超声成像及检查方法-课件

超声成像及检查方法概论第一节超声医学基础第二节超声检查技术第三节超声质量控制

概论

本章学习目标

1、超声医学的定义与范畴、超声波的物理特性。

2、超声检查前准备、探头准备及选择、超声探查方式及仪器调整、超声检查注意事项。

3、超声质量控制。

超声医学

是集物理学、医学与电子工程技术相结合的一门新兴科学。超声医学以其独有特性与其他医学影像技术共同组成了医学影像学。

向人体发射超声,并利用其在人体器官、组织的传播过程中,由于声的透射、反射、折射、衍射、衰减、吸收而产生各种信息,将其接收、放大与信息处理形成声像图(波型、曲线、图像或频谱),籍此进行疾病诊断的方法学,称为超声诊断学。

利用超声波的能量(热学机制、机械机制、空化机制等),作用于人体器官、组织的病变部位,以达到治疗疾病与促进机体康复目的的方法学,称为超声治疗学。

第一节超声医学基础

一、概述(一)超声医学的定义及范畴利用超声波的原理,对人体组织器官的物理特性、形态结构与功能状态作出诊断的非创伤性检查方法,称为超声检查。超声检查的主要用途:

1、探测各脏器及其病变的大小、形状、位置、毗邻关系。

2、观察各脏器的内部结构、脏器内各种占位病变的物理特性。

3、随访经药物或手术治疗后各种疾病的变化。

4、检测体腔是否存在积液及液体量的多少。

5、检测心脏及大血管的结构、功能及血流动力学状况,判断有无各类先天或后天性心血管疾病。

6、超声引导细针穿刺细胞学检查或组织学活检,以及行经皮肝穿刺胆管造影及置管引流。超声检查的特点:①实时。②无创。③可移动。④应用广泛。⑤价格低廉。(二)超声发展史超声治疗的应用早于超声诊断,1922年德国就有了首例超声治疗机的发明专利,超声诊断到1942年才有德国Dussik应用于脑肿瘤诊断的报告。但超声诊断发展较快,20世纪50年代国内外采纳A超,以及继之问世的B超开展了广泛的临床应用。20世纪80年代初期彩色多普勒血流显示(CDFI)出现,并把彩色血流信号叠加于二维声像图上,不仅能直观地显示心脏与血管内的血流方向与速度,并使多普勒频谱的取样快速便捷,80~90年代以来超声造影、二次谐波与三维超声的相继问世,更使超声诊断锦上添花。

(三)超声发展趋势超声医学在医学诊断、治疗等方面都有着广阔的前景。70年代后出现的各种带有数字扫描转换器(DSC)与中央处理器(CPU)的高性能B型超声诊断仪、超声心动图、彩色多普勒血流显像仪等三功能或多功能超声诊断系统。超声也由原来的一维变为现在广泛使用的二维实时B型超声显像;近来超声也开始使用三维图象。差不多广泛使用的有妇产科用的三维容积扫描方式与脏器的实时三维扫描方式等,随着技术的提高心脏的实时三维也被广泛应用到临床。

随着计算机的深入应用,超声诊断将具有强大的信息处理能力;高速的运算能力;灵活的软件控制能力;精细的测量功能。在提高图像质量上,首先在成像的基础部分进行了提高,优化了超声的发射方式、提高了超声声束的物理特性、改善了图像质量。这些技术的应用都有赖于计算机的深入应用。二、超声波物理特性

(一)超声波的基本物理量超声波:指频率超过2万赫兹(Hertz,Hz)即超过人耳听阈高限的声波,属于机械波,是一种纵波(指质点振动方向与波的传播方向平行的一种波)。诊断用的超声频率在1～20兆赫(MHz)之间,最常用者为2～10MHz。

可闻声波:指人耳能够听见的声波,其频率范围是20～20000Hz。

次声波:指频率低于20Hz的机械波,人耳是听不见的。

声速、波长、周期与频率声速(C):指单位时间内声波传播的距离,单位为米／秒(m／s)。声速的大小与介质的性质有关,与波长、频率等无关。

波长(λ):指同一传播方向上两个相邻的相位相同的质点之间的距离,单位为毫米(mm)。

周期(T):指传播一个波长所需要的时间,单位为秒(s)。

频率(f):指单位时间内质点振动的次数,单位为赫兹(Hz)。频率与超声波的纵向分辨率与穿透力有关。用于医学诊断的超声波频率范围为1~20MHz。C=fλ=λ/T(二)超声的物理特性

