乳腺超声弹性成像技术的原理及应用

乳腺超声诊断弹性成像概述

乳腺疾病的超声弹性成像（一）概述生物组织的弹性与病灶的生物学特性紧密相关，在很大程度上依赖于组织分子构成、组织构成形式，以及ROI与周围组织的关系。某些正常组织和病理组织之间存在着较大的弹性差异。临床医师通过触诊发现乳腺肿瘤，就是利用手指的触觉定性地判断正常乳腺组织与肿瘤组织之间的弹性差异，从而判断有无肿块，以及进一步判断肿块的良恶性。因此，乳腺组织的弹性信息对于乳腺疾病的诊断具有重要意义，但是传统的成像模式如CT、MRI和二维或彩色多普勒超声都无法直接提供组织弹性这一基本的力学属性信息。近年来，弹性成像发展迅速，尤其是超声弹性成像技术，提供了一种崭新的半定量或定量研究组织弹性信息的方法，引起了广泛关注。1991年Ophir首先报道了定量测量软组织应变与弹性模量的方法。Krouskop等研究显示乳腺显微组织的硬度是脂肪组织的10~100倍，而浸润性导管Ca的硬度则远远超过了正常乳腺组织的硬度。为了更好的理解超声弹性成像的原理，首先介绍一些弹性成像中的基础术语。(1)应力与应变应力(stress)是指力作用于物体，当作用力与弹性平衡时弹性体所呈现的力。应变(strain)是指外力作用于物体，产生形态或提及的改变。应力与应变式描述物体弹性(elasticity)的基本物理量。 (2)弹性系数(modulus of elasticity) 弹性系数(modulus of elasticity)为一常数，为应力与应变之比(应力/应变)。在弹性成像中，通常采用杨氏系数(Young’s modulus, 线性伸长系数)。杨氏系数=应力/应变=F×L/A×△L(F:外力；L:线原长；A:截面积；△L:伸长长度)。组织被压缩时，只内所有的点都会产生一个纵向(压缩方向)的应变，如果组织内部弹性系数分布不均匀，组织内的应变分布也会有所差异。弹性系数大的区域，引起的应变比较小；反之，弹性系数小的区域，相应的应变比较大。弹性成像的基本原理为弹性成像通过收集被测体的磨时间段内的信号，利用自相关技术(combined autocorrelation method，CAM)，对压缩前、后的射频信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出组织内部的应变分布情况。然而组织内部的应变不仅分别与组织的弹性模量分布有关，海域组织的形状和边界等因素有关。因此，应变图像的结果不能完全反映组织弹性模量的差异。目前理论方面的研究主要是通过逆问题的求解，由组织内部的应变分布和边界条件的假设，重建其弹性系数，以便于更准确的反映组织内内在弹性性质。（二）应用 (1)操作方法加压手法分为徒手加压(free-hand)与振动器加压两类。在徒手加压时，手持探头在病灶部分做微小、中等速度的振动(加压-减压)，尽量保持振动方向与胸壁垂直。由于组织受压产生的应变与位移，与加压的压力大小有关，亦可因压放的频率高低而不同，因此在部分仪器的显示屏上，可显示一个综合指标----施加的外力、施加外力的频率，以数字1~7表示。临床实际操作时，一般使仪器显示屏上的压力数字控制在2~3级为宜。弹性图像的取样框应稍大于病灶范围，应包括皮下组织、腺体组织和部分胸肌组织，尽量使病灶居于取样框的中央部位。弹性图可以灰阶或彩色编码成像。 (2)弹性硬度分级

超声诊断仪基本原理及其结构

江西中医学院计算机学院08生物医学工程2班黄月丹学号2 超声诊断仪原理及其基本结构超声成像检查技术是指运用超声波的物理特性，通过高科技电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析处理和显像，从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态作出判断的一种非创性检查技术。超声诊断技术的发展历程 20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像(快速成像)发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的。80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。二．超声诊断仪的种类 (一) A型这是一种幅度调制超声诊断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅的高低代表回声的强弱，以波型形式出现，称为回声图，现已被B型超声取代，仅在眼科生物测量方面尚在应用，其优点是测量距离的精度高。(二) B型这是辉度调制型超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。通过扫

描电路，最后显示为断层图像，称为声像图。B型超声诊断仪由于探头和扫描电路的不同，显示的声像图有矩形、梯形和扇形。矩形声像图和梯形声像图用线阵探头实现，适用于浅表器官的诊断；扇形声像图用的探头有多种，机械扇扫探头、相控阵探头和凸阵探头均显示扇形声像图。前二种探头可由小的声窗窥见较宽的深部视野，适用于心脏诊断；后一种探头浅表与深部显示均宽广，适用于腹部诊断，有一种曲率半径小的凸阵探头，也可用小的声窗，窥见深部较宽的视野。 (三) M型 M型超声诊断仪是B型的一种变化，介于A型和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。用以观察心脏瓣膜活动等，现在M型超声已成为B型超声诊断仪中的一个功能部分不作为单独的仪器出售。(四) D型在二维图像上某点取样，获得多普勒频谱加以分析，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型功能和D型功能者称双功超声诊断仪。(五) 彩色多普勒超声诊断仪具有彩色血流图功能，并覆盖在二维声像图上，可显示脏器和器官内血管的分布、走向，并借此能方便地采样，获得多普勒频谱，测得血流的多项重要的血流动力学参数，供诊断之用。彩色多普勒超声诊断仪一般均兼有B型、M型、D型和彩色血流图功能。(六) 三维超声诊断仪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，再加上三维重建软件，该仪器即有三维显示功能。(七) C型C型超声仪也是辉度调制型的一种，与B型不同的是其显示层面与探测面呈同等深度。超声诊断仪基本原理

