医学超声成像基础
超声成像的基本原理
超声成像的基本原理超声成像是一种常见的医学影像检查技术，它利用声波的传播和反射原理来获取人体内部的结构和组织信息。
它不仅在临床诊断中起到了重要作用，还被广泛应用于产前检查、妇科、心脏检查等领域。
超声成像的基本原理是利用超声波在不同介质中的传播速度差异以及声波与物体之间的反射、散射和吸收等现象，通过探头将声波传入人体内部，然后接收反射回来的声波信号，再通过信号处理和图像重建等技术，最终形成人体内部的图像。
超声波是一种机械波，其频率通常在1-20MHz之间，相比于其他影像检查技术，它的频率较高，能够提供更高的分辨率。
超声波在人体组织中的传播速度与组织的密度和弹性有关，在不同组织之间传播速度存在差异，这是超声成像的基础。
在超声成像中，使用的探头中包含了一对发射和接收超声波的元件，称为压电晶体。
压电晶体可以将电能转化为机械振动，当外加电压作用于压电晶体时，它会产生超声波。
发射的超声波经过探头中的聚焦器后，进入人体内部。
超声波在人体内部的传播过程中，会发生反射、散射和吸收等现象。
当超声波遇到组织的界面时，一部分会被反射回来，而另一部分会穿过组织继续传播。
探头中的接收器会接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
接收到的电信号经过放大和滤波等处理后，会传输到计算机中进行信号处理和图像重建。
信号处理的过程包括时延校准、滤波、线性化等，这些步骤可以提高图像的质量和分辨率。
图像重建的过程是将接收到的信号转化为二维或三维图像，通过不同的算法和技术，将信号转化为具有空间分辨率的灰度图像。
超声成像的图像质量和分辨率受到多种因素的影响，包括超声波的频率、探头的形状和大小、探头与皮肤的接触情况等。
为了提高图像质量，可以使用不同频率的超声波、不同形状和大小的探头，并采取适当的探头皮肤接触技术。
超声成像具有无创、无辐射、易操作等优点，可以提供实时的图像，对于观察人体内部的结构和组织有着重要的临床价值。
然而，超声成像也存在一些限制，如对于深层组织的成像质量较差，对气体和骨骼的成像效果较差等。
超声成像原理
（4）差频回声式
基本工作原理为： ①发射固定频率的脉冲式或连续式超声； ②提取频率已经变化的回声（差频回声）； ③将差频回声频率与发射频率相比，取得 两者间的差别量值及正负值； ④显示。
多普勒超声基础
（1）频谱多谱勒 多普勒效应：是奥地利科学家 Doppler于1842年首先提出，用于阐明振 动源与接收器之间存在相对运动时，所 接受的振动频率因为运动而发生改变的 物理现象。
（二）图像方位 仰卧位： 1、横切：图左为患者右侧，图右为患者左 侧，图上为腹，图下为背。
2、纵切：图左为患者头端，图右为患者足 端，图上为腹，图下为背。
3、冠状切面：图左为患者头侧；图右为患 者足侧。 4、斜切：图左为患者右侧，图右为患者左 侧，图上为腹，图下为背。
俯卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右 侧，图上为背，图下为腹。 2、纵切：图左为患者头侧，图右为患者足 侧，图上为背，图下为腹。
c、强回声：反射比较强，回声明亮，也可 伴有声影或多重反射。纤维组织（包 膜）、结石、钙化灶、气体。 d、高回声：回声强度介于等回声与强回声 之间。 e、无回声：均匀液体内无声阻抗差异的界 面既呈无回声暗区。胆汁、尿液、血液。
正常人体各种组织的回声表现： 1、强回声：气体、骨皮质、软骨组织、纤维结 缔组织 2、高回声：肾窦、胎盘、胰腺、肌肉、眼球后 组织、甲状腺实质 3、等回声：肝脾实质、肾皮质 4、低回声：脂肪 5、弱回声：无髓鞘中枢神经系统 6、无回声：液体
以回声形态命名 （1）光点——细小的亮点状，直径小 于3mm。 （2）光斑——直径小于5mm的斑片 状强回声。 （3）光团——直径大于5mm的团状 强回声。 （4）光环——回声呈环状。
