超声成像基础

超声成像基础超声波成像的物理基础超声波是声源的振动频率大于20000Hz的声波(疏密波、纵波)超声波的产生——压电效应逆压电效应——将电能转变成机械能，发射超声波。正压电效应——将机械能转变成电能，接受超声波。超声波的物理特性基本物理量（f、c、λ、T）c＝λ×f，f＝1/T，λ＝c/f声速的在人体软组织中平均声速为1540m/s，即探测1cm深度目标所需的时间约13.4μs。超声波的方向性声场分布呈狭窄的圆柱状近场，远场超声波的反射与透射反射波的方向与入射波声束和界面之间的夹角有关；而透射入第二介质中的声波方向与两种介质的折射率有关。声能在界面处反射与透射声波的能量之和等于入射声波能量；其中反射波能量的大小由两种介质的声阻差大小所决定，即声阻差越大，界面处反射越强，透射越少。声阻：Z＝ρ×C反射与折射发生于大界面上，如：器官包膜，血管壁，等。界面反射是超声波诊断的基础。超声波的散射与背向散射发生于大小小于声波波长的界面背向散射(或后散射)的存在，是超声显示组织内细微结构的基础。超声波的衰减分为：距离衰减和吸收衰减超声波的频率越高，衰减越快脉冲回波测距原理L=CT/2

其中，L为声源至界面的距离，C为声波在介质中的传播速度，T为从发出超声脉冲到接受界面反射回波时的一段时间Doppler效应当超声波发射源与反射介质之间发生相对运动时，接受到的运动目标反射或散射的超声波频率与原发射频率会有所不同，这种现象就称为多谱勒效应，两者之间的频差称为多谱勒频移。多谱勒频移公式：其中，f0表示声源频率，fd表示多谱勒频移，v表示运动目标速度，c表示超声波在介质中的传播速度，θ表示声源与目标运动方向之间的夹角。fd+_2vcosθcf0多谱勒频移公式中正号表示目标朝着声源运动，负号表示目标背离声源运动；而频移数值均在音频范围内，所以检出频移后可以用扬声器来监听。超声波检测血流时是利用流动的红细胞产生的多普勒效应。非线性传播二次谐波影响超声分辨的性能因素显现力与波长显现力指超声能够显示最小直径物体的能力。理论上，它等于1/2λ；实际上是理论值的5-8倍，并且还受多种因素影响。频率越高，波长越短，显现力就越好。透入深度与频率超声波的频率越高，衰减越显著，透入组织的深度就越小。在实际运用中，应兼顾探测深度和显现力恰当的选择频率。纵向分辨力与脉冲宽度纵向分辨力指能被超声波分辨为前后两点的最小距离，其主要决定于超声脉冲的有效持续时间(即脉冲宽度)频率高，脉冲宽度窄，纵向分辨力也就好横向分辨力与声束直径横向分辨力指与声束向垂直的方向上，能被超声波分辨为左右两点的最小距离；它与超声波声束的宽窄有密切关系。可通过声束聚焦(声透镜聚焦、电子聚焦等)来缩小声束直径，提高横向分辨力。L侧向分辨力E横向分辨力脉冲重复频率(PRF)PRF是指单位时间内超声脉冲的发射次数，它不同与超声波的发射频率。在超声回波检测技术中，每一次的超声发射和回波接受必须在一个周期内完成。因此，在理论上，PRF≤C/2Lmax，即最大探测深度Lmax≤C/2PRF。在多普勒检查中，为了正确显示频移大小和方向，PRF必须大于频移的两倍，即：fd<1/2×PRF，其中1/2PRF称为尼奎斯特频率极限超声诊断的安全性问题超声波显像在临床应用是安全的在诊断的过程中，必须坚持最小剂量的原则，即在保证获取必要的诊断资料前提下，尽可能采用最小辐射强度和最短辐射时间。如：不要在一个切面上停留太长时间在冻结图像以后，再进行测量对于3个月以内的早孕，尽量缩短检查时间超声成像基本原理02100AB210012102101C2102012DA型超声A型即幅度调制型，是以幅度的高低来表示接受到的回波信号的强弱。仅观测沿超声脉冲波传播方向上各个点的回波强弱情况，属于一维超声，只对观测目标的测距定位有一定意义。脉冲发生器ATCG时基发生器T/R开关垂直水平幅度深度换能器人体器官M型超声M型又称作时间—运动型，它是在声束传播方向上先将各目标的位移轨迹以时间－位置曲线的形式展现，在显示屏上以卷轴显示的方式表现出来的成像方式。实际上，与A型超声一样，属于一维超声；但其显示方式却与B型超声一样，是亮度调制显示。M型超声用于检测人体中的运动器官，特别是诊断心脏的各种疾病，故M超又称为超声心动仪。脉冲发生器ATCG时基发生器T/R开关ZX深度换能器运动目标固定目标慢扫描电路Y慢扫描电路B型超声B型即亮度调制显示，是以显示器上光点的亮度来表示脉冲回波信号的强弱，回波越强，光点越亮。超声切面显像最显著的特点是声束必须扫查掠过受检组织，从而显示出截面图像。因此它属于二维超声。声像图：在超声二维成像中，通过超声波扫描，形成了由人体内部组织器官系列回声所构成的切面图像，它反映了人体局部解剖断层情况。实时超声成像是指超声束能够快速、重复地扫查被检切面，并形成相应的声像图的成像方式。理论上，要求帧频达到20帧以上；实际上，对于心脏等运动明显的器官，实时成像需要帧频达到30帧或者更高，而对于腹部内脏这些运动不大的器官，成像速度达到15帧以上即可满足临床需要，对于静止器官，帧频可以更低。目前实时超声成像仪应用广泛，可用于腹部、心脏及浅表小器官等部位的扫查。Z控制脉冲发生器高频脉冲发生器TCGT/R开关换能器人体器官位置检出电路驱动信号位置信号位置计算驱动器扫描控制回波放大器YX多普勒超声成像多普勒超声成像是利用多普勒效应对运动目标所产生的频移信号进行显示与分析的成像技术。分为：频谱多普勒：以频谱(速度)－时间频谱图形式显示彩色多普勒成像：以叠加二维声像图的彩色图像的形式显示频谱多普勒根据探头发射超声波的工作方式不同，分为：脉冲多普勒(PW)，连续多普勒(CW)。两者区别：速度与距离限制速度限制：因为PRF≥2fd＝4Vf0/C，

