超声培训课件

*1超声培训*2培训目标超声基础知识超声成像模式超声技术名词超声探头介绍超声学习方法与交流超声基础知识*4

物理基础

一超声显像物理基础

一、超声波基本物理量

（一）声源、介质

1、声源

我们把能发出声音的东西叫做声源。振动是产生声波的根源。

在超声成像中，探头晶片发射时即产生超声，所以探头晶片就是声源。

2、介质声源和接收声音之间的空间充满了气体(空气)，或是液体，或是固体，即有种传播声音的媒介物——介质。声波必须在介质中传播，在真空中声波是不能传播的。

在超声诊断中，人体脏器、器官都是介质。介质的声学特性与成像的关系非常密切。

超声与声音除了频率高低有别外，它们在本质上是一致的，都是一种机械振动，并以确定的速度通过介质。*5（二）频谱图与超声波

1。谱图

在很宽的频率范围内，机械波和振动都可以产生声音，这种频率范围叫做声学频谱。这个频谱从可听范围到构成物质振动状态的声子的范围（>1012），在图1-1-1谱图中给出了声学频谱的图形解释。

2。超声波

人们能听到的声音，大约是20～20000Hz。高于20000Hz的声音叫做“超音”，也就是通常所说的超声波

图1-1-1声学频谱图

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（三）超声波应用范围

在20到100KHz的频率范围内，很多动物都用超声波进行交流、导航及追捕它们的猎物。

从100KHz（105Hz）到1MHz（106Hz），超声波最重要的应用就是声呐（声音导航及测距）。

2.5MHz到5MHz的频率用于心脏、腹部及软组织成像。这些频率能穿透组织可到达20-15cm的深度。

5-10MHZ的频率的超声波可以用于小器官的成像，例如：腮腺、甲状腺、颈部血管及眼睛显像，它只需要4-5cm的穿透深度。

10-30MHz用于皮肤及血管内检查，可以获得高分辩力的图像。

40-100MHz用于生物显微镜成像，对眼活组织表面下的显微诊断。*7

（四）超声波的三个基本物理量

1、超声波的振态

超声波的振态在固体中有纵波、横波和表面波三种，而在液体和气体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。

2、超声波的三个基本物理量

超声波有三个基本物理量，即波长（wavelength,λ）,频率（f）和声速(velocity,C),它们之间的关系为：

C=λ×f也就是λ=C/f

（1-1-1）

频率即一秒钟内声源振动的次数,以赫兹为单位，并常用1kHz、1MHz（1Hz=1次/秒）。频率是周期的倒数，如振动周期为T，则f=1/T。

声速声波在某种介质中的传播速度，即一秒钟传播的距离，单位为米/秒（m/s）。它与介质的弹性（K）和密度（ρ）有关,

而与超声的频率无关。声速在决定声阻抗以及回声测距精度上是重要因素。超声在人体软组织中平均速度为1540m/s,探测1cm深度目标所需时间为13.4μs.*8

(五)声速、波长与介质的关系

1、声速与介质的关系（1）.同一介质不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。（2）.不同介质

同一频率的超声波在不同介质中传播的声速是不同的，例如：1MHz超声波在0℃的水中为150Om／s；在0℃的钢材中为6000m／s；在人体软组织中平均声速为1540m／s。如图1-1-3所示：生物材料（组织）中的超声速，粗横条代表实验测得的速度范围。

人体软组织的声速分布在1500m/s～1680m/s之间,利用超声方法对软组织测距存在一定的误差。而骨组织的声速则高于2800m/s、肺组织的声速大约在1200m/s以下，了解人体不同组织声速的分布对判断由超声测量引起的误差是很有帮助的。图1-1-3生物材料中的超声速

横条代表实验测的的速度范围*9（六）超声波的特性

直线传播良好的指向性衰减性反射性多普勒效应*10（七）多普勒效应：声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时间内收到的振动次数（频率），除声源发出者外，还由于接收体向前运动而多接收到（距离/波长个）振动，即收到的频率增加了。相反，声源和接收体作背离运动时，接收体收到的频率就减少，这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应*11

2、波长与介质的关系

（1）同一介质不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。

1MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为1.5mm。

3MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为0.5mm。

5MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为0.3mm，

所以频率越高的超声波在同一脏器组织中传播其波长愈短。

例如：用高频率的探头检查肝脏其波长也愈短。

（2）不同介质

同一频率的超声波，在不同介质内传播，因传播声速不同，则波长也不相同。频率为3MHz的超声波在人体软组织中传播时，其波长为0．5mm，而在空气中传播，其波长为0.114mm。所以用同一种探头检查人体不同的组织时，由于声速存在差异，所以波长也是不相同的。*12（二）．超声波的反射是超声成像的基础

1．分界面上的反射在两种不同介质的分界面传播时就可能发生反射和折射。图l-1-5表示一种简单的情况，所示其反射性能受到介质特性阻抗的影响。分界面两边的特性阻抗差将决定入射超声如何在透射和反射之间分配。图1-1-5分界面上的反射