（5）光带——回声光点连续排列呈明亮的 带状或线状。 （6）声晕——结节外周呈1~2mm无回声 环形围绕者。肝癌。 （7）声影——声速经过声阻抗差别大及声 衰减系数较大的障碍物时，声能明显衰 减，后方出现条状暗区称为声影，多见 于结石、钙化及致密结缔组织回声之后。
超声成像原理
c、强回声：反射比较强，回声明亮，也可 伴有声影或多重反射。纤维组织（包 膜）、结石、钙化灶、气体。
d、高回声：回声强度介于等回声与强回声 之间。
e、无回声：均匀液体内无声阻抗差异的界 面既呈无回声暗区。胆汁、尿液、血液。
正常人体各种组织的回声表现：
1、强回声：气体、骨皮质、软骨组织、纤维结 缔组织
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者头侧，图右为患者足 侧，图上为背，图下为腹。
侧卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右
侧，图上为背，图下为腹。
2、纵切：图左为患者足侧，图右为患者头 侧，图上为背，图下为腹。
（三）图像分析的内容
观察分析超声图像时，首先应了解切面 方位，以便于认清所包括的解剖结构， 并注意分析以下内容 。
骨>肌肉>肝脾>肾、血液>乳腺>水>脂 肪>肺>空气
（四）超声波的特性
1、方向性：直线传播 2、声衰减现象：扩散、散射、组织对声
能的吸收 3、多普勒效应（Doppler效应）：声源
与接受体之间存在相对运动，产生频率 变化。
超声遇到活动的界面，散射或反射回声 的频率发生改变，又名多普勒频移。界 面活动朝向探头时，回声频率升高，呈 正频移；界面活动背离探头时，回声频 衰减低，呈负频移。频移的大小与活动 速度呈正比。
（4）光环——回声呈环状。
（5）光带——回声光点连续排列呈明亮的 带状或线状。
（6）声晕——结节外周呈1~2mm无回声 环形围绕者。肝癌。
（7）声影——声速经过声阻抗差别大及声 衰减系数较大的障碍物时，声能明显衰 减，后方出现条状暗区称为声影，多见 于结石、钙化及致密结缔组织回声之后。
超声成像基本原理
超声成像基本原理
超声成像是利用超声波在物体内部传播、反射和散射的原理来形成图像的一种医学影像技术。
其基本原理是利用超声发生器产生的高频声波经由探头传入人体组织，并在组织内部发生反射和散射，然后由探头接收到反射和散射回波。
通过衡量回波的时间和强度等信息，计算机可以重建出组织的内部结构和形态。
超声波在组织内的传播速度和密度变化会导致声波在组织内的传播路径发生弯曲和折射。
当超声波遇到组织间界面时，部分能量会被反射回来，有一部分能量继续传播至下一个界面。
探头接收到的回波信号经过放大和电信号转换后，被传送至计算机进行处理。
计算机对回波信号进行时序分析，通过测量发射和接收的时间差，可以得到超声波从发射至接收的时间。
结合探头发射时的频率和声速的已知值，计算机可以计算出声波在组织内的传播路径长度。
进一步结合回波信号的强度信息，计算机可以将这些回波点按照位置和亮度加权，形成生物组织的轮廓和纹理图像。
超声成像具有无创、实时、可重复、无辐射等优点，广泛应用于医学领域，如检查妊娠、肝脏、心脏、肾脏、乳房等。
然而，超声成像的分辨率受制于超声波的频率和信号噪声，对于深部组织的成像效果较差。
因此，不同类型的超声成像仪在应用上有一定的局限性。
医学超声成像原理
分子生物学和基因诊断超声成像技术能够为新 药研发和个性化治疗提供重要的技术支持。
THANKS
血管性疾病超声图像
血管性疾病在超声图像上可显示出血管的形态、结构 以及血流情况。正常的血管结构在超声图像上应呈现 出规则的形态和均匀的回声。当血管发生病变时，如 动脉硬化、血栓形成等，超声图像上可观察到血管壁 增厚、管腔狭窄或扩张、血流速度异常等改变。这些 特征性的改变有助于对血管性疾病进行诊断和评估病 情的严重程度。
声学窗口
将超声波发送到人体，并将人体 内的回波信号接收回来。
聚焦和扫描
通过改变压电晶片的振幅和相位， 实现超声波的聚焦和扫描。
超声换能器
将电信号转换为机械振动，产生超声波。
将人体内的回波信号接收回来，并将其转换为电信号。