所以V≤PRF×C/4f0距离限制:D≤C/2×PRF

所以有：0fcvd82maxmax≤×

当f0一定时,Dmax、Vmax乘积固定，探测的深度越深，可测得的速度值便越小，两者互相制约。频谱分析方法频谱图是以速度/频率-时间为坐标轴的图像，其中“横轴”代表时间（时基），即血流持续时间，单位为秒；“纵轴”代表速度（频移）大小用

cm/s表示（或KHz）；横轴线也代表零频移线，在基线上面谱图为正向频移，血流朝向探头；在基线下面则为负向频移，血流方向背离探头。“频带宽度”表示频移在垂直方向上的宽度，即某一瞬间采样血流中血细胞速度分布范围的大小，如速度分布范围大，频带则宽，若速度分布范围小频带窄。“频带灰阶”即信号幅度，表示血流速度相同的血细胞数目多少。“窗”为无频率显示区域。彩色多普勒血流成像(CDFI)以高速低振幅运动的红细胞为观察目标利用一种运动目标显示器原理（MTI法）及自相关技术，检测取样区内血细胞的动态信息，并根据血细胞的运动方向、速度、分散情况进行彩色编码(即调配红、蓝、绿三基色，变化其颜色亮度)，然后叠加在二维灰阶图像上的相应区域所形成的彩色血流图。特点：首先，血流图像实时二维显示直观形象、检测快速，诊断的敏感度和准确性很高、漏诊少，是目前最为常用的超声多普勒检测技术。再者，实际上它是一种多点选通的脉冲多普勒，因此和脉冲多普勒一样，具有尼奎斯特频率极限。并且，流速仅为定性显示。最后，因为它要在同个方向上反复发射多次超声脉冲，因此其帧频更受到其显像范围大小的影响，范围越大、帧频越低。彩色血流图红细胞的动态信息由速度、方向和分散三个因素组成。通常将朝向超声探头方向流来的血流用红色表示，离超声探头远去的血流用蓝色表示。注意，不是用红色表示动脉血，蓝色表示静脉血。通过改变表示方向的红色或蓝色显示的辉度（彩色的深浅）来表示速度的大小，即流速越快的血流色彩也就越明亮。通常以红、蓝混合的杂乱彩色或在其中混入绿色表示血流的紊乱情况，并根据血流紊乱程度，来改变其亮度。应注意血流的亮度显示对流速只是估计而不是准确计算，属于定性范围；其次要注意尽量减少声速与血流方向间的夹角，避免因夹角过大将高速血流以暗淡色彩显示而造成误诊。彩色血流显示方式速度—方差显示（V－T）显示血流速度及方向，同时显示湍流（变化程度）多用于心脏高速血流检查：速度显示（V）显示血流速度及方向，彩色（色调）表示方向，颜色的饱和度表示平均速度范围。用于腹部及低速血流检查方差显示（T）显示血流分散，彩色的饱和度显示湍流的大小，彩色（色调）表示血流存在率乱。用于高速湍流血流检查。