1、超声场超声场是指发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间。超声场简称声场,也称声束。声束中心的轴线名为声轴,它代表声束传播的主要方向。声束两侧边缘之间的距离称为束宽。

2、声束聚焦与分辨力采纳聚焦技术,可使聚焦区超声束变细,减少远场声束扩散,改善图像的横向与侧向分辨力。聚焦的方法有固定式声透镜聚焦与电子聚焦两种。(1)固定式声透镜聚焦:将声透镜贴在探头表面。常用于线阵探头、凸阵探头以提高其横向分辨力。(2)电子聚焦:利用延迟发射使声束偏转,实现线阵、凸阵等多阵元探头的发射聚焦或多点聚焦以提高侧向分辨力。

3、反射、折射、衍射与散射(1)大界面与界面反射:声波发射时当遇到密度(ρ)与声速(c)不同的两种介质构成的大界面,会发生反射与折射(透射),包括回声的反射。大界面是指大于声束波长的界面。人体许多器官,如肝、脾、胆囊的包膜,腹壁各层肌肉筋膜,以及皮肤层等都是典型的大界面。现代超声诊断仪利用大界面反射原理,能够清楚显示体表与内部器官的表面形态与轮廓。声特性阻抗(Z):

简称声阻抗,能够理解为声波在介质中传播时所受到的阻力,大小是介质的密度与超声波在该介质中声速的乘积(Z=ρC),单位为瑞利(G/cm2s)。界面回声反射的强度是由反射系数决定的。

(Z1、Z2代表两种介质的声阻抗)由式中可见:当两种介质声阻抗差异愈大(Z1>>Z2或Z1<<Z2),界面反射愈强。当Z1=Z2时,界面反射消失。两种介质存在声阻抗差,是界面反射的必要条件。

(2)小界面与背向散射

小界面是指小于声束波长的界面。超声波遇到小界面会发生散射,散射波向四面八方分散能量,只有朝向探头方向的微弱散射信号--背向散射,才会被检测到。在人体软组织内的细胞,包括成堆的红细胞是小界面。(三)超声多普勒现象

利用运动红细胞对入射超声产生的频移,可进行血流信号的检测。检测的方法有两种,即多普勒频谱图与彩色多普勒血流图。

1、多普勒效应

声源与接收器在连续介质中存在着相对运动时声波频率将发生改变的现象称为多普勒效应,声波频率的差异叫频移(fd)。

2、多普勒效应频移公式

fd:

频移;fo

:入射超声频率;fR:反射超声频率;v:反射体运动速度;c:声速(人体软组织超声平均声速为1540m/s);θ:运动方向与入射声束间的夹角。当θ=90°时,cosθ=0,公式计算没有意义,就不估计测出血流速度。因此为了顺利准确测量速度,必须将θ角度变小,尽估计使θ＜60°。实际操作过程中尽量使超声声束与血管平行,测得的血流速度就会直截了当准确。3、多普勒有三种方法:脉冲波多普勒(PW)连续波多普勒(CW)高脉冲重复频率多普勒(HPRF)

(1)PW

采纳单个换能器,在特别短的脉冲期发射超声波,而在脉冲间期内有一个“可听期”。脉冲多普勒具有距离选通能力,测值相对准确,但检查深部及高速血流受到限制。并受脉冲重复频率(PRF)的影响,PRF越高,测量血流速度也越高。脉冲重复频率(PRF)为单位时间发射脉冲波的个数。

(2)CW

采纳两种超声换能器,一个发射恒定的超声波,另一个换能器恒定地接收其反射波(或背向散射波)。

优点:为可测量高速血流而不发生频谱的混迭。

缺点:为无深度定位功能,不能提供距离信息。

(3)HPRF

采纳脉冲多普勒超声测量血流速度受到脉冲重复频率(PRF)的限制。PRF必须大于多普勒频移(fd)的2倍,PRF＞2fd,被称为尼奎斯特极限,假如多普勒频移超过这一极限,脉冲多普勒所测量的频率就会出现大小与方向伪差,即频率失真,或称为频率混叠。在操作过程中应注意调整速度量程幸免出现这种伪差。