2、介质的特性阻抗介质特性阻抗Z等于它的密度ρ和超声在其中的速度C的乘积，即：

Z=ρ×C(l-1-2)

物质的密度一般是固体＞液体＞气体，超声在介质中的速度是固体＞液体＞气体，故声阻抗值一般也是固体＞液体＞气体。人体软组织及实质性脏器的密度、声速和声阻抗与水相接近(因脏器内水的成份约占60～70％)。*13

3、人体组织衰减程度一般规律

人体软组织对超声波的吸收不仅与媒质的物理特性有关，而且与其生理状态有关。从临床实验得知，正常组织与病变组织对超声的反应不同，癌组织对超声吸收较大，炎症组织次之。血液和眼前房液的吸收最小；肌肉组织的吸收有所增加；纤维组织和软骨则能吸收大量能量；骨质的吸收更大。

即：骨（或钙化）>肌腱（或软骨）>肝脏>脂肪>血液>尿液（或胆汁）液体内含蛋白成分的声衰越大，组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大，*14人体不同组织的声衰减比较*15

三,超声波的分辨力、穿透力

分辨力能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小间距的能力。依方向不同可分为轴（纵）向分辨力和侧（横）向分辨力。

(1)轴向分辨力

轴向分辨力是指声束穿过介质中能被分辨为前后两点的最小间距，它与超声波的频率成正比。从单纯理论上计算所能测到物体的最小直径，叫做最大理论分辨力。在数值上为1/2λ。在实际的B型超声设备中，轴向分辨力可以达2mm以下。图1-2-10表示出不同频率的超声波的轴向分辨力。图1-2-13轴向分辨率与频率的关系*16

(2)侧向分辨力

侧向分辨力是指与声束相垂直的面上，能被分辨两点的最小间距。它与超声束的宽窄带有关。声束越窄（细），其侧向分辨力越好。如图1-2-11所示：图1-2-14声束宽窄与侧向分辨力的关系*17

(3)分辨力的测量

通常采用生物模块来测量超声波的轴向和侧向分辨力，图1-1-16（A）为生物模块的照片。1-1-16（B）为实测的分辨力。图1-1-15（A）生物模块图1-1-15（B）为实测的分辨力图片*18

(4)、穿透力

分辨力的增加将以穿透力的损失为代价。所有的人体组织都表现出随频率增加超声衰减也增加。

典型软组织衰减系数为0.5dB/mmMHZ.

3MHz系统可达到最大穿透力为220mm（a）

5MHz系统可达到最大穿透力为150mm（b）

10MHz系统可达到最大穿透力为50mm（c）

60MHz系统可达到最大穿透力为5mm（d）

由于人体软组织对超声的吸收衰减系数不同，其波长对探查结构的容许尺寸的因素是有帮助的。应针对不同部位的诊断，可选择不同频率的超声探头。图1-1-16在理想成像情况下，

穿透力相对频率的关系abcd*19

(1)．空化作用：

所谓空化作用就是指在液体中产生强超声时，会出现一种类似雾状的气泡，此种现象称超声空化作用。这种现象类似日常生活中所遇到的轮船推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样。这种空化作用使超声具有强烈的破坏作用。

由于生物组织大多数属软组织，因此，在超声作用下，其细微结构多少会发生形变。

在较大强度超声的作用下，如超声治疗所用的1W/cm2以上的剂量，则生物组织会由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形变，以至使细胞坏死和整个生物组织坏死，这种强度剂量在超声治疗中，用以粉碎结石、血栓。在外科手术中，用更强的超声来作为非侵入性手术刀。但作为超声诊断，一般是禁止使用这种剂量的。

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(2)热作用：

生物组织在超声机械能的作用下，由于沾滞吸收，将一部分超声能转化为热能，使生物组织的温度上升。当超声辐射达到治疗剂量的强度时，热作用明显，并能使热量深入人体组织器官，甚至还会随着血液传导热能。在用超声进行治疗中得知，频率为800KHz、剂量为4w/cm2的超声照射20s后，会在组织器官0.2~3cm的深处产生热作用，而起到治疗效果。(HIFU)

(3)生物作用:超声的空化作用和热作用与生物作用是有机联系的；生物作用是氧化和还原作用。在高剂量超声情况下，因超声的生物作用还会破坏有机结构的蛋白质

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超声成像模式*22A型A型(Amplitudemode)：属一维超声、回声强度以振幅显示、探头由单晶片构成，主要用于腹部、头颅、眼、胸腔等检查，现多已淘汰。

A型扫描示意图

Y轴

(振幅高度)代表回声强度、X轴代表深度A型回声图示意图回声图*23B型B型(Brightnessmode)为辉度调制型。即以不同辉度的光点表示界面反射信号的强弱。反射强则亮，反射弱则暗。声束顺序扫查脏器时，反射光点群按次序分布成一切面声像图，故此方法可显示脏器的二维切面图像。当成像速度大于每秒24幅时．即可显示脏器的活动状态，称为实时显像。