浅谈超声弹性成像发展最终改动版

浅谈超声弹性成像发展何为弹性成像？这是一个超声成像术语，顾名思义这种成像模式旨在评估组织的弹性大小，提供更全面的疾病信息。弹性是物质的一种固有属性，同密度、硬度、温度等一样，反映物质的一个特性。日常生活中人们粗略评估物质的弹性主要看给一种物质施压外压后物质的形变大小，例如海绵与金属：施加大体相同的压力后海绵发生巨大的形变，人们认为它是软的；而金属受压后无明显的变化，人们认为它是硬的。物质的硬度越大，其弹性越小；硬度越小，弹性越大。为何要测量物质的弹性？正常组织中不同的解剖结构之间会存在弹性差异。例如,在正常乳腺中,纤维组织通常比乳腺腺体组织硬,而乳腺腺体组织又比脂肪组织硬。绵羊肾脏的肾实质与肾髓质或者肾锥体的弹性系数差异大约为 6dB。不同组织弹性模量的差别能达到几个数量级之上（如表1）。

表1 人体不同组织的弹性值传统的超声成像中，不同组织的回声强度差异大小主要取决于组织的声阻抗，而其弹性系数差异却远较声阻抗差大（如表2）。

表2 不同人体组织及介质的声阻抗及密度这决定了超声弹性成像对不同组织、同一组织的不同病理状态的分辨力较传统超声成像灰阶图高。换言之，同一组织中弹性的变化通常与其病理现象有关，正常组织与病变组织之间存在巨大的弹性差异。例如,恶性的病理损害,例如乳腺硬癌、

前列腺癌、甲状腺癌及肝癌等,通常表现为硬的小结节。越硬的物质受到外压时应变越小，硬度可反映物质的弹性大小。一些弥散性的疾病例如肝硬化也会使得肝组织的硬度显着增大。此外脂肪过多或者胶原质沉积也会改变组织的硬度。什么是物质弹性的基本参数？杨氏模量（E），亦称弹性模量／弹性系数。工程物理学上评估机械材料弹性大小的基本包括杨氏模量、刚性指数等，其实反映的都是物质的弹性。杨氏模量，1807 年由英国科学家young thomas提出，反映物质弹性与硬度的基本参数，单位为Kpa。此弹性模量（杨氏模量）与人们日常生活中提到的弹性（好／不好）不同，超声弹性成像中用到的杨氏模量值与硬度呈正比。即物质越硬，物质受压时产生的形变越小，弹性模量（杨氏模量）值越大。如海绵与金属，施加同一大小的外力，海绵形变大而杨氏模量小，金属形变小而杨氏模量大。怎么计算杨氏模量？目前的几种超声弹性成像模式中应用的推算公式主要包括2种： 1.E＝S/e （E为应变大小，间接反映弹性系数；S为外加压力；e为物质受压后形变的大小。主要应用于静态型弹性成像以及定性型ARFI） 2. E = 3ρC s 2（E为弹性模量绝对值大小；ρ为组织密度；C s 为人体组织内剪切波的传播速度。主要应用于一维瞬时剪切波成像、点式剪切波速度测量法以

超声弹性成像

百胜超声弹性成像及定量分析(Real-time Elastography Imaging with Quantity ElaXto TM) 百胜超声弹性成像技术-ElaXto TM利用非相干的射频信号频谱应变估计法，分析肿瘤或其他病变区域与周围正常组织间弹性系数的差异、在外部压力作用下产生应变大小的不同，以黑白、伪彩或者彩色编码的方式显示，来判别病变组织的弹性大小，从而实现临床应用中的鉴别诊断。技术原理： ElaXto TM超声弹性成像技术，亦称实时应变成像技术Real-time Elastography Imaging，其基本原理为：根据不同靶组织（正常及病变）的弹性系数不同，在加外力或交变振动后其应变（主要为形态改变）的不同，收集靶组织在某时间段内的各个片段信号，通过主机处理，再以黑白、伪彩或者彩色编码的方式显示，最终通过对弹性图像的判读诊断靶组织的良恶性质或者组织的特性【图表1】。图表1：用不同的方式显示组织弹性在相同外力作用下，弹性系数大，引起的应变小；反之，弹性系数小，相应的应变大。也就是说在同等压力条件下柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。施加一个外力后，比较加压（用超声探头紧压病变）前后靶组织弹性信息的超声图像、前后病变的应变来说明靶组织的硬度，后者是鉴别病变性质的重要参数。超声弹性成像即是利用生物组织的弹性信息帮助疾病的诊断。弹性成像技术实现方法 1）弹性成像技术实现方法这一成像技术一般采用两种方法实现：相干法和非相干法。相干法：通过互相关技术对施压前、后的射频信号进行时延估计，可以计算出组织内部不同位置的移动，进而计算出组织内部的应变分布情况[1]。 Strain=(△t1-△t2)/△t1 =[(t1b-t1a)-(t2b-t2a)]/(t1b-t1a) 其中t1a，t1b表示没有加压前回波中相邻两个回波界面的回波位置（度量单