(四)超声的衰减由于声能的吸收、声束在远场的扩散与在界面的反射与散射,使声能随着传播距离的增加而逐渐减弱,这一过程称为超声的衰减。

人体组织衰减程度的一般规律:骨＞软骨＞肌腱＞肝(肾)＞血液＞尿液(胆汁)。为清楚显示深部组织回声,使正常肝、肾实质成为均匀回声,必须使用STC(深度时间补偿)调节,按距离补偿超声能量的衰减。三、超声诊断原理(一)超声的发射与接收超声波的发射与接收依据压电效应原理完成。相互转换的物理现象称为压电效应。由机械能转变成电能的过程称为正压电效应,由电荷产生压力,即由电能转变成机械能的过程称为逆压电效应。具有此种物理待性的晶体称为压电晶体或称换能器。超声的发射即利用的是逆压电效应;超声的接收利用的是正压电效应。穿刺探头

高频探头

腹部凸阵探头

心脏探头

探头使用的注意事项:

(1)探头的装拆都应关断整机电源后进行。

(2)检查暂停时应及时冻结仪器。

(3)有些探头严禁接触某些有机溶剂。

(4)用非油性、无腐蚀性的耦合剂。

(5)非水密封探头不能浸水使用。

(6)不得高温消毒。

(7)防止划损探头。(二)超声脉冲回波成像原理四、超声成像检查方式(一)B型超声诊断仪

B型显示与超声束径向一致的切面回声图像,界面回声强弱由明暗度(灰阶)表示,它属于亮度调制型的二维图像。

目前,比较完整的B超包括主要的组成有:电子探头、发射与接收系统、数字扫描变换器(DSC)、控制系统(CPU)、显示与记录系统、电源等。肝脏切面的B型超声成像图

(二)M型超声诊断仪

M型超声诊断仪是B型的一种变化,介于A型与B型之间,得到的是一维信息。在辉度调制的基础上,加上一个慢扫描电路,使辉度调制的一维回声信号,得到时间上的展开,形成曲线,纵坐标代表人体组织的深度,横坐标代表不同深度的界面在某一段时间内的运动曲线。心脏左室长轴M型超声心动图

(三)超声多普勒成像系统在二维图像上某点取样,获得多普勒频移加以分析,获得血流动力学的信息,对心血管的诊断极为有用,所用探头与B型合用,只有连续波多普勒需要用专用的探头。超声诊断仪兼有B型功能与D型功能者称双功超声诊断仪。

１、D型超声多普勒诊断仪这类诊断仪是利用多普勒效应原理,对运动的脏器与血流进行检测的仪器。

按超声源在时域的工作状态,能够将多普勒系统分为连续波多普勒与脉冲波多普勒。

D型超声多普勒诊断是用血流频谱显示运动的脏器与血流的多普勒频移差异的。横坐标代表时间,纵坐标代表频移的大小(用KHz表示),中间水平轴线代表零频移线,称为基线。

脉冲多普勒的换能器兼顾超声的发射与接收,换能器在发射一束超声后,绝大部分时间处于接收状态,并利用门电路控制,有选择地接收被检测区血流信号,其优点是有深度的定位能力,但它的缺点是受尼奎斯特极限的影响,在测量高流速血流时,产生频谱的混迭现象。颈动脉多普勒频谱混迭

连续波多普勒的换能器由二片相邻的晶片组成,一片发射超声,另一片接收超声,其优点为可测量高速血流而不发生频谱的混迭,缺点为无深度定位功能,故只有测量高速血流时用。

频谱幅值

即频移大小,表示血流速度,其值在自动测量或手工测量时,可在屏幕上读出。频谱灰度

即亮度,表示某一时刻取样容积内,速度相同的红细胞数目的多少,速度相同的红细胞多,则散射回声强,灰度亮;速度相同的红细胞少,散射回声弱,灰度暗。频谱宽度

即频移在垂直方向上的宽度,表示某一时刻取样血流中红细胞速度分布范围的大小,速度分布范围大,频谱宽,速度分布范围小,频谱窄。

从超声多普勒实时频谱上,能够得到许多有用的血流动力学资料,即频谱多普勒参数,如:①收缩期峰速(Vs);②舒张末期流速(Vd);③平均流速(Vm);④阻力指数(RI);⑤搏动指数(PI);⑥加速度(AC)与⑦加速度时间(AT)。