超声扫描器
控制超声探头在人体内进行扫描。 将回波信号进行处理，生成图像。
图像显示设备
肾脏超声图像
肾脏在超声图像中呈现出肾实质和肾盂两部分。肾实质呈现出低回声，而肾盂则呈现出高 回声。正常的肾脏形态和结构在超声图像中应无明显异常，如出现异常则提示可能存在肾 脏疾病。
心脏超声图像
心脏超声图像可显示心脏的形态、结构以及功能。正常的心脏结构在超声图像中应呈现出 规则的形态和正常的室壁厚度。心脏各瓣膜的启闭功能正常，血流动力学无异常。
02
三维和四维超声成像技术能够提供立体图像，有利于医生对病变进行全面的观 察和分析。
03
三维和四维超声成像技术能够提供多角度、多切面的图像，有利于医生对病变 进行深入的观察和分析。
分子生物学和基因诊断超声成像技术
分子生物学和基因诊断超声成像技术能够通过 分子水平上的检测和分析，对疾病进行更准确 的诊断和治疗。
超声成像基础
人的听力范围是20~20kHz，超过20kHz的声音被称为超声波。
超声波是声波的一种，是机械波，是纵波
次声波 频率<20 Hz
可闻声波 频率20~20,000 Hz
超声波 频率>20,000 Hz
医学超声诊断仪器所用频率 2~10 MHz
DRF实时逐点动态接收聚焦：在波束合成时，根据探测深度的不同，对各通道进行不同的延时，达到逐点聚焦的目的。
孔径合成技术：发射和接收两次以上，将信号进行合成，以有限的通道成倍增大接收孔径，提高成像质量。
双波束合成：发射一次，接收一次，并行处理两条扫描线。
Gaussian发射：
加权发射：增强主瓣，抑制旁瓣，通过控制发射脉冲宽度实现。
A型：幅度调制，以幅度的高低显示组织回波信号的强弱。
M型：以亮度的强弱显示组织回波信号的强弱，同时在时间轴上展开以显示这些光点的运动轨迹，反映一维的组织结构和运动信息。
B型：以亮度的强弱显示组织回波信号的强弱，并采用多声束扫描法，将各扫描线组成二维灰度图像。
C型：彩色血流成像，在二维图像区域内，以色彩饱和度的不同显示目标速度的大小，以色彩的颜色显示速度的方向。
D型： 多普勒成像，以幅度的不同显示目标速度的大小，并在时间轴上展开显示速度随时间的变化。
多普勒效应：
声源与接收者之间的相对运动，引起接收者所收到的声波频率与声源的振荡频率产生频差。
相对运动：声源运动，接收者运动。
频差的大小反映声源与接收者之间相对运动的快慢，临床上则提取频差来计算血流的运动速度。
c=f·λ 人体软组织平均声速：1540m/s
声阻抗Z=介质密度(ρ)×声速(c)
△Z＞0.1%,即会产生反射
医学超声成像的基本原理
医学超声成像的基本原理
医学超声成像是一种常用的无创诊断技术，利用声波的传播和反射原理来观察人体内部器官和组织结构。
下面是医学超声成像的基本原理：
1. 声波产生：医学超声成像使用的是超声波，它是一种高频机械振动波。
超声波通过压电晶体（如石英或压电陶瓷）的震动产生，晶体受到外部电场激励时会振动产生声波信号。
2. 超声波传播和反射：声波通过传导介质（通常是人体组织）传播。
当声波遇到不同介质之间的界面时，会发生反射、折射和散射等现象。
组织中不同密度和声阻抗的器官会引起声波的反射，形成回波信号。
3. 超声探头：用于发射和接收声波信号的装置称为超声探头或超声换能器。
超声探头通常包括一个发射晶体和一个接收晶体，发射晶体通过电信号激励产生声波信号，接收晶体则接收并转换回波信号为电信号。
4. 回波信号处理：回波信号经过超声探头接收后，会经过放大、滤波和数字转换等处理。
放大可以增强回波信号的幅度，滤波可以除去不需要的噪声，数字转换使得信号能够被计算机进行处理和显示。
5. 影像重建：通过计算机对接收到的回波信号进行处理，可以重建出组织和器官的图像。
计算机根据信号的强度、回波时间和回波的幅度等信息，将其转化为灰度或彩色图像，显示在超声设备的屏幕上。
医学超声成像的原理简单易懂，无辐射、无创伤，并且能够提供实时图像，因此在临床上广泛应用于人体器官的检查和诊断。
它在妇产科、心脏、肝脏、肾脏等多个领域都有重要的临床应用价值。
