超声基础原理1课件

第一章超声的基本概念第一节超声物理基本概念声波与超声波声波是机械振动在弹性介质内的传播，是机械波。介质和振源。如水波，声波。电磁振动通过变化的电磁场在空间中(在介质中或真空中)传播形成电磁波。如无线电波，光波等。这两类波动本质不同，但具有相同的波动特性，如产生反射，折射，衍射和干涉等现象，都具有能量的传播。声波按其频率分类:<16Hz次声波，低于人耳听觉低限;频率16-20000Hz之间为可听声。>20000Hz为超声波。高于人耳听觉。诊断用超声波的频率在1MHz-80MHz之间。常用2-20MHz。波长(λ)∶声波在一个周期内，振动所传播的距离。单位是毫米(mm)。与频率呈反比关系。声速为1540m/s，1MHz的超声波波长约为1.5mm，3MHz的波长约为0.5mm，7MHz的波长约为0.2mm。波长定性地给出了超声成像的分辨能力。为提高超声诊断的水平，通长我们尽可能采用波长小也就是频率高的超声波。声速(c)∶声波在介质中传播，单位时间内所传播的距离，单位是米/秒(m/s)。人体软组织的平均声速为1540m/s，和水的声速相近。不同的软组织的声速虽然不相同，但它们的差别不大。软组织的声速与其成分(如多种蛋白质，脂肪和水的含量)有密切的关系。一般的说，声速随水分和脂肪含量增加而减低。F=c/λ反射、透射、折射、散射和绕射

超声波是一种波动，在弹性介质中传播和其他波动类似，也有波的叠加、干涉、反射、折射、透射、散射、衍射以及吸收、衰减、频散等特性。一反射、透射与折射∶声波从一种介质向另一种介质传播时，由于声阻抗Z不同(密度ρ，声速C不同)在二种介质之间形成一个声学界面，如果该界面尺寸大于超声波波长，则一部分超声波能量返回到第一介质。另有一部分能量穿过界面进入第二介质并继续向前传播，称为透射。当两种介质的声速不同时，就会偏离入射声束的方向而传播，称折射。由此，我们可以解释一些医学超声中的常见现象∶①由于反射和折射产生的各层回波携带了人体组织的信息，但回波并非独立的生理参数或物理参数，只是反映界面两侧组织的声阻抗的差异。②空气与压电材料之间的声阻抗的差异很大，散射:超声波在介质中传播，如果介质中含有大量杂乱的微小粒子，超声波激励这些小粒子成为新的波源，再向四周发射超声波。超声波在介质中传播，如遇到的物体其直径小于λ/2时，则绕过物体继续向前传播，这种现象称为绕射(也称衍射)。超声波波长愈短、频率愈高、能发现障碍物的能力愈强。逆压电效应在压电材料表面沿着电轴方向加上电压，由于电场作用，引起材料内部正负电荷中心位移，这一极化位移使材料内部产生应力，从而导致宏观上的几何形变，这种将电能转变为机械能的效应叫逆压电效应。超声波发射换能器采用了逆压电效应，将电压转变为声压，并向人体发射。压电效应是可逆的，压电材料既具有正压电效应，又具有逆压电效应。医学超声设备中，常采用同一压电换能器作为发射和接收探头，但发射与接收必须分时工作。多普勒效应在超声场中，由于目标的运动或振源的运动，接收信号的频率发生改变，频率移动的大小正比与运动的速度，这就是多普勒原理，例如血流的运动，使散射回波发生频移，体外检测频移的大小，就可知血流的运动速度。吸收和衰减衰减∶超声波在介质中传播，声能随传播距离的增加而减小，这种现象称为超声的衰减。吸收∶1.粘滞吸收∶超声在介质中传播时，介质质点沿其平衡位置来回振动，由于介质质点之间的弹性摩擦使一部分声能变成热能。2.热传导吸收∶通过介质的热传导，把一部分热能向空中辐射。