超声学-超声影像学基础

吸收：即介质的导热性、粘滞性及介质分子 之间的内摩擦，使声能转换成热能，超声能 量逐渐的减小。
衰减的主要原因：介质的吸收、小界面的散 射、大界面的反射和声束的扩散等。
不同组织对超声的吸收程度与蛋白质、钙和水含 量有关，蛋白质或钙质成分高，衰减明显；水分 高，衰减少。
人体组织衰减程度规律： 骨质＞软骨＞肌腱＞肾＞肝＞脂肪＞血液＞尿液、 胆汁＞水
Rp + rp = 1 Ri + ri = 1
全乎全反反射射而如没果有Z1折和射Z2相，差如很从大水，进会入发气生体几或
从气体进入水，此时入射超声能量几乎完 全被反射，超声波几乎不可能从固体或液 体中向气体传播，反之亦然。
所以超声诊断肺、肠等含气组织和 骨组织较困难。
介 质 一
界面
介 质 二
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些 电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变 形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为 电致伸缩现象。
※换能器的工作原理：利用压电效应和逆压电
效应，具有超声发射器和接收器的功能
换能器：压电效应 逆压电效应（超声发射） 电能 换能器 机械能
正压电效应（超声接收） 超声诊断仪获得声像图
频谱多普勒（PW、CW） 彩色多普勒血流成像（CDFI）
A型（Amplitude mode，A- mode）
超声示波诊断法
横坐标代表探测界面的 深度 纵坐标代表波幅的高低
回声以波型显示，幅度调制型，一维显示 以波幅的高低代表界面反射信号的强弱：反射强， 波幅高；反射弱，波幅低。 除用在眼科专用机上，目前已基本淘汰。
超声成像系统。 40～100 MHz的频率范围用于超声生物显微镜成像系统，主
要用于眼前节的微细结构。
超声波的基本概念 超声波是机械波
超声波的基本物理量：
波长λ 、频率f和声速Ｃ
Ｃ＝ λ × f
声波的能量、强度I和阻抗Z： Z = ρ × C 固体＞液体＞气体
※超声成像基本原理——超声波的物理性能
3.目前使用的B型超声每秒钟可形成20～30帧 图像，实时动态地显示脏器的结构改变，所以 又称实时超声。
M型 ( Motion mode，M-mode)
超声光点扫描法/活动显示法，是沿声束传播方向各层组 织位移随时间变化的活动曲线。
是单条声束成像的检查方法，一维显示，但呈辉度调制的 显示方式，是B型超声的一种变异型。
图像是由若干像点集合而成，像点（或像素） 是图像中最小的基本单元。
图像中的像素亮度等级称灰阶，一般为16～ 256级灰阶
图像中的像素愈多，空间分辨率愈高；灰阶级 数愈多，对比分辨率愈好。
特点：
1.以断层切面图像来直观地显示脏器的形态结 构、空间位置、连接关系等
2.为二维显示，所以也称二维或切面超声。
超声 仪器
发射 接收 单元 单元
数字 扫描 转换 部件
键盘
面板 开关 组件
探头
显 示器
存储 部件
电源 部件
*换能器 *信息处理系统 *显示器
晶片
吸声 背块
匹配 层
导线
压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变 形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个 相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后， 它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压 电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也 随之改变。
2
反射(reflection)与折射(refraction) ：超声波从一种介质传 播到另一种介质时，由于两种介质的声阻抗Z不同，在两 种介质间形成声学界面，如果界面径线远大于超声波长， 将发生波的反射与折射。入射声波的能量一部分被反射到 同一介质中，另一部分被折射到下一介质中，反射和折射 性能受到两种介质声阻抗(Z1和Z2)的影响。
B型 ( Brightness mode，B – mode )
二维超声显像诊断法
回声信号的大小变化以 图像辉度的变化显示， 组织的深度在显示器的 垂直方向显示，并在水 平方向上加入声束的位 移信息，就构成二维切 面图像。
为辉度调制型。
以光点亮度代表回声强弱。回声强则光点亮, 回声弱则光点暗。
耦合剂的作用： 尽量消除探头和皮肤之间的空气对声波传播的 影响，增加透声性，使图像更清晰。
散射(Scattering):小界面对入 射声束呈散射现象
当超声波在传播时遇到径线
远小于波长λ的微小粒子会