D型超声成像

(四)其他超声成像

三维超声是建立在二维基础上,在彩色多普勒超声诊断仪的基础上,配上数据采集装置(专用探头或静态磁场发射器及磁场定位器),再加上三维重建软件,该仪器即有三维显示功能。现在的超声差不多从实时二维图像向实时三维图像进展,目前比较流行的有实时三维与重建三维。二次谐波显像是检测微泡产生的二次谐波(频率比基波高1倍)来显示微血管低速血流的声学显像方法。

(五)超声伪像

1、混响效应

亦被称为“多次反射”。它可发生在靠近探头的高反射性界面与探头表面之间,即通常说这是外部混响;也可发生在离开探头的某一高反射性物体内部,这通常称为内部混响。

2、旁瓣效应

利用多阵元电子阵列探头声束的主瓣进行超声扫查与成像时,声束旁瓣也会接收来自不同方向的回声,使声像图产生凌乱的甚至令人费解的回声伪像,出现典型的“披纱症”。

3、镜像伪像

当声束扫描遇到平滑的高反射界面例如隔顶部时,声波在该界面似一镜面返回至探头,从而产生虚像。

4、回声失落伪像

当声束与界面的倾斜到了一定角度(入射角大于20°)时,则反射波不再返回探头,回声强度等于0,这就是“回声失落”。

5、由声速引起的伪差或伪像

一般超声仪器测量是依照平均软组织声速1540m/s来设置的,然而骨骼的超声声速却特别高,假如测量骨径时让超声穿过长轴测量就会带来误差。第二节超声检查技术一、超声探查方法(一)超声检查前准备１、患者的准备(1)空腹:腹部超声。(2)充盈膀胱:膀胱、输尿管、盆腔脏器超声。

(3)排便或灌肠:经直肠超声。(4)幸免其他检查的干扰。(5)其他准备:介入性超声检查时,应事先消毒。２、医生的准备

(1)检查仪器①探头类型的选择腹部:电子凸阵探头浅表器官:电子线阵探头心脏检查:电子相控阵探头或机械扇扫探头

经阴道(直肠或食道)检查:腔内探头介入性超声检查:穿刺探头三维探头②探头频率及仪器的调节腹部检查:2~6MHz小儿:5~7、5MHz浅表器官:5~10MHz心脏:2~5MHz(二)超声探查方式1、直截了当探测法:被探测部位涂耦合剂,使探头与被探测部位紧密接触。2、间接探测法:探头与被探查部位之间除涂耦合剂外,还放置水囊或其它材料。3、术中超声检查:先在一个消毒塑料套涂一点耦合剂,然后再把探头放进去,进行术中探测。(三)仪器调整

1、控制钮:设置在操作面板上,它们包括增益(Gain)、STC、AGC、动态范围、增强方式、M游标、Doppler采样、对比度、亮度等按钮。

2、功能键:设置在面板上,它们包括显示格式、方式选择、冻结、左右翻转、正负翻转、扫描速度等按钮。3、操作键:设在键盘与仪器面板上,它们包括测量、体位标记、探头标记、键盘、字符数字输入、修改、各种测量等。(四)超声检查注意事项:依照需要选择探头。选择合适的探头频率。增益调整宜以看清软组织的各种结构为目的,不要太亮或特别黯淡。在检测过程中要依照探查深度的不同注意调整STC。二、颅脑检查

(一)分类１、经颅脉冲多普勒(TCD),用低频脉冲多普勒超声探头检测,脉冲多普勒用伪彩色编码,这种技术只显示脑血流的超声多普勒信号,无二维图像。２、经颅二维超声多普勒成像(TCCS)或经颅彩色多普勒双功超声成像(TCCD)。探头具有二维超声成像、彩色多普勒成像、脉冲多普勒监测血流速度等功能。(二)仪器