粘滞吸收和热传导吸收都使超声的能量变小，导致声能衰减。衰减是指总声的损失，而吸收则是声能转变成热能这一部分能量的损失。耦合介质探头和检测对象之间，使超声波传递良好的介质，耦合介质的阻抗与人体和探头的阻抗相匹配。对探头及人体无损伤。透声性好固性和液性可互换。侧壁声影在圆形病灶中，如果第二介质声速大于第一介质的声速，入射声束发生折射或全反射，造成其侧壁或边缘下方组织无声束照射而产生声影。换能器发射和接收声波发射声波∶是将电能转换成声能。接收声能∶是将声能转换成电能。它是超声诊断仪的主要部分组成∶晶片、吸收背块、匹配层及导线。EMISSION分辨力超声所能分辨出两点之间的最短距离的能力。分为纵向分辨力和横向分辨力纵向分辨力∶分辨出位于声束轴线上两个物体之间的距离的能力。横向分辨力∶分辨位于声束轴线垂直的平面上两点之间的能力。聚焦在超声场内，将声束中的超声能量会聚成一点的方法称为聚焦。减小声束，提高横向分辨力几何(机械)聚焦和电子聚焦动态聚焦让声束在整个深度范围内均得以聚焦的方法，称为动态聚焦。一般为三点或四点动态聚焦，取得的焦点越多，成像速度越慢。距离选通脉冲多普勒具有距离选通，即沿超声束的不同深度对某一区域的多普勒信号进行定位测量。壁滤波器应用高通滤波器，滤掉由心房壁、心室壁、血管壁和瓣膜运动所产生的低频信号。只保留血流运动所产生的高频信号。相反即形成的为组织多普勒。增益将超声波信号进行对数放大处理。处理分两种∶1.时间增益控制∶又称距离增益控制，对回波的放大随时间而改变，一般采用近场抑制，远场增强以使整个图像清晰均匀显示。2.自动增益控制∶从电路上自动地降低强信号的放大倍数，提高小信号的放大倍数的控制装置。它能使强弱不等的回声信号均匀一致的显示出来。抑制去除比限幅电压低的弱信号和噪音，以去除干扰，提高图像清晰度。灰阶(grey-scale)按不同的分贝(dB)以相应的亮度显示在监视器上，称为灰阶。目前最大的灰阶范围是256级。人肉眼可辨的最大灰阶为16级。模/数(A/D)转换把超声模拟信号转换成数字信号，并送入数字扫描换能器处理运算的过程。帧率在单位时间内成像的幅数。凸阵一种多阵元探头，其阵元排列成凸弧形。对比分辨力是指区别不同组织的能力或超声在显示组织结构质地上微细变化的能力。伪彩显示它是将超声信号的幅度或黑白图像的各个灰阶值，按照一种线性或非线性函数关系，进行彩色编码，相对应成不同的彩色。彩色并不反应目标的真实颜色。但可加强对比度，提高检查者的视觉敏感性。实时频谱利用数学方法对多普勒信号的频率、振幅及其随时间而变化的过程进行实时分析的一种技术。快速富里叶转换一种将富里叶转换简化的新的计算方法。由于这种计算方法，才使各种频移信号得以实时处理，才能进行计算。多普勒增益用于调整频谱分析电路中输入信号的强弱。原则是将频谱和彩色血流图显示清楚。阻抗匹配探头探头与人体接触的材料是采用与人体组织声阻抗差很小的复合材料。从而减少了组织界面和探头之间的混响伪差，同时又不损失对远场的穿透力。第三节超声图像基本概念依据不同组织的不同回声以及各种病变的特征声像图表现来命名的名称。无回声无回声区∶病灶或正常组织内不产生回声的区域。如胆囊内的囊液、血液、膀胱内的尿液、眼球、各种实性器官的囊肿。低回声也称弱回声，为较低的点状或团块回声。多见肿瘤和其它病变组织。等回声病灶的回声强度与其周围正常组织的回声强度相等或近似。中等回声中等强度的点状或团块状回声。强回声反射回波多，超声图像明显增强。人体不同组织回声强度顺序肾中央区(肾窦)>胰腺>肝、脾实质>肾皮质>肾髓质>血液>胆汁和尿液。