超声剪切波弹性成像关键技术及应用中国科学院深圳先进技术研究院

超声剪切波弹性成像关键技术及应用二、推荐单位意见医学超声既是临床疾病诊断的重要手段，也是医疗影像设备产业中的主要支柱。该项目针对肝硬化和乳腺癌早期无创诊断的重大需求和技术瓶颈，发明了基于超声波力学效应的超声剪切波弹性成像技术，实现了剪切波弹性成像理论创新、技术突破和仪器研制。核心技术与器件经过临床测试和转化，形成了具有自主知识产权的专用超声弹性成像以及融合弹性成像的高端超声影像产品，广泛用于临床诊断，取得了突出的经济效益和社会效益。该项目受到专家和行业的高度评价，是源于基础、技术创新开发和产业转化的链条式重大创新成果。该项目曾获得2015年度“广东省科学技术奖技术发明一等奖”和“中国科学院科技促进发展奖”。中国科学院决定推荐该项目申报2017年度国家技术发明奖。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。

项目属生物医学工程学领域。肝脏和乳腺疾病是危害数以亿计国民健康的重大公共卫生问题，尤其是肝硬化和乳腺癌会引起很高致死率，早期诊断是提高治愈率和改善预后的关键。医学超声是肝脏和乳腺重大疾病早期影像筛查的首选方法，但传统B超成像存在肝硬化检测敏感性差、乳腺癌检测特异性差的瓶颈。超声弹性成像利用超声波力学效应实现对人体组织生物力学参数的无创定量测量，是超声影像技术的重大革新，可以为肝硬化和乳腺癌等疾病的临床早期诊断提供关键依据。研发符合我国国情的新一代超声弹性成像技术和装备，推动新型医疗检测诊断技术的广泛应用，对创制高端医疗设备和提高我国重大疾病防治水平均具有重大意义。该项目在国家自然科学基金和科技支撑计划等支持下，历经八年攻关，率先在我国创建了具有完全自主知识产权的“超声剪切波弹性成像关键技术及应用体系”，取得主要技术发明点如下： 1．发明了声辐射力诱导剪切波及定量超声弹性成像理论和方法，为成像设备研发提供理论基础和核心技术支持。首创基于时域有限差分法结合动量张量理论的生物组织中声辐射力计算方法，实现了对声辐射力诱导剪切波的精准控制；建立了基于剪切波传播速度的生物力学参数测量模型；发明了利用尺度不变特征点和希尔伯特变换的实时弹性成像方法，弹性模量测量精度可达±0.5kPa。 2．研制了剪切波超声弹性成像专用核心部件和系列产品，实现了国内自主创新高端超声设备的跨越发展。发明了“声辐射力-成像”双模超声探头，研制了新型快速散热结构，解决了探头在产生声辐射力时温度高、寿命短的难题；发明了低频振荡复合超声探头，解决了振动源干扰回波信号的难题，测量深度达15cm；研制了基于外源式和内源式剪切波的超声弹性成像原理样机；自主研发了具有弹性成像功能的新型超声肝硬化检测仪和彩色超声成像仪两大系列产品。 3．建立了利用超声弹性成像技术检测肝硬化和乳腺癌的方法和体系，为该类重大疾病的早期筛查和诊断开辟了新途径。通过产学研协同技术创新和推广应用，创建了基于超声弹性成像新技术的两种重大疾病早期筛查和诊断评估体系：面向中国人特征的肝硬化早期诊断标准和量化分级体系，及结合病变组织和其浸润边界硬度信息的乳腺癌判别体系，诊断准确率均达到90%以上。该项目成果获知识产权56项，其中PCT专利5项，发明专利36项，实用新型10项，外观设计3项，软件著作权2项；发表SCI论文30余篇；起草国家标准1项；获2015年广东省科学技术奖一等奖、2015和2016年中国专利优秀奖和2014年中国产学研合作创新成果奖；完成人获2013年国家杰出青年科学基金和2014年陈嘉庚青年科学奖。该项目产品取得国家三类医疗器械注册证、FDA和CE认证，被评为国家战略性创新产品；近3年累计销售约3800台，其中500余台进入三甲医院，出口1600余台，实现8.74亿元销售额和2.99亿元利润；在国内外1000余家医院推广应用，累计检查3000余万人次，诊断患者近20万人次。项目成果取得了显著的经济效益和社会效益，使我国高端医学超声设备步入世界前列。

超声成像基础原理以及心脏超声

超声成像学习要求：掌握超声成像的基本原理（超声、超声的物理特性及其应用）、超声图像的特点了解超声波的产生、超声成像、超声检查技术与设备，超声诊断的方法学目的：理解超声诊断的临床应用超声成像的定义：利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特征相互作用后所产生的信息,经信息处理形成图像的成像技术，借此进行疾病诊断的检查方法。一、超声波的物理特性（1）：波可分为：电磁波（包括可见光、无线电波、X线）和机械波（包括声波、水波、地震波）声波：20~20000 Hz 超声波：>20000 Hz 医用超声波：2.5~10 MHz 二、超声波的物理特征(2) 1.超声波的物理量（波长、频率、传播速度）及其关系: 物理量: 频率(f) : Hz 声速(c) : m /s 或cm/s 波长(λ) : m 介质密度(ρ) : g／cm3 声阻抗（Ｚ）：Ｚ＝ρ×ｃ(g／cm2．s) 关系: c2=K / ρ即声速取决于波长和频率, 并与介质中的弹性(K) 和密度(ρ) 密切相关c=f ×λ即同一介质中传播(C确定),频率越高则波长越短传播速度: 固体>液体>气体 2.束射性或指向性（超声波的直线传播）其方向性与超声频率、声源直径及后者与波长的比值有关扩散角越小,方向性越好 3.反射：超声在均质性介质传播中不出现反射反射条件: ①介质声阻抗差>0.1% ②界面大于波长声阻抗=介质密度与速度的乘积 4.散射

