超聲培訓課件

*1超聲培訓*2培訓目標超聲基礎知識超聲成像模式超聲技術(shù)名詞超聲探頭介紹超聲學習方法與交流超聲基礎知識*4

物理基礎

一超聲顯像物理基礎

一、超聲波基本物理量

（一）聲源、介質(zhì)

1、聲源

我們把能發(fā)出聲音的東西叫做聲源。振動是產(chǎn)生聲波的根源。

在超聲成像中，探頭晶片發(fā)射時即產(chǎn)生超聲，所以探頭晶片就是聲源。

2、介質(zhì)聲源和接收聲音之間的空間充滿了氣體(空氣)，或是液體，或是固體，即有種傳播聲音的媒介物——介質(zhì)。聲波必須在介質(zhì)中傳播，在真空中聲波是不能傳播的。

在超聲診斷中，人體臟器、器官都是介質(zhì)。介質(zhì)的聲學特性與成像的關(guān)系非常密切。

超聲與聲音除了頻率高低有別外，它們在本質(zhì)上是一致的，都是一種機械振動，并以確定的速度通過介質(zhì)。*5（二）頻譜圖與超聲波

1。譜圖

在很寬的頻率范圍內(nèi)，機械波和振動都可以產(chǎn)生聲音，這種頻率范圍叫做聲學頻譜。這個頻譜從可聽范圍到構(gòu)成物質(zhì)振動狀態(tài)的聲子的范圍（>1012），在圖1-1-1譜圖中給出了聲學頻譜的圖形解釋。

2。超聲波

人們能聽到的聲音，大約是20～20000Hz。高于20000Hz的聲音叫做“超音”，也就是通常所說的超聲波

圖1-1-1聲學頻譜圖

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（三）超聲波應用范圍

在20到100KHz的頻率范圍內(nèi)，很多動物都用超聲波進行交流、導航及追捕它們的獵物。

從100KHz（105Hz）到1MHz（106Hz），超聲波最重要的應用就是聲吶（聲音導航及測距）。

2.5MHz到5MHz的頻率用于心臟、腹部及軟組織成像。這些頻率能穿透組織可到達20-15cm的深度。

5-10MHZ的頻率的超聲波可以用于小器官的成像，例如：腮腺、甲狀腺、頸部血管及眼睛顯像，它只需要4-5cm的穿透深度。

10-30MHz用于皮膚及血管內(nèi)檢查，可以獲得高分辯力的圖像。

40-100MHz用于生物顯微鏡成像，對眼活組織表面下的顯微診斷。*7

（四）超聲波的三個基本物理量

1、超聲波的振態(tài)

超聲波的振態(tài)在固體中有縱波、橫波和表面波三種，而在液體和氣體中只有縱波振態(tài)，在超聲診斷中應用的是超聲縱波。

2、超聲波的三個基本物理量

超聲波有三個基本物理量，即波長（wavelength,λ）,頻率（f）和聲速(velocity,C),它們之間的關(guān)系為：

C=λ×f也就是λ=C/f

（1-1-1）

頻率即一秒鐘內(nèi)聲源振動的次數(shù),以赫茲為單位，并常用1kHz、1MHz（1Hz=1次/秒）。頻率是周期的倒數(shù)，如振動周期為T，則f=1/T。

聲速聲波在某種介質(zhì)中的傳播速度，即一秒鐘傳播的距離，單位為米/秒（m/s）。它與介質(zhì)的彈性（K）和密度（ρ）有關(guān),

而與超聲的頻率無關(guān)。聲速在決定聲阻抗以及回聲測距精度上是重要因素。超聲在人體軟組織中平均速度為1540m/s,探測1cm深度目標所需時間為13.4μs.*8

(五)聲速、波長與介質(zhì)的關(guān)系

1、聲速與介質(zhì)的關(guān)系（1）.同一介質(zhì)不同頻率的探頭在同一介質(zhì)中傳播時聲速基本相同。所以用不同頻率的探頭檢查肝臟時，聲速基本相同。（2）.不同介質(zhì)

同一頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播的聲速是不同的，例如：1MHz超聲波在0℃的水中為150Om／s；在0℃的鋼材中為6000m／s；在人體軟組織中平均聲速為1540m／s。如圖1-1-3所示：生物材料（組織）中的超聲速，粗橫條代表實驗測得的速度范圍。

人體軟組織的聲速分布在1500m/s～1680m/s之間,利用超聲方法對軟組織測距存在一定的誤差。而骨組織的聲速則高于2800m/s、肺組織的聲速大約在1200m/s以下，了解人體不同組織聲速的分布對判斷由超聲測量引起的誤差是很有幫助的。圖1-1-3生物材料中的超聲速