点状回声反射体尺寸较小，超声图像上表现为点状。浓密回声密集而明亮的点状回声。实性回声在图像上的某一区域，无后壁和后壁增强效应，可肯定为实质的回声。声影由于障碍物的反射或折射，声波被反射，声波无法达到被照射的区域，形成此区域的失照射，形成声影。靶环征某些肿瘤病灶，在其中心强回声区的周围形成低回声的同心圆环，称为靶环征。多见于肝转移癌及胃肠道肿瘤。假肾征中间部为强回声的气体，周围为胃肠壁的低回声，整个形态类似肾脏的图形称为假肾征。常见于正常胃和肠道肿瘤。驼峰征当肝脏肿瘤从肝表面向外呈圆形隆起时，形成类似驼峰样形态。晕圈在实质性脏器的肿瘤边缘形成一圈弱回声的透声环，称为晕圈。结石滚动征胆囊结石，囊内结石可随体位改变而移动。双筒枪征又称平行管征。肝管或胆总管扩张时，声像图上形成与门静脉平行且直径相近或更粗的管道图像，形似双筒枪。反向靶征中心为低回声，周围绕以强回声的同心圆形团块回声。多见于肝转移癌。宫腔分离征在粘膜下子宫肌瘤时，因其位于宫内，导致宫腔回声分离。空窗区在多普勒频谱图上，频带与基线之间的无回声信号区。层流红细胞以相当一致的方向和速度流动，速度分布剖面呈中央在前，两侧靠后的抛物线状。彩色多普勒血流图呈单一色彩，中央鲜亮，两侧依次变暗。湍流红细胞运动的方向和速度不一致。其多普勒频移大小不均，方向不一。频谱呈宽带形。彩色多普勒血流图呈多色混杂状。紊流频谱形态不规则，单向主频谱充填、有低幅负向频谱。多见于二尖瓣狭窄及各瓣口关闭不全。射流频谱呈完整的单向波形，有明确的主频谱且部分充填，流速多>100cm/s。多见于压力高的动脉向压力低的区域流动。涡流血流经过严重狭窄后进入扩张的血管腔或心腔，形成许多小漩涡、离散的紊乱血流。频谱无规则、呈双向、无明确主峰。彩色多普勒显示五彩镶嵌的血流。此种血流多见于室间隔缺损、瓣口返流及明显的动脉狭窄。A/B比值A值为收缩期最高峰流速，B为舒张期最低流速。其值的临床意义是评价血流阻力情况，常用于产科。阻力指数(ResistanceIndex)RI=Vmax-Vmin/Vmax评价血流阻力的指标之一。搏动指数(PulsatilityIndex)PI=A-B/MM为平均血流速度。受频谱质量的影响。阻抗指数ImI=AxM/B2不常用。漩流血流进入大的空腔时，其主血流朝前，抵达腔壁后折返，在主血流的侧方形成一反向血流，两股血流方向相反，各占一定范围，形成较大的漩涡，即所谓漩流。彩色多普勒上显示出红、蓝两条边界分明的血流束。超声诊断仪的分类A-型∶AmplitudemodelB-型∶BrightnessmodelM-型∶MotionmodelD-型∶Doppler血流测量C-型∶三维成像技术Amplitudemodel显示回波信号的幅度，包含一维信息。从回波的分布，宽度及幅度的大小，探头安放的位置，可测定病灶的深度和大小，在某种程度上可推测病灶的物理性质(囊性、实性等)。目前各大小医院已淘汰。B-型超声诊断技术工作流程∶探头→回波接收电路→数字扫描变换器→图像后处理→显示器。表现形式∶将组织的回波以调制的二维亮度(亮点的位置和亮度)显示，表现为人体某一断面的解剖和病理信息。显示器的y-轴代表传入人体的时间(即深度)，其亮度(即灰度)由对应空间点上的回波幅度调制；X-轴表示声束对人体扫查的方向。实际上超声束犹如一把刀，把人体无损地切成一个个断面，以二维灰阶分布图显示在屏幕上。二维声像图具有良好的解剖形态，图像上光点的亮度(即回波大小)与组织密度成正比X-轴代表方向、y-轴代表深度衡