超声波在介质中传播如遇不规则的小界面, 或界面小于波长时,则发生散射 5.衰减：超声波在介质中传播由于介质吸收(声能转化为热) 、反射、散射等原因,其振幅与强度逐渐降低,这种现象称为衰减。（振幅与强度的减小） 6.多普勒效应：声束在介质中传播时，如遇到运动的反射界面，其反射的超声波频率随界面运动的情况而发生改变的现象三、超声波的产生： 1、压电晶片(换能器) 2、压电效应：逆压电效应(电能转变为声能) 正压电效应四、超声成象基本原理 1、器官、组织中各种界面对超声波的不同反射和/或散射是构成图象的基础。 2、仪器将接收到的含有各种声学信息的回声，经过处理，在显示器上显示为波形、曲线、图象五、超声诊断的种类 1、A型---A mplitude 以波的形式显示出来,为幅度调制型 2、M型---M otion echocardiography 是B型超声中的一种特殊显示方式 3、B型---B rightness 以光点的形式显示出来,为辉度调制型扫查连续, 由点, 线而扫描出脏器的解剖切面, 是二维空间显示, 又称二维法 4、D型---D oppler ( pw、cw、color doppler) 彩色多普勒血流显像CDFI(color Doppler flow imaging)：将二维彩色血流信号重叠到二维B型扫描或M型扫描图上,实现解剖结构与血流状态两种图像结合的实时显像用红, 黄, 蓝三种基本颜色编码,显示不同血流方向颜色的辉度与血流速度成正比彩色多普勒血流显像不仅能清楚的显示心脏大血管的形态结构和活动情况,而且能直观和形象地显示心内血流的方向、速度、范围、有无血流紊乱及异常通路等 ——故有人称之为非损伤性心血管造影法。六、超声图像特点：

超声诊断仪基本原理和结构

江西中医学院计算机学院08生物医学工程2班黄月丹学号5047 超声诊断仪原理及其基本结构超声成像检查技术是指运用超声波的物理特性，通过高科技电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析处理和显像，从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态作出判断的一种非创性检查技术。超声诊断技术的发展历程 20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像(快速成像)发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的。80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。二．超声诊断仪的种类 (一) A型这是一种幅度调制超声诊断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅的高低代表回声的强弱，以波型形式出现，称为回声图，现已被B型超声取代，仅在眼科生物测量方面尚在应用，其优点是测量距离的精度高。(二) B型这是辉度调制型超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。通过扫

彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/8118622843.html, 彩色多普勒超声(CDU)联合超声弹性成像(UE)、超声高精细血流成像技术(Fine-Flow)诊断小乳癌的临床价值观察作者：黄汉美来源：《健康必读（上旬刊）》2019年第05期【摘 ;要】目的：探究彩色多普勒超聲（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）诊断小乳癌的临床价值。方法：纳入232例患者作为研究对象，研究进行时间为2018年6月1日至2018年12月31日，在随机抽签分组的基础上，根据对其实施的诊断方法途径的不同，将其均等分为对照组（116例）和观察组（116例）。对照组患者通过单一的MR动态增强扫描进行诊断，观察组患者通过彩色多普勒超声（CDU）联合超声弹性成像（UE）、超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）进行诊断。对比两组患者诊断的总阳性率，以及良性、恶性小乳癌的临床诊出率。结果：对照组患者中，有81例患者的检测结果为阳性，观察组患者中，有102例患者的检测结果为阳性，组间总阳性率差异显著（P 【关键词】彩色多普勒超声（CDU）;超声弹性成像（UE）;超声高精细血流成像技术（Fine-Flow）;小乳癌【中图分类号】R445.1 ;;;;;【文献标识码】A; ;;;;【文章编号】1672-3783（2019）05-0086-01 Clinical value of Color Doppler （CDU） combined with Ultrasonic Elastic Imaging （UE），Ultrasound High Fine Blood flow Imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of small Breast Cancer Huang Hanmei Yanbian county traditional Chinese medicine hospital Panzhihua 617109， Sichuan 【Abstract】Objective： to explore the clinical value of color Doppler ultrasound （CDU）combined with （UE）， ultrasound hyperfine flow imaging （Fine-Flow） in the diagnosis of