橫條代表實驗測的的速度范圍*9（六）超聲波的特性

直線傳播良好的指向性衰減性反射性多普勒效應*10（七）多普勒效應：聲源和接收體作相對運動時，接收體在單位時間內(nèi)收到的振動次數(shù)（頻率），除聲源發(fā)出者外，還由于接收體向前運動而多接收到（距離/波長個）振動，即收到的頻率增加了。相反，聲源和接收體作背離運動時，接收體收到的頻率就減少，這種頻率增加和減少的現(xiàn)象稱為多普勒效應*11

2、波長與介質(zhì)的關(guān)系

（1）同一介質(zhì)不同頻率的超聲波，在同一介質(zhì)內(nèi)傳播時其波長與頻率成反比。

1MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為1.5mm。

3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0.5mm。

5MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0.3mm，

所以頻率越高的超聲波在同一臟器組織中傳播其波長愈短。

例如：用高頻率的探頭檢查肝臟其波長也愈短。

（2）不同介質(zhì)

同一頻率的超聲波，在不同介質(zhì)內(nèi)傳播，因傳播聲速不同，則波長也不相同。頻率為3MHz的超聲波在人體軟組織中傳播時，其波長為0．5mm，而在空氣中傳播，其波長為0.114mm。所以用同一種探頭檢查人體不同的組織時，由于聲速存在差異，所以波長也是不相同的。*12（二）．超聲波的反射是超聲成像的基礎

1．分界面上的反射在兩種不同介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑r就可能發(fā)生反射和折射。圖l-1-5表示一種簡單的情況，所示其反射性能受到介質(zhì)特性阻抗的影響。分界面兩邊的特性阻抗差將決定入射超聲如何在透射和反射之間分配。圖1-1-5分界面上的反射

2、介質(zhì)的特性阻抗介質(zhì)特性阻抗Z等于它的密度ρ和超聲在其中的速度C的乘積，即：

Z=ρ×C(l-1-2)

物質(zhì)的密度一般是固體＞液體＞氣體，超聲在介質(zhì)中的速度是固體＞液體＞氣體，故聲阻抗值一般也是固體＞液體＞氣體。人體軟組織及實質(zhì)性臟器的密度、聲速和聲阻抗與水相接近(因臟器內(nèi)水的成份約占60～70％)。*13

3、人體組織衰減程度一般規(guī)律

人體軟組織對超聲波的吸收不僅與媒質(zhì)的物理特性有關(guān)，而且與其生理狀態(tài)有關(guān)。從臨床實驗得知，正常組織與病變組織對超聲的反應不同，癌組織對超聲吸收較大，炎癥組織次之。血液和眼前房液的吸收最小；肌肉組織的吸收有所增加；纖維組織和軟骨則能吸收大量能量；骨質(zhì)的吸收更大。

即：骨（或鈣化）>肌腱（或軟骨）>肝臟>脂肪>血液>尿液（或膽汁）液體內(nèi)含蛋白成分的聲衰越大，組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)越多，聲衰減越大，*14人體不同組織的聲衰減比較*15

三,超聲波的分辨力、穿透力

分辨力能在熒光屏上被分別顯示為兩個點的最小間距的能力。依方向不同可分為軸（縱）向分辨力和側(cè)（橫）向分辨力。

(1)軸向分辨力

軸向分辨力是指聲束穿過介質(zhì)中能被分辨為前后兩點的最小間距，它與超聲波的頻率成正比。從單純理論上計算所能測到物體的最小直徑，叫做最大理論分辨力。在數(shù)值上為1/2λ。在實際的B型超聲設備中，軸向分辨力可以達2mm以下。圖1-2-10表示出不同頻率的超聲波的軸向分辨力。圖1-2-13軸向分辨率與頻率的關(guān)系*16

(2)側(cè)向分辨力

側(cè)向分辨力是指與聲束相垂直的面上，能被分辨兩點的最小間距。它與超聲束的寬窄帶有關(guān)。聲束越窄（細），其側(cè)向分辨力越好。如圖1-2-11所示：圖1-2-14聲束寬窄與側(cè)向分辨力的關(guān)系*17

(3)分辨力的測量

通常采用生物模塊來測量超聲波的軸向和側(cè)向分辨力，圖1-1-16（A）為生物模塊的照片。1-1-16（B）為實測的分辨力。圖1-1-15（A）生物模塊圖1-1-15（B）為實測的分辨力圖片*18

(4)、穿透力

分辨力的增加將以穿透力的損失為代價。所有的人體組織都表現(xiàn)出隨頻率增加超聲衰減也增加。

典型軟組織衰減系數(shù)為0.5dB/mmMHZ.