１、选用具有二维超声、彩色多普勒、能量多普勒、频谱多普勒功能。2、0~3、5MHz电子相控阵探头。(三)检查体位及方法取仰卧位;检查椎、基底动脉时,俯卧或坐位。通过前囟门、颞窗、枕窗、眼窗、额窗、顶窗、颞-额窗、额-顶窗、顶-枕窗、颞-枕窗等声窗检查。先行常规的横断面检查,后行纵断面、斜断面扫查。测量参数:收缩期峰值速度(υs)、舒张末期峰值速度(υd)、平均速度(υm)、速度时间积分、脉动指数PI、阻力指数RI、收缩/舒张比值S/D等。三、甲状腺及颈部血管检查(一)仪器用7、5~12MHz高频线阵探头直截了当扫查;假如病变位置表浅,近场伪像多时,可提高探头的频率或使用水囊衬垫。(二)检查体位及方法病人取仰卧位,颈后垫枕头,头尽量后伸充分暴露颈前部。在初步确定甲状腺后,转动探头90°,从外上向内下纵切观察甲状腺两侧叶及锥状叶情况,并测量长径及前后径,然后再横切观察左右侧叶及峡部厚度。四、胸部及心脏检查

(一)检查方法常规检查法:二维图像,包括常规的经胸与经食管的超声;M型超声心动图;频谱多普勒;彩色多普勒。新技术:超声造影;血管内超声;三维超声成像。有一些技术现在也被广泛应用到临床如:全方位M型;多普勒组织成像;定量组织速度成像;组织追踪成像;应变力及应变率成像;彩色室壁运动分析;声学密度定量技术,Tei指数等。

1、超声心动图探头固定于某点,声束方向不变,观察心脏某一径线上各界面活动的规律,多在测量腔室大小、心壁厚度及活动速度时应用。

2、常用的切面图(1)左室长轴切面:探头置于胸骨左缘第3、4肋间,探测平面与右肩到左腰的连线相平行。

左室长轴切面自前向后依次为右室前壁、右室腔、前室间隔(室间隔的前部)、左室流出道与左室腔、二尖瓣前后叶及其腱索与乳头肌与左室后壁。于心底部分别为右室流出道、主动脉根部、主动脉瓣与左心房。

(2)心底短轴切面:探头置于胸骨左缘2、3肋间,探测平面与左肩右肋弓连线基本平行。

心底短轴切面显示主动脉根部横切面,主动脉根部后方为左右心房,中间有房间隔。

(3)二尖瓣平面短轴切面:探头置胸骨左缘3、4肋间,探测平面与左肩右肋弓连线基本平行。

二尖瓣平面短轴切面可见二尖瓣菲薄纤细,前后叶镜向运动,于舒张期呈鱼口样张开,有足够的开放面积,收缩期关闭。左室呈圆形,于收缩期呈一致性向心性收缩。(4)乳头肌平面短轴切面:探头置肋骨左缘第4肋间,向外下方倾斜。

乳头肌平面短轴切面显示左室腔内大约3与8点处两个突起(前外侧与后内侧乳头),于收缩期随心壁增厚而增厚。(5)心尖四腔切面:探头置于心尖搏动处指向右侧胸锁关节。

心尖四腔切面显示左右心室、左右心房、后室间隔与房间隔与二组房室瓣(二、三尖瓣)。

3、彩色多普勒超声的优点:(1)探测血流状态,区分是层流依然湍流。(2)检测血流速度:在仪器上直截了当测定峰值流速、平均流速、加速度、减速度、血流量等。(3)估测压力阶差:依照简化的伯努利方程△P＝4V2推算压力阶差,评估瓣口狭窄程度及心腔压力。(4)判断返流与分流:明确地判定返流与分流的部位、时相、程度及范围等。五、消化系统检查(一)肝脏普通检查１、探头:一般成年人选用2、0~6、0MHz凸阵或线阵探头。肥胖的病人用2~3MHz,瘦的病人与儿童可选用５MHz。２、检查体位(1)仰卧位:为常规检查体位。病人仰卧、平稳呼吸、两手上举置于枕后。主要用于检查肝左叶、右前叶与部分右后叶。