弹性成像

超声弹性成像超声弹性成像是一种新型超声诊断技术，能够研究传统超声无法探测的肿瘤及扩散疾病成像，正处于观察研究阶段，可应用于乳腺、甲状腺、前列腺等方面。原理临床医生通过触诊定性评价和诊断乳腺肿块，其基础是组织硬度或弹性与病变的组织病理密切相关。组织的弹性依赖于其分子和微观结构,新的弹性成像技术提供了组织硬度的图像，也就是关于病变的组织特征的信息。超声弹性成像是利用生物组织的弹性信息帮助疾病的诊断。其基本原理为：根据各种不同组织的弹性系数不同，在相同外力作用下，弹性系数大的，引起的应变比较小；反之，弹性系数较小的，相应的应变比较大。也就是比较柔软的正常组织变形超过坚硬的肿瘤组织。弹性系数小、受压后位移变化大的组织显示为红色，弹性系数大、受压后位移变化小的组织显示为蓝色，弹性系数中等的组织显示为绿色。优点生物组织的弹性（或硬度）与病灶的生物学特性紧密相关，对于疾病的诊断具有重要的参考价值。作为一种全新的成像技术,它扩展了超声诊断理论的内涵和超声诊断范围，弥补了常规超声的不足,能更生动地显示、定位病变及鉴别病变性质，使现代超声技术更为完善，被称为继A型、B型、D型、M型之后的E 型超声模式。分类超声弹性成像可大致分为：血管内超声弹性成像及组织超声弹性成像两大类。1）血管内超声弹性成像是利用气囊、血压变化或者外部挤压来激励血管，估计血管的运动即位移，得到血管的应变分布，从而表征血管的弹性。2）组织超声弹性成像多采用静态/准静态的组织激励方法。利用探头或者一个探头-挤压板装置，沿着探头的纵向(轴向)压缩组织，给组织施加一个微小的应变。根据各种不同组织的弹性系数不同，再加外力或交变振动后其应变也不同，收集被测体某时间段内的各个信号片段，利用复合互相关方法对压迫前后反射的回波信号进行分析，估计组织内部不同位置的位移，从而计算出变形程度，再以灰阶或彩色编码成像。

超声成像原理

第一章超声成像原理和妇产超声诊断临床基础第一节超声成像原理一、超声波的概念和基本特性（一）超声波的概念频率在2万赫兹以上的机械振动波，称为超声波（ultrasonic wave），简称超声（ultrasound）。能够传递超声波的物质，称为传声介质，它具有质量和弹性，包括各种气体、液体和固体；传声介质有均匀的、不均匀的；有各向同性的、各向异性的等。超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。（二）超声波的产生医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的，这种换能器又称为探头，能将电能转换为超声能，发射超声波，同时，它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。探头具有发射和接受超声两种功能。常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型，探头的类型不同，发射的超声束形状和大小各不相同，而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。见图1-1-1。图1-1-1 探头示意（三）超声波的基本物理量 1．频率（f）：是指单位时间内质点振动的次数。单位是赫兹（Hz）、千赫（KHz）、兆赫（MHz）。超声的频率在20KHz以上，而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级，称为高频超声波，常用频率范围2～10兆赫。频率越高，波的纵向分辨力越好。周期（T）则是一个完整的波通过某点所需的时间。有f·T = 1 。 2．波长（λ）：表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离，也就是一个波周期在空间里的长度。波的纵向分辨力的极限是半波长，因此了解人体软组织中传

导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。 3．声速（C）：是指声波在介质中传播的速度。声速是由弹性介质的特性决定的，不同介质的声速是不同的。人体各种软组织之间声速的差异很小，约5%左右，所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时，假设各种软组织的声速是相等的，即采用了人体软组织平均声速的概念。目前，较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/s。实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的，因此声像图上显示的目标，无论是脏器或病灶，其位置及大小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论，一般可忽略声速C、波长λ、频率f或周期T之间的关系符合 4．声强（sound intensity）：当声波在介质中传播时，声波的能量从介质的一个体积元通过邻近的体积元向远处传播。声强是指超声波在介质中传播时，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的平均能量。声强的物理意义为单位时间内在介质中传递的超声能量，或称超声功率。声强小时超声波对人体无害，声强超过一定限度，则可能对人体产生伤害，目前规定临床超声诊断仪安全剂量标准为平均声强小于10mW/cm2。（四）超声波的传播 1. 声特性阻抗（acoustic characteristic impedance）：声特性阻抗（Z）定义为平面自由行波在介质中某一点处的声压（p）与质点速度（u）的比值。在无衰减的平面波的情况下，声特性阻抗等于介质的密度（ρ）与声速（C）的乘积。 2. 声特性阻抗差与声学界面：两种介质的声特性阻抗差大于1‰时，它们的接触面即可构成声学界面。入射的超声波遇声学界面时可发生反射和折射等物理现象。人体软组织及脏器结构声特性阻抗的差异构成大小疏密不等、排列各异的声学界面，是超声波分辨组织结构的声学基础。 3. 声波的界面反射与折射：超声入射到声学界面时引起返回的过程，称为声反射（acoustic reflection）。射向声学界面的入射角等于其反射角。而声波穿过介质之间的界面，进入另一种介质中继续传播的现象，称为声透射（acoustic transmission）。当超声的入射方向不