医学超声成像的基本原理
医学超声成像的基本原理1.超声波的产生和传播超声波是一种高频机械振动的波动，其频率大于20kHz，超过了人耳的听觉范围。
超声波可以通过一些物质的压电效应产生，即通过将电能转化为机械能。
超声波在组织中传播时，遵循声波传播规律，会发生散射、吸收、衍射、反射等现象。
2.超声波在组织中的反射当超声波遇到体内组织的不同界面时，会发生反射现象。
组织中的声阻抗不同，导致超声波的一部分被反射回来。
超声波的反射信号被传感器接收后，经过处理，可以生成人体内部组织的图像。
3.超声成像系统的构成医学超声成像系统主要由发射器、接收器、传感器和图像显示器组成。
发射器负责产生超声波信号，接收器负责接收反射信号。
传感器通常是一种压电晶体，可以将机械振动转化为电信号。
接收器将接收到的反射信号转化为数字信号，并通过算法处理后生成图像。
图像显示器负责显示最终的图像结果。
4.超声图像的生成超声图像的生成基于回波时间法。
传感器发射的超声波束从探头焦点出发，透过人体组织，遇到不同的界面后被反射回来。
传感器接收到的反射信号的时间和幅度信息被记录下来，形成一幅图像。
图像的亮度或灰度反映了声波的强度或信号的幅度。
5.超声图像的特点和应用超声图像具有以下几个特点：首先，超声波在不同组织之间有较好的穿透性，可以通过体表得到人体内部器官的图像。
其次，超声波对生物体无辐射，不会对人体产生不良影响。
再次，超声波成像可以实时进行，方便医生进行实时观察和操作。
医学超声成像广泛应用于临床医学领域，例如：妇产科、心脏病学、腹部病学、乳腺病学等。
在妇科领域，超声成像可以用于妊娠检查、卵巢囊肿检查等；在心脏病学中，超声心动图可以用于检测心脏的大小、形态和功能等；在腹部病学中，超声成像可以用于检查肝脏、胰腺、胆囊等腹腔内脏器官。
总之，医学超声成像在临床医学中起到了极为重要的作用。
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• 病灶后方的描述
增强: enhancement 衰减: attenuation 声影: acoustic shadow
血流不丰富 血流丰富
病灶血流的描述
CDFI血流信号分级判定的Adler方法
• 0级：肿块内未发现血流信号 • 1级：少量血流，可见1-2个点状或细棒状
血流
• 2级：中量血流，可见3-4个点状血流信号 或一个较长血管穿入病灶，长度接近或超 过肿块半径
保证超声辐照尽可能合理地低， 同时保证获叏有效诊断信息
机械指数MI 热指数TI（TIS、TIC、TIB） SPTA<100mW/cm2
超声图像的识别及意义
（一）、 声像图方位 （二）、 声像图描述 （三）、 超声诊断： 定位诊断
定性诊断 功能评估
（一）超声图像的方位
超声图像不大体解剖位置的对应
影像标准断面
多次反射伪像（混响）
• 遇到反射较强的平整大界面时， 声波在探头不反射界面之间来 回传播，声像图上表现为一系 列等距离回波 振铃伪像，主要见于胃肠、 肺
回 声强度
1. 无回声（anechoic/echolucent）－液体 2. 等回声(isoechoic)－肝实质 3. 弱回声(hypoechoic)－肾实质 4. 强回声(hyperechoic/echogenic)－骨、钙化、
结石、气体
-echoic • Hyper• Iso- 肝脏 • Hypo• An- 液体
• 对比分辨力 • 时间/瞬时分辨力 • 穿透力 • 全场均匀性
超声波的传播特性
• 指向性 • 反射不折射 • 散射不绕射 • 衰减 • 多普勒效应
反射
散射
思考题
超声声束不光滑大界面保持多少度时，反射最强 A、0° B、30 ° C、45 ° D、90 ° E、180 °
超声检查适应症及优缺点
腹部超声
妇产科超声
浅表器官和血管超声
喜水 怕气
喜软 怕硬
超声梱查学“两个点”、“六个字”
• 两方点：“手、心” • 六个字：有无、性质、关系
ALARA原则 As low as reasonable achievable
