超聲基礎(chǔ)知識(shí)入門

超聲基礎(chǔ)知識(shí)入門一超聲基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)超聲基礎(chǔ)知識(shí)入門_超聲基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)超聲基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)物理基礎(chǔ)基本概念一人耳聽覺范圍：20-20000HZ超縱聲波頻率＞20000HZ—縱波（疏密波）：粒子運(yùn)動(dòng)平行于波傳播軸；診斷最常用超聲^率:2-10MHZ基本物理量：頻率（f）、波長(zhǎng)（入）、聲速（c）;三者關(guān)系：入二c/f人體軟組織的聲速平均為1540m/s，與水的聲速相近；骨骼的聲速最高，相當(dāng)于軟組織平均聲速的2倍以上。超聲場(chǎng)：發(fā)射超聲在介質(zhì)中傳播時(shí)其能量所達(dá)到的空間；簡(jiǎn)稱聲場(chǎng)，又稱聲束。聲束的影響因素：探頭的形狀、大?。魂囋獢?shù)及其排列；工作頻率（超聲的波長(zhǎng)）；有無(wú)聚焦及聚焦的方式；吸收衰減；反射、折射和散射等。聲束由一個(gè)大的主瓣和一些小的旁瓣組成。超聲的成像主要依靠探頭發(fā)射高度指向性的主瓣并接收回聲；旁瓣的反向總有偏差，容易產(chǎn)生偽像。聲場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩部分（1）近場(chǎng)聲束集中，呈圓柱狀；直徑—探頭直徑（較粗）；（橫斷面聲能分布不均勻）長(zhǎng)度一超聲頻率和探頭半徑。公式：L=（2r?f）/cL為近場(chǎng)長(zhǎng)度，r為振動(dòng)源半徑，f為頻率，c為聲速（2）遠(yuǎn)場(chǎng)聲束擴(kuò)散，呈喇叭狀；聲束擴(kuò)散角越小，指向性越好。（橫斷面聲能分布較均勻）聲束兩側(cè)擴(kuò)散的角度為擴(kuò)散角（20）；半擴(kuò)散角（0）。超聲波指向性優(yōu)劣指標(biāo)是近場(chǎng)長(zhǎng)度和擴(kuò)散角。影像因素：增加超聲頻率；—近場(chǎng)變斷、擴(kuò)散角變??；增加探頭孔徑（直徑）—但橫向分辨率下降。采用聚焦技術(shù)—方法：固定式聲透鏡聚焦；電子相控陣聚焦；聲束聚焦：采用聲束聚焦技術(shù)，可改善圖像的橫向和（或）側(cè)向分辨力。固定式聲透鏡聚焦—將聲透鏡貼附在探頭表面。常用于線陣探頭、凸陣探頭；可提高橫向分辨力，但遠(yuǎn)場(chǎng)仍散焦。電子相控陣聚焦一（1）利用延遲發(fā)射是聲束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射聚焦或多點(diǎn)聚焦；可提高側(cè)向分辨力；常用于線陣探頭、凸陣探頭；（2） 動(dòng)態(tài)聚焦：在長(zhǎng)軸方向上全程接收聚焦。（3） 利用環(huán)陣探頭進(jìn)行環(huán)陣相控聚焦；可改善橫向、側(cè)向分辨力；（4） 其他聚焦技術(shù)：如二維多陣元探頭。超聲物理特性：一、束射特性（方向性）—是診斷用超聲首要的物理特性；（如反射、折射、聚焦、散焦）大界面：指長(zhǎng)度大于聲束波長(zhǎng)的界面；大界面的回聲反射有顯著的角度依賴性。入射聲束垂直于大界面時(shí)，回聲反射強(qiáng)；入射聲束與大界面傾斜時(shí)，回聲反射減弱甚至消失。兩種介質(zhì)存在真聲阻抗，是界面反射的必要條件。聲強(qiáng)反射系數(shù)（R1）=（Z2-Z1）2/（Z2+Z1）Z1,Z2代表兩種介質(zhì)的聲阻抗；聲阻抗二密度x聲速界面回聲反射的能量與界面形狀密切相關(guān)：垂直于凹面—聚焦；垂直于凸面一散焦；垂直于不規(guī)則面一亂散射。超聲界面反射的特點(diǎn)：非常敏感。人體許多器官如肝、脾、膽囊的包膜、腹壁各層肌肉筋膜以及皮膚層都是典型的大界面。小界面：指小于聲束波長(zhǎng)的界面。其后散射（背向散射）回聲無(wú)角度依賴性。后散射：超聲遇到肝、脾等實(shí)質(zhì)性器官或軟組織內(nèi)的細(xì)胞、包括成堆的紅細(xì)胞（稱散射體），會(huì)發(fā)生微弱的散射波。