(2)

左侧卧位:病人向左侧45°~90°卧位,右臂上举置于脑后,便于观察肝右叶,特别是对右后叶的观察,此外关于观察肝外胆管全程特别有利。(3)半卧位、坐位与站立位:适用于肝脏位置较高的病人,用于了解肝脏的活动度以诊断肝脏下垂。３、扫查方法肝脏超声扫查应该做到系统、全面与正规,按一定步骤有序进行。依照先易后难的顺序,首先从左肝开始扫查。(1)左肋缘下斜断扫查,被检者缓慢地深呼吸,使探头由垂直方向朝被检者左肩侧移动扫查,充分显示肝脏的膈面,以观察左肝的全貌。右肋缘下第一肝门斜切面

右肋缘下第二肝门斜切面

(2)左正中旁-正中线纵断扫查,探头自左肋缘下逐渐转变成左上腹纵断扫查,自外侧向内滑行移动,与腹主动脉平行,充分显示肝脏的膈面。(3)右正中旁纵断扫查,探头自左正中旁线接着向右滑行移动,经正中线至右正中旁与下腔静脉平行,由此还可向右接着缓慢滑行,完成右上腹与肝脏纵断扫查。(4)右肋缘下-剑突下斜断扫查,将探头由垂直位朝向被检者右肩即横膈方向缓慢扫查。(5)肝脏横断扫查,将探头放在剑突下并向下滑行,被检者深吸气,进行肝脏的横断扫查。(6)右肋间斜断肝脏扫查,观察右肝前叶内的门脉(前叶静脉)及其上下段分支。被检者采纳左侧卧位,深吸气,有利于显示门脉腹侧的肝外胆管,包括靠近胰头部的胆总管。(7)冠状面肝脏扫查,将探头放在右侧腋后线上,重点观察右后叶膈顶部肝实质与肝内血管回声,注意膈肌形态、运动及有无膈下或胸腔积液的表现;注意观察肝脏与右肾的关系。(二)肝脏超声造影

灰阶超声造影也叫造影增强超声,造影大大提高了超声关于局灶性病变检出的敏感性与特异性。利用超声造影的时相特征(动脉相、门静脉相与实质相)关于区别正常肝脏血流灌注与良恶性肿物的鉴别极有帮助。超声造影仪器应具备如下功能:①具备造影谐波成像功能、计时器与启动按钮。②仪器的超声功率可调至低机械指数水平。③仪器具备实时双幅动态显示功能。④具备记录设备,把整个造影过程记录下来进行分析。(三)胆道系统超声检查１、探头:一般用2、5~5、0MHz凸阵与线阵探头。２、检查方法:检查前8h禁食。急诊科随到随查。在检查过程中可在空腹检查后饮水300~500ml再进行检查。横结肠内粪便干扰严重者,需要排便后检查。

3、检查体位(1)仰卧位(2)左侧卧位(3)俯卧位六、肾脏检查(一)探头一般用2、5~6、0MHz凸阵探头。(二)检查方法一般无需特别准备。注意幸免肠气干扰。(三)检查体位

1、侧卧位

2、仰卧位

3、(半)坐位右

侧

卧

位

左侧卧位肾脏二维及彩色成像

七、妇产科检查

(一)仪器条件实时灰阶与彩色多普勒超声诊断仪均可。

(二)探头经腹检查选用3~5MHz凸阵或线阵探头;经阴道检查选用5~10MHz探头。

(三)检查方法

1、经腹检查取仰卧位,膀胱适度充盈,于耻骨联合上方进行纵、横、斜各断面检查。妇产科仰卧位纵切妇产科仰卧位横切2、经阴道检查排空膀胱取膀胱截石位,用一次性乳胶套或避孕套将探头自顶端向下罩住,套内放少许耦合剂,将其缓慢放置阴道穹窿部,旋转探头以观察盆腔器官及组织。

八、外周血管检查在最佳的二维图像上(以血管内血液恰好为无回声为宜)放置彩色取样框,并调节彩色速度范围、壁滤波、彩色增益、探头频率等以获得最佳的彩色多普勒血流图。然后在最佳的彩色血流图上取多普勒频谱。