《超声诊断物理基础》PPT课件.ppt

1、超声医学是一门结合声学、医学和电子工程技术的学科，是研究超声波对人体的作用和反应规律，并利用它来达到诊断、保健和治疗目的的学科。包括超声诊断、超声治疗和生物医学超声工程。超声诊断学研究和应用超声的物理特性，扫描人体，以某种方式诊断疾病，这就是所谓的超声诊断。超声检查是指利用超声原理判断人体软组织的物理特征、形态结构和某些功能状态的一种无创检查方法，是超声医学的基础。1.超声波诊断的物理基础，声波的定义和分类，声波的定义：物体在具有粒子和弹性的介质中的机械振动的传播现象称为波，而引起听觉器官感受声音的波称为声波。声波的定义和分类横波是指介质中所有粒子垂直于传播方向运动的波。除了骨头和肺，人体组织

2、通过纵波传播。声波的定义和分类。纵波是指介质中所有粒子沿传播方向运动的波。在纵波通过的区域，介质各点的密度周期性变化，所以纵波是一种膨胀和收缩波。目前，医学超声的研究和应用主要集中在纵波传播上。超声波的定义是，人耳的听觉范围是162万赫兹(赫兹)。超声波的频率超过20，000赫兹(Hz)，超出人耳听觉范围的高频声波称为超声波。目前，医学诊断中使用的超声频率为120兆赫，其中最常用的是214兆赫。超声波有三个基本物理量，即频率(f)、波长(f)和声速(c)，它们的关系是cf或c/f。在上面的公式中，由于声速是常数，所以频率与波长成反比。频率越高，波长越短，穿透力越差，但分辨率越高，适用于浅表器官

3、的探查。频率越低，波长越长，分辨率越低，但穿透力越好，适用于心脏等深部器官的探测。频率是单位时间内粒子振动的次数，通常表示为每秒振动的次数，单位为赫兹，每秒一次振动为1赫兹。声速是单位时间内声波传播的距离，常用单位为米/秒。人体软组织的平均声速为1540米/秒，约为1500米/秒。波长是相邻两个振动峰之间的距离，常用单位为米。基本物理量，传播超声波的介质称为介质。当不同频率的超声波在同一介质中传播时，声速基本相同，而相同频率的超声波在不同介质中以不同的声速传播。人体软组织中超声波速度的总差值约为5。目前，医用超声仪器通常将软组织内超声速度的平均值设定为1540米/秒，利用该速度可以测量软组织的

4、厚度。在传播过程中，超声波遇到两种介质形成的界面。如果介质和界面之间有足够的特征阻抗差(0.1%)大于超声波的波长，就会发生反射。反射声能取决于特征阻抗差。声波的特征折射当界面两侧的声速不同时，超声波穿透第二介质后传播方向将发生变化，即折射。当声波从低声速介质入射到高声速介质时，折射波的折射角大于声波通过两种介质之间的界面后的入射角。声波的特征散射如果界面小于超声波的波长，声波会向物体的各个方向辐射，导致散射。散射是多向的，面向探头的散射称为后向散射，可被探头接收。红色声速介质的密度表示声速越快，介质密度越高，声阻抗越大。超声波在界面上的反射与界面两侧介质的声阻抗差以及超声波的入射角有关。人体

5、软组织的声阻抗差很小，只要有1。声阻抗不同，会产生反射。通过接收反射和散射产生的回波，我们可以获得人体组织各层的位置、形状和内部结构的信息，分析其特征和规律，判断组织或器官病变的物理特征(如囊性、实性和囊实混合)，从而做出诊断。衰减，即超声波在介质中传播时，声波能量随着传播距离的增加而逐渐减小的现象。它与介质对声波的吸收、散射和束扩散有关，其中介质对声波的吸收是主要因素。不同人体组织中的衰减系数与组织中包含的成分有关。一般来说，含液体的人的衰减很低，并且实质组织随着蛋白质含量的增加而增加。在蛋白质中，胶原蛋白的衰减最大，钙化体的衰减较高，致密体的衰减比钙化体高，人体内含气器官的衰减最高。不同人