超声弹性成像系统

多模式超声波乳腺弹性成像系统摘要：本项目在研制全数字化宽频彩色超声系统的基础上，使用无外加压的超声剪切波成像方式（Supersonic shear wave imaging, SSI），同时检测乳腺组织中纵波和横波的传播情况；探索设计专用于乳腺的探头激励脉冲，研究检测、处理和分析横波信号的方式，重建出反映组织弹性的物理量；在此基础上研制出具有高清晰度的专用于乳腺检查的多模式超声波乳腺弹性成像系统。为乳腺疾病的诊断，尤其是早期诊断提供高效率、低成本、非创的新手段。本研究不仅可提供更丰富的诊断信息，而且可能成为乳腺疾病检查的首选手段。关键词：剪切波；弹性超声成像；乳腺病；剪切弹性模量；超声剪切波成像一、立项依据 1．项目的目的及意义乳腺疾病甚为多见,尤其是乳腺癌是严重危害女性健康的主要疾病之一，目前我国乳腺癌发病率居妇女恶性肿瘤发病率的第二位，并且发病率有逐年上升的趋势，使用非创的方法进行乳腺普查已经成为迫切的需要。虽然钼靶X线摄影对乳腺癌有较高的诊断率,但对致密型乳腺有假阴性的缺陷和增加年轻妇女罹患乳腺癌的危险；核磁共振被认为是评估乳腺癌较为有效的影像学方法之一，但成本较高。超声能弥补上述缺陷，是一种更安全的更适合于普查的诊断方法。但目前采用的超声诊断方法对乳腺疾病鉴别的特异性不强，不能量化，仅能提供组织的结构学和动力学信息，无法提供组织的定量性物理学特性信息-硬度或弹性信息。肿瘤在组织中生长或扩散，组织的硬度或弹性会随着改变，即肿瘤在出现形态学改变前，其硬度已经发生变化，导致正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异，因而软组织病理的改变往往与组织的硬度相关。如占乳腺癌90%以上的导管癌，其癌变组织的硬度大大不同于周边正常组织；很多处于不同病理阶段的组织硬度也不同，因此生物组织的弹性信息或硬度对疾病的诊断过程具有非常重要的参考作用。在弹性成像方式出现之前，触诊（Palpation）是广泛的检测乳腺肿瘤的诊断方法。触诊的依据是某些正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异，但触诊仅限于确诊表层附近的组织，人为因素大，可重复性差。而现有的医学成像方式包括MRI、CT、B超以及超声多普勒成像均不能提供组织的弹性或硬

超声成像波束形成的基本理论汇总

超声成像波束形成的基本理论声场在成像场域的分布称为波束形成(beam forming)。波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图2.1。本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法(聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径)及成像质量的评价标准。. 1 延时叠加波束形成算法延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间(至少需要几分钟)，不符合实时成像的要求。因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图2.2 所示。

1.1 声场分布的计算图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的[25]。超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。本节以常用的凸阵探头(离散阵)为例介绍超声空间发射声场的计算

如图2.3 所示，设阵元数为N，阵元的半径为R，相邻两阵元间的距离为d，由于d << R，可近似得到相邻两个阵元之间的夹角为Q=d/R。那么探头上任一阵元i 与中心线的夹角

实验四超声波成像基本原理

实验四超声波成像基本原理一、超声波简介及应用超声波指的是频率超过2×104 Hz，人耳不能听到的声波。超声广泛存在于自然界和日常生活中，如老鼠、海豚的叫声中含有超声成分，蝙蝠利用超声导航和觅食；金属片撞击和小孔漏气也能发出超声。在实验和工业生产中，人们利用压电效应（piezoelectric effect）产生超声波。压电效应是指对于某些不导电的固体物质（称为压电材料），当它们在压力（或拉力）的作用下产生变形时，在物体相对的表面会出现正、负束缚电荷，从而得产生电势差的现象。利用压电效应的逆效应，即在压电材料相对的两个表面施加电压信号，使得材料发生机械变形，就可以得到超声波。作为一种探测方法，超声波技术在军事、工业和医疗上有非常广泛的应用（探测对象包括潜水艇、固体材料内部的缺陷、体内脏器的病变以及胎儿的发育状况等。）超声检测的具有以下突出的优点： 1. 高穿透性，可以探测到材料深处的缺陷。 2. 灵敏度高, 可以探测到非常小的缺陷。 3. 非破坏性，只需要在材料的表面工作。 4. 对操作者以及周围的设备和材料没有伤害和干扰。二、超声波C扫描成像基本原理通过探头在试块顶部的X-Y扫描记录，得到来自试块内部缺陷的平面分布、埋藏深度Z 方向的信息，利用测量到的三维数据进行计算机图象重建，得到试块内部缺陷的立体图象。超声成像是通过测量反射波来获得物体内部的信息。在进行缺陷定位时，测量缺陷反射回波对应的时间，根据被测材料的声速可以计算出缺陷到探头入射点的垂直深度或水平距离。在超声成像时，探头在试块顶部二维扫描，得到来自试块内部缺陷深度的分布，再利用计算机进行图像重建，就可以得到试块内部缺陷的立体图像。由于衍射的存在，实际的超声波总有一定的发散性。通常我们用偏离中心轴线后振幅减小一半的位置表示声束的边界。如图1所示，在同一深度位置，中心轴线上的能量最大，当偏离中线到位置A、A’时，能量减小到最大值的一半。其中θ角定义为探头的扩散角。θ越小，探头方向性越好，定位精度越高。与光学仪器的成像一样，波长越短（频率越高），探头越大（相当于透镜的孔径越大），超声探头发射能量的指向性就越好。