特殊表现：如果某一区域有湍流存在时，则该区域形成红蓝交错、五彩镶嵌的特殊表现。当流速过快，频移超过尼奎斯特频率（Nyquist）极限时，将出混叠现象，即表现为几种色彩套叠，如同烛光的光焰色。当提高PRF（脉冲重复频率）时，混叠现象会减少甚至消失。彩色能量多普勒(CDE)接受血液中红细胞的多普勒信号能量(振幅)大小进行成像与CDFI相比，具有：不受探测角度依赖，因而血管显示连续性好血流显示灵敏度高，有利于极低速血流显示不受Nyquist极限的限制，因而无色彩倒转现象无法获得血流方向及速度方面信息彩色多普勒血流显像与伪彩的区别彩色多普勒血流显像是对血细胞的运动方向、速度及分散情况进行彩色编码，而伪彩对二维灰阶图像进行彩色编码处理。彩色多普勒血流显像可以直观地、实时地显示血流状态情况，而伪彩则可以提高图像的分辨力，丰富影象层次，增加实感，提高B型超声对病理组织变化的可视度。组织多普勒成像(TDI)以低速高振幅的组织运动为观察目标主要应用于心室壁运动的研究三维超声静态三维超声动态三维超声实时三维超声超声诊断仪的工作原理显示器及记录设备发射/接受单元(TX/RX)数字扫描转换器(DSC)换能器电源超声探头它是超声波的发射和接受部件基本结构包括：换能器，壳体，电缆，插头，等超声换能器的结构示意图压电振子外壳阻尼吸声块(背衬块)声透镜引线保护层时间增益补偿（TCG）又称为深度增益补偿（DGC）、灵敏度时间补偿（STC）超声在组织内部传播时逐步衰减，从深部来的回波振幅必然比浅表组织的回波振幅要小的多。为了获得良好的显示，回波信号放大器的增益时间而变化的，即对较近距离目标的反射信号放大信号低一些，对较远距离目标的反射信号放大信号高一些。实际运用中，TCG是分段控制的，并且可以根据需要自主调节。数字扫描转换器(DSC)其核心部件是图像存储器工作原理：模拟视频信号A/D转换图像存储器视频处理器图像处理数字视频信号D/A转换混合数字视频信号模拟视频信号混入同步信号功能：将闪烁的动态图像变换成标准电视制式来显示，图像显示稳定，并且同时增加了附加信息瞬间帧冻结能力，和画面处理能力(如：放大，电影回放，等)插入线数，以及对回波数据进行前后处理和灰阶变换，从而改善了图像质量具有“卡钳功能”，可进行电子测量整个成像过程都可实现计算机的中央控制心脏声学对比剂构成：主要成分是微气泡造影原理：对比剂中的微气泡能产生强烈的背向反射，因而其回声强度高，形成云雾样回声，从而使血流得以清晰显示。类型右心声学对比剂：微气泡直径>10μm左心声学对比剂：微气泡直径为5－10μm心肌声学对比剂：微气泡直径<5μm造影原理：使用对比剂消除胃肠气体，扩大透声窗，提高胃肠道及其邻近组织器官的显像质量。类型：无回声型对比剂高回声型对比剂胃肠声学对比剂组织特异性声学对比剂超声检查的体位仰卧位侧卧位：左侧卧位，右侧卧位俯卧位其他体位：坐位，站立位，等超声扫查断面与声像图方位纵断面：声束平面与身体长轴平行左侧为头端，右侧为足端横断面：声束平面与身体长轴垂直仰卧位时，左侧为右侧，右侧为左侧；俯卧位时，左侧为左侧，右侧为右侧冠状断面：探头置于身体两侧，声束平面与身体长轴平行斜切面：声束平面与身体长轴成一定角度注意：进行超声检查时，首先要注意探头的方向图像的上方代表探头侧的结构，下方代表远离探头的结构在心脏的长轴切面上，左侧为心尖部(足端)，右侧为心底部(头端)经阴道超声检查时，声像图方位可能会有所不同，应结合实际情况判断声像图描述回声强弱根据图像中灰度不同，把回声信号分为强回声（高回声）、等回声、低回声、无回声。回声强弱的标准，还应根据病灶回声与周围正常脏器的回声强度作比较来确定。回声分布按密集程度分为：密集，稀疏，散在，等按均匀程度分为：均匀性，不均匀；其中不均匀又分为强弱不均匀，粗细不均匀和结构不均匀。回声大小形态分