6、体组织中的衰减系数与散射有关。一些损伤(如脂肪肝)具有最大的散射，导致引入深部的声强显著降低。脂肪本身的衰减系数很低，但当大量脂肪滴聚集在肝细胞中时，由于脂肪和肝脏细胞质之间的声阻抗不同，大量入射超声被散射，导致脂肪肝的声衰减系数明显增加，导致肝脏深部回声明显不足，肝脏底部模糊。不同人体组织中的衰减系数与反射有关。反射系数越高，反射声强越强，因此穿透到深层界面介质中的声能减少。例如，如果某些胆结石与胆汁之间的界面反射系数可以达到50%以上，声能在通过结石后会降低，然后结石的声能会被吸收，产生清晰的后方声影。多普勒效应，当声源和反射器之间有相对运动时，声源频率变化的现象称为多普勒效应。当声源和反

7、射器彼此相向移动时，接收到的声波频率高于声源发出的声波频率。如果两者向相反的方向移动，接收频率低于声源发出的频率，并且它们之间的频率差(即频移)与它们之间的相对移动速度成比例。多普勒效应，多普勒频移的表达式为.公式中，fd为多普勒频移，fR为反射频率，f0为入射频率，V为反射物体的运动速度，C为声速，即运动方向与入射波的夹角。应用频谱多普勒，多普勒超声利用运动目标产生频移，然后由频移计算出运动速度。必须校正角度，否则，计算的速度毫无意义，角度必须低于60度；否则，即使角度被校正，测量值的可靠性也不高。当超声入射角不变时，多普勒频移与血流速度成正比，如果血流速度=0，则不存在多普勒频移。频谱多普

8、勒的应用，频谱多普勒血流检测技术主要用于测量动脉和静脉的血流速度；确定血流的类型；如层流、湍流、射流等。获得了血流速度积分、压差、流速曲线上的各项指标等相关参数。频谱多普勒：正频移是正波，负频移是负波。多普勒效应，彩色多普勒：的正频移被设置为红色，而负频移被设置为蓝色。超声波的产生和接受当交变电信号施加到压电材料上时，材料发生几何变形，产生与交变信号频率相同的机械振动(即电能转化为机械能)，这种现象称为逆压电效应。产生的超声波是晶体的逆压电效应。医用超声换能器任何超声诊断仪由以下三部分组成：超声换能器(探头)、基本电路(包括计算机信号处理)和显示器。超声波换能器是一种产生超声波和接收超声波回波

9、的仪器。换能器的发射功能是将电振荡转换成超声波，换能器的接收功能是将超声波回波转换成电信号并将其反馈给接收电路。在医用超声仪器中，超声换能器被称为探头。医用超声换能器从外向内由三部分组成：表面材料、压电材料和背衬材料。b型超声诊断方法为亮度调制型，即回波信号以光斑形式显示，回波强时亮，回波弱时暗。超声图像中人体组织、中央肾(肾窦)、胰肝、脾实质、肾皮质和肾髓质(肾金字塔)的血胆汁和尿的回声强度序列；正常肺(胸膜肺)和软组织骨界面的回声最强，软骨的回声很低，甚至接近无回声；在病理组织中，结石和钙化最强。纤维化是第二位的；典型淋巴瘤的回声最低，甚至接近无回声。超声分析，外观：器官外观正常，增大或缩

10、小，外形肥胖或不均匀，对疾病的诊断有价值。肿块的形状为球形、条状、分叶状或不规则形。肿瘤往往是球形或椭圆形的，当它们被发现时感觉像球体。边界回声：如果肿块有边界回声且光滑，则表明有明显的包膜。相反，那些没有明显边界回声或不规则形状的大多是非包膜浸润性病变。声谱图分析，内部回声：器官和肿块的内部回声来自其内部结构的界面反射和细微结构的散射。人体组织的超声回波强度分为以下五个等级。强回声常伴有强回声后面的声音阴影，可见于结石、充气肺(胸膜-肺界面)、骨表面等。强回声不同于强回声，强回声不伴有声音阴影，见于肝、脾等器官的包膜；肝和脾实质内可见等回声中等回声。低回声典型的低回声见于皮下脂肪组织；典型的