超声弹性成像与彩色多普勒超声在乳腺占位性病变诊断中的对比分析

超声弹性成像与彩色多普勒超声在乳腺占位性病变诊断中的对比分析目的分析与研究超声弹性成像与彩色多普勒超声在乳腺占位性病变诊断中的应用价值。方法对我院2012年3月～2013年10月收治的120例乳腺占位性病变患者共148个病灶的超声弹性成像与彩色多普勒超声表现进行回顾性分析，148个病灶均经手术病例结果证实。将超声弹性成像、彩色多普勒超声结果与病理结果进行对比。结果超声弹性成像在乳腺占位性病变诊断中的准确性、特异性、敏感性明显优于彩色多普勒超声，差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论乳腺站位性病变良恶性诊断中，超声弹性成像的准确率明显高于多普勒超声成像，其误诊率明显低于多普勒超声成像。标签：超声弹性成像；彩色多普勒超声；乳腺占位性病变；诊断；对比目前，超声检查在乳腺疾病诊断方面的应用范围越来越广泛，特别是超声弹性成像技术[1]。本文主要针对我院2012年3月～2013年10月120例乳腺占位性病变患者共148个病灶的超声弹性成像与彩色多普勒超声表现进行回顾性分析，现报道如下。 1资料与方法 1.1一般资料回顾性分析我院2012年3月～2013年10月120例乳腺占位性病变患者共148个病灶的超声弹性成像与彩色多普勒超声表现，148个病灶均经手术病理证实。其中，良性组74例89个病灶，病灶大小在3.2～106.5m，平均（16±7）mm；年龄在14～79岁，平均年龄为（19±13）岁。恶性组46例51个病灶，病灶大小在（3.5±64.3）mm，平均（27±13）mm；年龄23～82岁，平均年龄为（43±15）岁。 1.2方法选取Hitachi Hi Vision Preirus彩色超声诊断仪，其探头频率为4MHz-11MHz。首先，在二维超声模式下对比扫查双侧乳腺，病灶在确定之后，将其切换为彩色多普勒超声检查，观察病灶内血流的分布状况，血流呈现阳性的患者，对其进行频谱多普勒检查，将阻力指数测量出来。然后通过超声弹性成像检查病灶，使用探头时进行加压解压操作，将超声诊断仪显示屏中呈现的压力压放频率控制在2～3s范围内，稳定在这一范围之后获取弹性成像图。 1.3评价标准 1.3.1血流分级主要根据Adler等人相关研究报道中的血流分级法：0级：观察病灶的时候，没有发现血流信号。Ⅰ级：观察病灶的时候，发现少量血流信号与1处或者2处点状血流。Ⅱ级：观察病灶的时候，发现中量血流信号，同时看见2条或者3条小血管。Ⅲ级：观察病灶的时候，发现大量血流信号与四条以上血管。0～Ⅰ级，诊断为良性；Ⅱ-Ⅲ级，诊断为恶性。

常规超声与超声弹性成像检查对乳腺癌诊断价值分析

常规超声与超声弹性成像检查对乳腺癌诊断价值分析发表时间：2017-12-26T10:52:39.923Z 来源：《健康世界》2017年21期作者：刘燕 [导读] 由于广大女性机体的生理条件相对较为特殊，在进入青春期阶段乳房开始发育之后的不同时期内均有可能罹患各种乳腺疾病[1]。新疆石河子大学医学院第一附属医院 832000 摘要：目的对比研究乳腺癌疾病患者采用常规超声和超声弹性成像两种技术进行诊断的临床价值。方法抽取过去在我院治疗的术后病理学诊断确定为乳腺癌疾病的92例患者，以随机分组的方式将其分成对照组和研究组，平均每组46例。对照组在术前采用常规超声技术进行检查；研究组在术前采用超声弹性成像技术进行检查。比较两组乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率、误诊和漏诊例数。结果研究组研究对象乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率为95.7%，对照组为67.4%，组间差异显著（P＜0.05）；误诊和漏诊例数少于对照组，组间数据对应比较差异显著（P＜0.05）。结论乳腺癌疾病患者采用超声弹性成像技术进行诊断，可以提高诊断的准确性，使误诊和漏诊现象减少，为患者争取更多的有效治疗时间。关键词：乳腺癌；常规超声；超声弹性成像；诊断由于广大女性机体的生理条件相对较为特殊，在进入青春期阶段乳房开始发育之后的不同时期内均有可能罹患各种乳腺疾病[1]。本文对比研究乳腺癌疾病患者采用常规超声和超声弹性成像两种技术进行诊断的临床价值。现做如下汇报。 1 资料和方法 1.1 一般资料采用随机分组的方式将2015年7月-2017年7月在我院治疗的术后病理学诊断确定为乳腺癌疾病的92例患者分成对照组和研究组，每组46例。对照组乳腺癌病史1-17个月，平均6.9±1.6个月；患者年龄39-74岁，平均51.3±7.8岁；左侧乳腺病变20例，右侧乳腺病变26例；已婚37例，未婚9例；已产35例，未产11例；均为女性患者；研究组乳腺癌病史1-14个月，平均6.9±1.4个月；患者年龄36-78岁，平均51.9±7.1岁；左侧乳腺病变18例，右侧乳腺病变28例；已婚39例，未婚7例；已产33例，未产13例；均为女性患者。上述几项两组研究对象的自然指标比较，组间数据无显著性差异（P＞0.05），研究所得数据具有可比性。 1.2 方法对照组在术前采用常规超声技术进行检查，在检查开始前帮助患者取仰卧位或患侧卧位，手臂保持上举置于头后的状态，使患侧乳房、锁骨上窝、腋窝等位置得到充分的暴露。操作从乳头上方的位置开始，以乳头作为中心，按照顺时针的方向，进行纵切、横切、斜切等三个不同角度的扫查。在发现病灶之后对其位置进行标记。至少应该从2个以上切面对病灶的情况进行观察，主要包括病变发生部位、病灶体积的大小、边缘表现情况、形态规则性、内部回声情况、后方声影、血流信号、淋巴结，对图像进行冻结之后保存，对病灶的特征进行描绘，并作出相应的诊断。研究组在术前采用超声弹性成像技术进行检查，超声仪调整至弹性成像模式。探头与皮肤之间保持垂直状态，对病灶区域实施正确的加压处理，对超声弹性成像图进行分析。比较两组乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率、误诊和漏诊例数。 1.3 数据处理方法采用SPSS18.0软件处理数据，计数资料进行统计学X2检验，用（ ±s）形式表示计量资料，并实施统计学t检验，当P＜0.05的时候，差异有显著统计学意义。 2 结果 2.1 乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率研究组研究对象乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率为95.7%，对照组为67.4%，组间差异显著（P＜0.05）。详见表1。表1 两组乳腺癌病情术前检查发现结果与术后病理学诊断证实结果的符合率比较组别术后证实例数（例）术前发现例数（例）比例（%）对照组 46 31 67.4 研究组 46 44 95.7 P值＜0.05 ＜0.05 2.2 误诊和漏诊例数研究组研究对象误诊和漏诊例数少于对照组，组间数据对应比较差异显著（P＜0.05）。详见表2。表2 两组患者病情误诊和漏诊例数比较[n（%）] 组别例数（例）误诊漏诊对照组 46 5（10.9） 9（19.6）研究组 46 0（0.0） 2（4.3） P值＜0.05 ＜0.05 3 讨论乳腺癌属于临床上常见的一种恶性肿瘤疾病，女性为主要患病人群，且以40岁以上中年人为主，近几年该疾病患者的构成有逐步年轻化的发展趋势，在早期阶段对病情做出诊断，可以使患者的生活和生存质量得到双重改善。临床对该疾病进行检查手段相对较多，其中超声技术由于其具有无创、方便、快捷等三大特点，而被广泛应用[2]。通过常规超声技术进行诊断的乳腺癌疾病，大多数患者的病灶直径在1cm以上，内部的回声状态不是十分均匀，并且会伴有一定的程度的钙化，由于癌肿病灶向周围的组织产生浸润，因此多数情况下有边缘毛躁的现象出现。再加上病灶周围的血流状态较为丰富，彩色多普勒能够对丰富的血流信号进行显示[3]。但是对体积较小的一些不典型的病灶进行检查，则很容易发生漏诊，而超声弹性成像技术在具体

