编码技术显示血流影像。设

20、定流向探头血流为红色，背离探头血流为蓝色，湍流为绿色。颜色辉度与速度成正比。医学超声影像学总论第92页 2. 应用 彩色多普勒成像系统所显示最大血流速度彩色图像十分清楚，与M型、二维超声和频谱多普勒超声结合，可获可靠断信息。医学超声影像学总论第93页医学超声影像学总论第94页（六）彩色多普勒能量超声仪 1. 工作原理 彩色多普勒能量超声成像（CDE）与CDFI有所不一样，CDFI能反应血流速度、加速度和方向改变，但这些信息受探测角度影响较大。而CDE则堤取和显示多普勒信号第三种参数：能量信号强度。医学超声影像学总论第95页 其频移能量强度关键取决于取样中红细胞相对数量多少。CDE所显示参数不是

21、速度而是血流中与散射相对应能量信号。医学超声影像学总论第96页 2. 应用 能够显示较完整血管网，尤其是对微小血管和弯曲迂回血管更易显示，能有效地显示低速血流和平均速度为零灌注区。能对腹腔内脏器占住病变中滋养血管、肿瘤血管和一些部位血流灌注提供主要信息。医学超声影像学总论第97页 （七）三维成像超声仪 1. 工作原理 三维超声成像分为静态三维成像和动态三维成像，动态三维成像有时间原因(心动周期)。用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动三维图像，亦称四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建原理基础相同，均系二维图像三维重建。医学超声影像学总论第98页 2. 应用 当前超声三维重建技术在心脏检诊中

22、应用最多。在妇科、眼科、腹部疾病、血栓、血管成像等方面也在应用。医学超声影像学总论第99页 （八）超声组织定征仪 1. 工作原理 是探讨组织声学特征和超声表现之间相互关系基础与临床研究。经过定量提取人体组织中有用信息，做出解释与到达识别各种正常病理组织，并对其判别和分析。医学超声影像学总论第100页 2. 应用 对组织声速、声衰减、声散射、组织弹性和回声强度等进行研究或应用医学超声影像学总论第101页第四节 医学超声新技术医学超声影像学总论第102页一、超声造影 医学超声影像学总论第103页 新近出现超声微泡造影剂是一个内含气体微球，可经过静脉注射随血流抵达机体各组织器官，并可用超声实时监控医

23、学超声影像学总论第104页心脏造影医学超声影像学总论第105页医学超声影像学总论第106页 超声微泡造影剂可作为一个空化核，在超声波作用下将发生压缩和膨胀，当声能到达一定强度时，微泡可被瞬间击碎，产生“空化效应”，引发一系列生物学效应 声孔效应：是因为声空化伴随发生冲击波、射流对细胞作用结果，是“超声增强药品释放”和“超声基因疗法”主要物理基础 医学超声影像学总论第107页 图示超声波在体表照射胸部，微泡造影剂在超声波照射下破裂，释放基因，经过毛细血管床进入病变区医学超声影像学总论第108页 超声波触发微泡进行基因转染示意图 超声波击碎微泡后产生生物学效应为其增强基因转染提供了理论基础毛细血管

24、内皮间隙增宽，细胞膜通透性增加基因及药品进入细胞正 常 细 胞超 声 波病 变 区基 因微 气 泡空化微泡血管内皮细 胞医学超声影像学总论第109页 理想包裹靶基因超声微泡造影剂：其表面高分子材料，内含氟碳气体、目标基因、阳离子脂质体，其外壳还有靶向性物质连接位点高分子材料氟碳气体目标基因脂质体靶 向连 接位 点医学超声影像学总论第110页 咱们研制3种超声微泡造影剂（白蛋白、表面活性剂、尤其是高分子材料） 高倍镜下(400倍)所见白蛋白微泡造影剂,图中最小刻度为10m 高分子材料-聚乳酸/羟基乙酸(PLGA)超声微泡造影剂，微泡大小均匀，直径1-2个微米 为深入包裹基因等奠定了基础医学超声影