3MHz系統(tǒng)可達到最大穿透力為220mm（a）

5MHz系統(tǒng)可達到最大穿透力為150mm（b）

10MHz系統(tǒng)可達到最大穿透力為50mm（c）

60MHz系統(tǒng)可達到最大穿透力為5mm（d）

由于人體軟組織對超聲的吸收衰減系數(shù)不同，其波長對探查結(jié)構(gòu)的容許尺寸的因素是有幫助的。應針對不同部位的診斷，可選擇不同頻率的超聲探頭。圖1-1-16在理想成像情況下，

穿透力相對頻率的關(guān)系abcd*19

(1)．空化作用：

所謂空化作用就是指在液體中產(chǎn)生強超聲時，會出現(xiàn)一種類似霧狀的氣泡，此種現(xiàn)象稱超聲空化作用。這種現(xiàn)象類似日常生活中所遇到的輪船推進器在產(chǎn)生推動力的同時會濺出氣泡那樣。這種空化作用使超聲具有強烈的破壞作用。

由于生物組織大多數(shù)屬軟組織，因此，在超聲作用下，其細微結(jié)構(gòu)多少會發(fā)生形變。

在較大強度超聲的作用下，如超聲治療所用的1W/cm2以上的劑量，則生物組織會由于超聲空化作用而產(chǎn)生不能復原的破壞性形變，以至使細胞壞死和整個生物組織壞死，這種強度劑量在超聲治療中，用以粉碎結(jié)石、血栓。在外科手術(shù)中，用更強的超聲來作為非侵入性手術(shù)刀。但作為超聲診斷，一般是禁止使用這種劑量的。

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(2)熱作用：

生物組織在超聲機械能的作用下，由于沾滯吸收，將一部分超聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織的溫度上升。當超聲輻射達到治療劑量的強度時，熱作用明顯，并能使熱量深入人體組織器官，甚至還會隨著血液傳導熱能。在用超聲進行治療中得知，頻率為800KHz、劑量為4w/cm2的超聲照射20s后，會在組織器官0.2~3cm的深處產(chǎn)生熱作用，而起到治療效果。(HIFU)

(3)生物作用:超聲的空化作用和熱作用與生物作用是有機聯(lián)系的；生物作用是氧化和還原作用。在高劑量超聲情況下，因超聲的生物作用還會破壞有機結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)

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超聲成像模式*22A型A型(Amplitudemode)：屬一維超聲、回聲強度以振幅顯示、探頭由單晶片構(gòu)成，主要用于腹部、頭顱、眼、胸腔等檢查，現(xiàn)多已淘汰。

A型掃描示意圖

Y軸

(振幅高度)代表回聲強度、X軸代表深度A型回聲圖示意圖回聲圖*23B型B型(Brightnessmode)為輝度調(diào)制型。即以不同輝度的光點表示界面反射信號的強弱。反射強則亮，反射弱則暗。聲束順序掃查臟器時，反射光點群按次序分布成一切面聲像圖，故此方法可顯示臟器的二維切面圖像。當成像速度大于每秒24幅時．即可顯示臟器的活動狀態(tài)，稱為實時顯像。

B型超聲診斷儀有多種掃查方式，根據(jù)探頭種類及掃查方式可分為線掃、扇掃及凸弧掃，每種掃查方式各有所長。高灰階的B型超聲診斷儀，可清晰顯示軟組織的微細結(jié)構(gòu)。B型超聲可用于胸腔、腹腔、盆腔內(nèi)臟器及顱腦、眼球、乳腺、甲狀腺的探測，是目前臨床應用最為廣泛的超聲診斷法*24切面超聲心動圖示意圖a、快速扇形掃描示意，b、切面超聲心動圖Y軸代表深度，X軸代表心臟長軸。B型電子線陣顯示示意圖a、線陣儀掃描示意，b聲象圖顯示，Y軸代表深度。X軸代表上下或左右*25M型超聲光點掃描法