B型超声诊断仪有多种扫查方式，根据探头种类及扫查方式可分为线扫、扇扫及凸弧扫，每种扫查方式各有所长。高灰阶的B型超声诊断仪，可清晰显示软组织的微细结构。B型超声可用于胸腔、腹腔、盆腔内脏器及颅脑、眼球、乳腺、甲状腺的探测，是目前临床应用最为广泛的超声诊断法*24切面超声心动图示意图a、快速扇形扫描示意，b、切面超声心动图Y轴代表深度，X轴代表心脏长轴。B型电子线阵显示示意图a、线阵仪扫描示意，b声象图显示，Y轴代表深度。X轴代表上下或左右*25M型超声光点扫描法

M型(Motiontype)：一维、光点显示、光点的亮度代表回声强弱、探头为单晶片，用于心脏、胎心、血管检查、显示心脏、血管结构的活动规迹曲线图又称M型超声心动图。M型心动图Y轴代表深度，X轴代表时间M型超声心动图示意*26M型图像*27D型D型（Doppler）：（1）连续波多普勒：一维、频谱显示、探头内有二个晶片一收一发，用于检测高速血流。（2）脉冲波多普勒：一维、频谱显示，探头由单晶片组成、兼收、发。常与二维超声相结合，用于检测血流速度、方向、性质等。（3）彩色多普勒：二维、光点显示、以伪彩色代表血流方向、性质及速度。多普勒用于检测心腔及血管内血流。彩色多普勒仪都具有B型、M型、连续波、脉冲波多普勒功能、根据需要任意选择使用超声脉冲多普勒显示示意图a、多普勒取样部位显示。b、多普勒频谱图。Y轴代表频移（血流速度）。X轴代表时间。*282D+CPA+PW图像技术名词*30谐波概念：由于人体组织的非线性，超声与介质之间相互作用的（传播、反射、衍射等）的非线性效应导致可能在发射频率中不存在频率的出现。产生：首先水和组织是可压缩的物质，当声压处于峰值时，密度比在波谷时稍大些，这一密度的变化则影响了声波的传播频率和速度（波峰时快，波谷时慢），波峰变尖，就像海浪一样，巨浪演变成尖而陡的波（高频、包括谐波），而靠近海岸线的则是代表基波的频率。*31分类分类：造影谐波、组织谐波造影谐波：使用造影剂UCA（UltrasoundContrastAgent)可以扩大非线性现象，被注入UCA的组织会产生大量的直径数微米微气泡，大小和红细胞接近，由于入射/散射之间强度的关系的非线性参数比人体组织大10~100倍，这就意味着UCA所产生的谐波能量比周围组织大10~100倍，而二次谐波的成分是最丰富的（但依然不能超出基波的能量）且到某一深度达到最大值。自然组织谐波=组织谐波NHI（NativeHarmonicImaging）=自然谐波THI（TissueHarmonicImage）：不用造影剂UCA的谐波成像*32谐波应用及优/缺点THI/NHI应用：肥胖、肺气过多、肋间间隙狭窄、腹壁较厚的病人，也就是显像较困难的人CHI（ContrastHarmonicImage）应用：显示脏器内部的微细血管，有利于鉴别肿瘤血管，谐波多普勒技术可检测甚低速血流。1 增强心肌和心内膜显示；2 增强细微病变的显现力，了解心内血流动状态；3 对血栓轮廓的显示较清晰；4 增强心腔内声学造影剂回声5 降低心腔内金属物回升6 清晰显示腹腔深处血管病变边界7 对腹部、肝、肾、胰腺局限占位性病变显示清晰8 清晰显示腹部含液性脏器（胆囊、膀胱）内病变及囊位病变的内部回声（肾囊肿、卵巢囊肿）缺点：由于有一定数量的动态范围消耗，在显像良好的病人当中，可能使图像质量退化。*33功率多普勒谐波成像（HarmonicPowerDopplerImaging）：HPDI：谐波成像和功率多普勒超声的结合；反向脉冲谐波（Pulse/PhaseInversionHarmonic):发射基波的同时，发射一个相位与其相差180度的声波，使接收回声的基波成分完全抵消，只剩下宽频的谐波成分，特点是：发射/接收不受频带宽度的控制，探头可以检测全频带的谐波成分。*34造影谐波成像ContrastharmonicImaging;CHI

又译为对比谐波成像对比造影剂谐波成像技术(ContrastAgentHarmonicImaging;CAHI),是二次谐波成像技术中的一种，它利用超声波冲击(对比)造影剂的微泡时，微泡在两倍数或更高倍数的声波频率上振动，困此可再发射(而组织反射产生的谐波能量很小)，因此超声仪器接收这种二次谐波频率在示波屏图像上可更好地显示出造影剂的回声而增加其密度、灵敏性和饱和度，使心内膜更为清晰。多用于观察声学造影剂对心腔及心肌的造影增强效果。*35造影剂简介造影剂：非气泡造影剂：口服液体：水、饮料；结肠水灌注；气泡造影剂：简单的：生理盐水+葡萄糖+少量气体；Co2+肝素化的生理盐水+少量自身血液；结肠双氧水灌注Albunex：美国MolecularB