25、像学总论第111页 含PE-NBD表面活性剂类超声造影剂磷脂酰乙醇胺（PE）能够作为联接抗体锚分子；荧光染料（NBD）发绿色荧光 将磷脂酰乙醇胺（PE）分子嵌入造影剂表面 为造影剂连接抗体及基因等奠定了基础医学超声影像学总论第112页 将荧光素包裹入微泡造影剂内 包裹有荧光素微泡造影剂在超声波作用下发生破裂，经过荧光显微镜可见微泡破裂释放荧光 为造影剂包裹基因奠定了基础医学超声影像学总论第113页 采取研制超声微泡造影剂，进行了显影效果试验研究，取得了良好显影效果 兔肝脏造影前 兔肝脏造影后医学超声影像学总论第114页 超声微泡造影剂介导VEGF基因（质粒）转染大鼠缺血心肌试验研究 褐色颗粒显

26、示VEGF蛋白表示较多CD34染色显示毛细血管增生 （超声照射+基因组）显示VEGF蛋白表示弱 示毛细血管增生较少 （单纯静脉注射基因组）显示VEGF蛋白表示极少示毛细血管增生极少 （对照组）证实可增强活体内治疗性基因表示医学超声影像学总论第115页 UGT1025型超声基因转染仪 频率、强度、幅照时间、幅照部位可控，为深入探索超声增强基因转染最正确超声剂量、与组织损伤关系奠定了基础医学超声影像学总论第116页二、超声组织定征医学超声影像学总论第117页 超声组织定征（UTC）是探讨组织声学特征与超声表现之间相互关系，进行超声组织性状分析基础与临床应用研究。对心肌梗死、风心病、肝脏、乳腺等各脏

27、器病变和物理治疗、生殖医学诊疗、监控有主要临床应用价值医学超声影像学总论第118页 基础原理：组织结构、状态和功效改变，必定引发其超声传输特征改变。经过某种特定伎俩，从组织超声回波信号中分离、提取出能反应组织结构、功效、状态量化参数，加以解释，到达区分病变性质目标 当前，UTC研究、应用范围有声速、声衰减、声散射、回声强度、组织硬度等方面。较有发展前途和实用价值是进行回声强度检测视频法和进行超声背向散射积分检测射频法医学超声影像学总论第119页 视频法：应用计算机，开发软件，将回声图像转化为数字图象，进行回声强度（EI）定量分析基础与临床应用研究 组织钙化或疤痕时， EI 显著增强，肥厚型心肌

28、病、心肌淀粉样变性也可出现类似改变 医学超声影像学总论第120页 咱们研制“DFY型超声图像定量分析诊疗仪”(下简称“定量仪”),对组织回声图像详细最大、最小、平均灰阶(GS)、分贝(dB)值进行了检测 “定量仪”将超声图像转化为数字图像，取得每一像素点详细数值。分辨率为660440像素(Pixel),256级GS(黑0-亮255),85个超声强度等级(0dB-85dB)。可连接于各种超声仪使用 医学超声影像学总论第121页 操作、取样需标准化，所取二维图像以日常操作最正确图像为准。可将后心包作为回声幅度上限参考，因其胶原含量极为恒定；回声幅度下限可用左心室腔内血液作为参考医学超声影像学总论第122页 射频法：超声束进入组织时，组织细微结构可组成散射体，使超声波向各个方向散射，在入射声波呈180方向上单位体积和单位立体角微分散射截面为背向散射，以背向散射系数表征。超声背向散射积分（IB）是将背向散射系数在测量频段内取其积分平均，是样品在声学上不均匀性程度，对了解组织状态可提供有用信息医学超声影像学总论第123页 升级后“定量仪”增添了更多功效 可行组织能量多普勒信号定量分析 可行彩色多普勒信号定量分析 可对组织声学造影进行监控分析 可用于超声微泡粒径分析 可用于测定微小血管血流速度 可用于组织、肿瘤血流灌注量定量分析医学超声影像学总论第124页 用“定量仪”