11、无回声见于纯液体物质，如胆汁、尿液、胸水和腹水(渗漏液)。声谱图分析，声谱图分析，后方回声：器官和肿块的出现表明它们的衰减系数极高，相反，如果后方回声增强，则意味着其衰减系数较低。后方回波倒置表示其声速低于周围组织，后方回波外展表示其声速高于周围组织。毗邻关系：正常器官与周围结构保持一定的解剖关系，可以通过它们的关系来识别，如根据脾静脉识别胰腺。同时，当病变发生时，可以根据周围器官的位置来识别肿块的来源，或者可以根据邻近结构的压迫和浸润来知道病变。声像图分析、活动度和活动规律：正常器官和组织有一定的活动规律。在病变过程中，器官的活动是有限的，表明粘连、浸润或创伤。同时，某些特定的活动规律是诊断

12、疾病的基础，例如，滚动的高回声肿块是诊断结石的基础。硬度：正常器官有自己的柔软度。当病变发生时，其原有的柔软度可能会消失或降低。排空：中空器官的排空功能是某些疾病的诊断依据。与囊肿和实性肿块的超声图像相比，囊性肿块的超声图像特征为：圆形或椭圆形，内部无回声，前后壁回声增强，囊肿与实性肿块、肝囊肿、肝肿瘤的声像图对比、多普勒模式及彩色多普勒血流显像彩色多普勒血流诊断设备主要由脉冲多普勒系统、自相关仪、彩色编码及显示等组成。其图像输出方式是利用伪彩色编码技术，将自相关技术获得的编码血流信息转换成可视图像，显示血流图像。伪彩色编码技术由三种基本颜色组成：红色、蓝色和绿色。不同方向、速度和属性的血液流

13、动由不同的颜色表示。目前，彩色多普勒超声一般将流向探头的血流设定为红色，远离探头的血流设定为蓝色，这两种不同血流颜色的亮度级与血流速度成正比，即速度越快，亮度越亮；速度越慢，亮度越暗。绿色通常表示湍流，其成分随着湍流比的增加而增加。层流的颜色只是红色或蓝色。D型超声诊断(多普勒模式)和多普勒频谱技术用于定量测定血流，为生理条件下定量血流的无创研究提供了有效手段。该技术的临床应用可以测量血流速度(包括瞬时速度、峰值速度、平均速度和主频速度)、压力级差和血流量(包括静脉血流量和动脉血流量)。当超声波垂直进入具有大声阻抗差的平坦界面时，界面和探头之间的多次反射所形成的伪像。例如，具有连续回声的伪回声

14、经常出现在浅表部位，例如膀胱，这可以通过侧向探头角度来识别。由组织中两个界面之间的多次反射引起的伪影是多次内部混响，例如胃肠道中的振铃伪影。当声束遇到强反射(如含气肺)或高度衰减的物质(如疤痕、结石、钙化等)时。)声束被完全阻挡，一个条形的消声区出现在它的后面。声音阴影可以作为结石、钙化和骨骼存在的重要依据。超声伪影：旁瓣伪影当遇到强反射界面时，旁瓣回波会产生虚影或虚影，通常出现在液体暗区，如胆囊或膀胱结石强回波两侧的“狗耳朵”状图像。超声伪影：镜像伪影、镜像伪影、在遇到深镜像时同时出现在图像界面另一侧的伪影，即具有大声阻抗差的平坦大界面。超声伪影：后方回声增强，组织前方的声衰减明显小于两侧，

15、其后方回声明显强于相同深度周围组织的伪影。例如，囊肿等液体结构后的回声增强并内收，显示蝌蚪尾巴征。临床上，这种伪影可以用来区分液体和物质。超声伪影：部分体积效应，部分体积效应(partial volume me effect)由周围组织由于声束的宽度而重叠引起，也称为切片厚度伪影。超声波仪器、超声波诊断仪由超声波换能器(探头)、基本电路(包括计算机信号处理)和显示器组成。超声波换能器是一种产生超声波和接收超声波回波的仪器。在医用超声仪器中，超声换能器被称为探头。根据工作原理，探头的类型可分为以下两类：脉冲回波探头和多普勒探头。前者通过同一芯片同时具有发射和接收功能，根据结构可分为单探头、机械探头和电子探头。目前，超声诊断中使用的探头大多是b超探头和多普