发生散射，微粒吸收入射声 波能量并成为新的二次声源， 向周围立体空间辐射声波， 这种现象称为声波的散射。
横坐标：光点慢扫描时间 纵坐标：被探测结构的深度 应用在超声心动图中，就是M型超声心动图。 当扫查心脏某一固定位置时，以曲线动态图像显示结构回
声强弱、深度和运动情况。
M型 ( Motion mode)
Ｄ型（ Doppler mode，Ｄ – mode）
超声频移诊断法 通称多普勒超声 应用多普勒效应原理，对血流动力学变 化进行检测分析的检查方法，即分析： 血流性质、血流方向、血流速度
探头 种类
体表 探头
腔内 探头
线阵 探头 （浅表）
凸阵 探头 （腹部）
扇形 探头 （心脏）
经食管 探头
经直肠 探头
阴式 探头
血管内 探头
超声成像 显示方式
A型
B型
M型
D型
三维
超声 显微镜
频谱 多普勒
彩色 多普勒
脉冲波 多普勒
连续波 多普勒
※超声成像显示方式
A型超声诊断法 B型超声诊断法 M型超声诊断法 D型超声诊断法
目前已成为一门独立的学科，极大的丰富了临床 医学。
主要内容
1 一、超声成像的基本原理与设备
2
二、超声图像特点
3
三、超声检查技术4Biblioteka 四、超声图像的解读5
五、超声诊断的临床应用
教学内容
1．掌握超声诊断的物理原理及超声波的产生。 2．掌握超声诊断的显示方式及超声检查技术。 3．了解人体组织的声学分型。 4．了解超声的临床应用范围。 5．了解超声检查的图像方位及图像分析。
显示方式：频谱多普勒（PW、CW）
彩色多普勒血流显像（CDFI）
频谱多普勒超声
对运动物体所产生多普勒信号的频谱分布进行分析的检 查方法。为血流动力学定量诊断的首选方法。
观察分析声像图并结合临床表现可对疾病做 出诊断。
生物学效应
一定强度的超声波在人体组织中传播时，通过相互作用，如 热效应、机械效应和空化效应，可以使组织功能和结构发 生变化，称为超声的生物学效应。 胚胎和眼部较为敏感。 取决于声强和持续作用时间。
临床超声检查原则：即尽可能采用最低的输出功率和尽可 能减少扫查时间，对于眼部和胎儿检查尤其应严格遵循。
多普勒方程：fd = fr – f0 =2Vcosθ f0 / c
红细胞的多普勒效应
多普勒效应
声源与接收器作相向运动 时，接收的频率增大。
声源与接收器作背向运动 时，接收的频率减低。
根据这一原理，多普勒技 术可用于测量血流速度、 血流方向和血流性质（层 流或湍流）
多普勒技术包括频谱多普 勒和彩色多普勒成像。
通过各种类型的超声诊断仪，将超声发射到 人体内，具有一定频率的超声波在人体传播过程 中，遇到不同组织或器官的分界面时，由于声阻 抗的不同而发生不同程度的反射或/和折射形成回 声，这些携带不同声学信息的回声信号经过接收、 放大和信息处理后，以图像或波形的形式显示于 荧光屏上，即为声像图（Ultrasonogram 或 echogram）。
涉及物理、生物、医学、电子、计算机、 机械、材料等学科。
超声诊断学是超声医学的一部分。
是利用人体不同组织类型之间、病理或损伤组织 与正常组织之间的声学特性差异，以图像（声像 图）、图形、数字、声音等形式予以显示，显示 人体器官、组织的断面解剖及病理形态学的改变， 并根据这些改变诊断人体疾病。
M型、二维及多普勒超声检查迅速发展，已经成为临床上不可缺少的 影像诊断方法。
单一---全身
静态---动态
定性---定量 模拟---全数字化
一维---二维---三维---四维
黑白---彩色 单参数---多参数
优点：便捷、实用、有效、无损伤
特点：实时性、连续性、活体状态
超声医学是研究超声波与人体组织相互作 用的现象和规律，并以运用于医学为目的 的一门交叉学科。
垂直入射声波的反射与折射
声波斜行入射到两个相邻介质时
即声波以入射角θ入射到两个介 质的界面时
Sinθi =C1
Sinθt C2
θi ：入射角 θt ：折射角
由于人体软组织的声速相近，近
似于没有折射，因而可以认为超 声波是沿直线传播的。
镜面反射 只有在入射角方向才能 产生反射波，反射角等于入射角。
声阻抗差△ Z= Z2 - Z1 两与种Z2相介差质0存.1在%时声即阻有抗超差声别反，射是。界面反射的必要条件。当Z1 可利用超声波的这一特性来显示不同组织界面、轮廓，分
辨其相对密度。
声波垂直入射到两个相邻介质时
声压反射系数Rp = Z2-Z1 / Z1+Z2 声强反射系数Ri =（ Z2-Z1 / Z1+Z2）2 声压折射系数rp = 2Z2 / Z1+Z2 声强折射系数ri = 4Z1Z2 /（Z1+Z2）2
interface
斜行入射声波的反射与折射
当折射角θr = 90°时，则折射波沿界面传播，没有进入下一 介质。
斜行入射声波的反射与折射折射角θr = 90°
界面反射和折射是超声诊断的基础。
如果不发生界面反射，就得不到所需要的信息
反射太强，则进入下一介质中的超声能量太弱， 也得不到所需要的信息。