超声成像基本原理和设计原则

超声原理 1.1超声的传播介质的密度与超声在介质中传播速度的乘积称声阻抗。声阻抗值一般为固>液>气体。超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射。当通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生反射与折射，或散射与绕射。反射、折射与透射:凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长(称大界面)时，产生反射与折射。成角入射，反射角等于入射角，反射声束与入射声束方向相反。垂直入射时，产生垂直反射与透射。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时，反射声强最大。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往前传播，遇不同声阻抗的介质时，再产生反射，依次类推，被检测的物体密度越不均匀，界面越多，则产生的反射也愈多。散射与绕射:超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长(小界面)的介质时，产生散射与绕射。散射为小介质向四周发散超声，又成为新的声源。绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。散射回声强度与超声入射角无关。 2超声在人体组织中的传播和诊断原理超声衰减:超声在介质中传播时，随着传播距离的增加，声强逐渐减弱，这种现象称为超声的衰减。引起衰竭的主要原因是介质对超声的吸收(粘滞吸收及热传导吸收)。超声频率愈高，介质的吸收愈多;其次为能量的分散如反射、折射、散射等。使原传播方向上的能量逐渐减弱。超声诊断是通过人体各种组织声学特性的差异来区分不同组织。按照声学特性。人体组织大体上可分为软组织和骨骼两大类，软组织的声阻与水近似，骨骼则属固体。人体组织的声速、声阻抗、声吸收系数、衰减系数等反映人体组织基本声学特性，人体不同组织的声学特性不同。人体各种软组织的平均声速约为1540米/秒，声衰减系数约与声频率成正比。声频率1兆赫时，衰减系数约1分贝/1厘米。超声在人体内传播时，在两种不同组织的界面处产生反射和折射，在同一组织内传播，由于人体组织的不均匀性而发生散射。超声通过不同器官和组织产生不同的反射与散射规律，仪器利用这些反射和散射信号，显示出脏器的界面和组织内部的细微结构，作为诊断的依据。正常脏器的回声规律: （1）含液体脏器如胆囊、膀肤、血管、心脏等，壁与周围脏器及内部液体间为界面、液体为均匀的无回声区。（2）实质性软组织脏器如肝、脾、肾等脏器均有包膜，周围有间隙，内部各有一定结构，如肝可以显示脏器轮廓、均匀的肝实质与肝内管道结构。（3）含气脏器如肺、由于肺泡内空气与软组织间声阻差异极大，在其交界面上产生全反射(几乎100%)，并形成多次反射，即超声不能进入正常肺泡。胀气的胃肠亦如此。（4）正常骨骼与周围软组织的差异大，在软组织与骨皮质交界处产生强反射，进入骨骼的超声由于骨松质组织吸收极多而不能穿透。其后方形成无回声区称声影。病变脏器的回声规律: 当脏器有病变时，由于病变组织与正常组织的声学特性不同，超声通过时产生不同正常的回声规律，各种病变组织亦各有其声学特性、其反射规律亦不相同。如肝内液性病变为无回声区，肝癌为强弱不均的实质性回声区、边缘不整齐，胆囊内结石则在无回声区中有强回声光团，后方有声影。 1.2超声诊断仪的构成简介超声诊断仪由两大部分组成，即超声换能器及仪器。 1.超声换能器(transducer):超声换能器是由压电晶片组成，晶片受电信号激发发射超声，进入人体组织，遇不同声阻界面产生反射与散射、晶片又接收回声信号，转换成电信号、送