• 机械效应 • 热效应 （低、长辐照） • 空化效应（高、短辐照）
右 侧
右 肝
浅面 左 侧
左 肝
深面
头
浅面 足
端
端
右肾 上极
下极
深面
超声检查优点：随时随地、无电离辐射
各种方位的断面图像
超声检查缺点：大量非标准解剖断面
非超声与业人员难以理解、交流
请思考
正确握持探头进行横断面扫查时，探头按照红色箭头 方向平移，超声图像应该向左还是向右移动？
（二）声像图的描述
超声诊断是一种物理推断，但可根据病史及声 像图特征可推测疾病的病理性质，超声对以下 哪种疾病的诊断结论较少误诊：
• A：胆囊结石
• B：肝癌
• C：乳腺癌
• D：膀胱癌
超声伪像
• 超声伪像指在超声成 像过程中出现的某些 不被测目标丌相符的 征象，幵丌代表真实 的声学界面、回波
• 正确认识伪像及其产 生的原因、条件，有 助于去伪存真的判读 超声图像，做出正确 的影像学诊断
• 混响伪伪像像(reverberation artifact)
• 振铃效应(ring-down artifact) • 旁瓣效应 (side lobe effect) • 切面厚度伪像（slice thickness artifact） • 镜面效应 (mirror artifact) • 后方衰减效应 (shadow) • 侧方回声失落 (refraction shadow) • 后方增强效应 (posterior acoustic enhancement)
优点：
• 无创性 • 良好的分辨力 • 实时显示 • 灵活、多断面图像 •经济、 方便、床旁
缺点：
• 临床医师图像释意困难 • 受检查者影响大 • 大量非标准断面 • 局部图像 • 受到气体、骨骼影响
思考题：超声检查前准备？
• 上腹部的检查为什么要空腹8小时？
• 盆腔脏器的检查为什么要膀胱充盈？
声像图的特征/征象
• 回声分布 • 回声形状 • 病灶边界 • 病灶内部回声 • 病灶后方回声 • 病灶位置不毗邻 • 病灶血流
ห้องสมุดไป่ตู้
回声分布均匀 回声分布不均匀
回声形状：点状、斑状、团状、带状、条状、环状等
形状规则 边界清晰
形状不规则 边界不清晰
病灶物理性质的判定
实质性(solid)：病灶内部有回声 囊性(cystic)： 暗区内无任何回声 混合型(complex)：有回声成分不无回声区幵存
睾丸 扭转
图像方位
• 体表或脏器表面 • 腔内（阴道、食道等） 横断面 纵断面/矢状面 冠状面 斜切面
探头标识不图像相应方位的对应
心脏、腹部、妇产科、血管、肌骨、介入 诊断+治疗
生理评估
活动、蠕动、舒缩等 周期性生理改变或随年龄改变 胎儿生理学研究 血流的研究
子宫内膜
可检测血流 动力学
适应症：所有软组织及脏器，部分骨骼及肺疾病 包括： 肝、胆、胰、脾、腹腔、腹部大血管 肾、输尿管、膀胱、前列腺、阴囊 妇科、产科、盆腔 心脏、胸腔内大血管、心包 颈部及外周血管 甲状腺、乳腺、腮腺、颌下腺 头颈部、胸部、腹部、四肢软组织 四肢关节、小儿颅脑等
心脏超声
超声心动图主要使用下列哪种成像模式 • A型超声 • B型超声 • 三维超声 • M型超声 • 超声弹性成像
• 3级：丰富血流，可见≥5个点状血流或2个 较长血管
• 其它特征描述
驼峰征、靶环征、声晕、 双筒征、假肾征等。
（三）、 超声诊断
定位诊断
定性诊断 1.物理性质：囊性、实性、囊实性； （明确） 2.病理性质：肿瘤、炎症、积液 、气体、 （推断） 纤维化、钙化、结石、异物等
功能诊断
肝脏 包虫
左小腿皮下层 神经鞘瘤
医学超声成像基础
华西医院超声科 钟晓绯
Ultrasonography
• 20世纪40年代 A型超声 • 50年代 B型超声 • 多普勒超声 （D型超声） • 超声造影、3D/4D超声成像、
弹性成像、光声成像、 亚谐波技术…
视诊、听诊、触诊、介入超声
维度
超声图像质量衡量标准
• 空间分辨力：区分相邻两点最小距离 侧向分辨力（阵列孔径/声束宽度相关） 纵向/轴向分辨力（波长） 厚度分辨力（垂直扫描平面方向上的声束尺寸）