M型(Motiontype)：一維、光點顯示、光點的亮度代表回聲強弱、探頭為單晶片，用于心臟、胎心、血管檢查、顯示心臟、血管結(jié)構(gòu)的活動規(guī)跡曲線圖又稱M型超聲心動圖。M型心動圖Y軸代表深度，X軸代表時間M型超聲心動圖示意*26M型圖像*27D型D型（Doppler）：（1）連續(xù)波多普勒：一維、頻譜顯示、探頭內(nèi)有二個晶片一收一發(fā)，用于檢測高速血流。（2）脈沖波多普勒：一維、頻譜顯示，探頭由單晶片組成、兼收、發(fā)。常與二維超聲相結(jié)合，用于檢測血流速度、方向、性質(zhì)等。（3）彩色多普勒：二維、光點顯示、以偽彩色代表血流方向、性質(zhì)及速度。多普勒用于檢測心腔及血管內(nèi)血流。彩色多普勒儀都具有B型、M型、連續(xù)波、脈沖波多普勒功能、根據(jù)需要任意選擇使用超聲脈沖多普勒顯示示意圖a、多普勒取樣部位顯示。b、多普勒頻譜圖。Y軸代表頻移（血流速度）。X軸代表時間。*282D+CPA+PW圖像技術(shù)名詞*30諧波概念：由于人體組織的非線性，超聲與介質(zhì)之間相互作用的（傳播、反射、衍射等）的非線性效應導致可能在發(fā)射頻率中不存在頻率的出現(xiàn)。產(chǎn)生：首先水和組織是可壓縮的物質(zhì)，當聲壓處于峰值時，密度比在波谷時稍大些，這一密度的變化則影響了聲波的傳播頻率和速度（波峰時快，波谷時慢），波峰變尖，就像海浪一樣，巨浪演變成尖而陡的波（高頻、包括諧波），而靠近海岸線的則是代表基波的頻率。*31分類分類：造影諧波、組織諧波造影諧波：使用造影劑UCA（UltrasoundContrastAgent)可以擴大非線性現(xiàn)象，被注入UCA的組織會產(chǎn)生大量的直徑數(shù)微米微氣泡，大小和紅細胞接近，由于入射/散射之間強度的關(guān)系的非線性參數(shù)比人體組織大10~100倍，這就意味著UCA所產(chǎn)生的諧波能量比周圍組織大10~100倍，而二次諧波的成分是最豐富的（但依然不能超出基波的能量）且到某一深度達到最大值。自然組織諧波=組織諧波NHI（NativeHarmonicImaging）=自然諧波THI（TissueHarmonicImage）：不用造影劑UCA的諧波成像*32諧波應用及優(yōu)/缺點THI/NHI應用：肥胖、肺氣過多、肋間間隙狹窄、腹壁較厚的病人，也就是顯像較困難的人CHI（ContrastHarmonicImage）應用：顯示臟器內(nèi)部的微細血管，有利于鑒別腫瘤血管，諧波多普勒技術(shù)可檢測甚低速血流。1 增強心肌和心內(nèi)膜顯示；2 增強細微病變的顯現(xiàn)力，了解心內(nèi)血流動狀態(tài)；3 對血栓輪廓的顯示較清晰；4 增強心腔內(nèi)聲學造影劑回聲5 降低心腔內(nèi)金屬物回升6 清晰顯示腹腔深處血管病變邊界7 對腹部、肝、腎、胰腺局限占位性病變顯示清晰8 清晰顯示腹部含液性臟器（膽囊、膀胱）內(nèi)病變及囊位病變的內(nèi)部回聲（腎囊腫、卵巢囊腫）缺點：由于有一定數(shù)量的動態(tài)范圍消耗，在顯像良好的病人當中，可能使圖像質(zhì)量退化。*33功率多普勒諧波成像（HarmonicPowerDopplerImaging）：HPDI：諧波成像和功率多普勒超聲的結(jié)合；反向脈沖諧波（Pulse/PhaseInversionHarmonic):發(fā)射基波的同時，發(fā)射一個相位與其相差180度的聲波，使接收回聲的基波成分完全抵消，只剩下寬頻的諧波成分，特點是：發(fā)射/接收不受頻帶寬度的控制，探頭可以檢測全頻帶的諧波成分。*34造影諧波成像ContrastharmonicImaging;CHI

又譯為對比諧波成像對比造影劑諧波成像技術(shù)(ContrastAgentHarmonicImaging;CAHI),是二次諧波成像技術(shù)中的一種，它利用超聲波沖擊(對比)造影劑的微泡時，微泡在兩倍數(shù)或更高倍數(shù)的聲波頻率上振動，困此可再發(fā)射(而組織反射產(chǎn)生的諧波能量很小)，因此超聲儀器接收這種二次諧波頻率在示波屏圖像上可更好地顯示出造影劑的回聲而增加其密度、靈敏性和飽和度，使心內(nèi)膜更為清晰。多用于觀察聲學造影劑對心腔及心肌的造影增強效果。*35造影劑簡介造影劑：非氣泡造影劑：口服液體：水、飲料；結(jié)腸水灌注；氣泡造影劑：簡單的：生理鹽水+葡萄糖+少量氣體；Co2+肝素化的生理鹽水+少量自身血液；結(jié)腸雙氧水灌注Albunex：美國MolecularB