散射波向四面八方分散能量，只有朝向探頭的微弱散射信號(hào)—后散射（背向散射），才會(huì)被檢測(cè)到?，F(xiàn)代超聲診斷儀正是利用大界面反射原理，能夠清楚顯示體表和內(nèi)部的表面和輪廓；還利用無(wú)數(shù)小界面后散射的原理，清楚顯示人體表層，以至于內(nèi)部器官、組織復(fù)雜而細(xì)微的結(jié)構(gòu)。二、衰減特性—衰減與超聲傳播距離和頻率有關(guān)；衰減的原因主要有吸收、散射、聲束擴(kuò)散。軟組織平均衰減系數(shù)：1dB/cm?MHz；蛋白質(zhì)成分是人體組織衰減的主要因素（占80%）。衰減規(guī)律：骨〉軟骨〉肌腱〉肝、腎〉血液〉尿液、膽汁；超聲的分辨力：顯示器上能區(qū)分聲束中兩個(gè)細(xì)小目標(biāo)的能力或最小距離。影像因素：超聲波得頻率；脈沖寬度；聲束寬度（聚焦）；聲場(chǎng)遠(yuǎn)近和能量分布；探頭類型；儀器功能（二維圖像中像素多少、灰階的級(jí)數(shù)多少等）。分類：空間分辨力（與聲束特性有關(guān)）—軸向（縱向）分辨力：與超聲頻率（正）和超聲寬度（負(fù)）有關(guān)；理論值：入/2橫向分辨力：與探頭厚度方向上聲束的寬度和曲面聚焦性能有關(guān)；—常采用透鏡聚焦側(cè)向分辨力：與探頭長(zhǎng)軸方向上聲束的寬度有關(guān)；—常采用相控聚焦細(xì)微分辨力—寬頻帶和數(shù)字化聲束處理；對(duì)比分辨力—與灰階級(jí)數(shù)有關(guān)；時(shí)間分辨力—單位時(shí)間成像速度即幀頻超聲的生物學(xué)效應(yīng)—聲功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)探頭發(fā)出的功率。單位：W或mW；聲強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上聲功率。單位：W/cm2或mW/cm2；ISPTA:空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)（mW/cm2）ISPPA:空間峰值脈沖平均聲強(qiáng)（W/cm2）分貝：兩個(gè)聲強(qiáng)的比值；超聲系統(tǒng)可控制的最大能量與最小能量之比為動(dòng)態(tài)范圍。生物學(xué)分類—熱效應(yīng)：診斷用超聲一般不會(huì)造成明顯的溫度升高；（mW/cm2級(jí)）空化效應(yīng)：可形成氣體微泡；診斷用超聲尚未得到證實(shí)；對(duì)細(xì)胞畸變、染色體、組織器官的影響；高強(qiáng)聚焦超聲（HIFU）:熱凝固和殺滅腫瘤細(xì)胞作用；（KW/cm2級(jí)）強(qiáng)烈機(jī)械震蕩—用于碎石治療；在物理治療學(xué)方面的作用（W級(jí)，一般0.5-3W/cm2）超聲輻射劑量是超聲強(qiáng)度與輻射時(shí)間的乘積。熱指數(shù)（TI）：1.0以下無(wú)致傷性，胎兒應(yīng)調(diào)至0.4以下；眼球應(yīng)0.2以下；機(jī)械指數(shù)（MI）：指超聲馳張期的負(fù)壓峰值（MPa數(shù)）與探頭中心頻率（MHz）的平方的比值。1.0以下無(wú)致傷性，胎兒應(yīng)調(diào)至0.3以下；眼球應(yīng)0.1以下；超聲聲學(xué)造影應(yīng)采用低機(jī)械指數(shù)，可以防止微氣泡破裂，提高造影效果。多普勒超聲技術(shù)的基礎(chǔ)及應(yīng)用多普勒效應(yīng)的公式：fd=2Vcos9f0/c""V二fdc/2f0cos。在超聲醫(yī)學(xué)診斷中，V為紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度；fd為多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的紅細(xì)胞散射回聲的頻移；c探頭發(fā)射的超聲在人體組織中的傳播速度；f0為探頭發(fā)射的超聲頻率；0為探頭發(fā)射的超聲的傳播方向與紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)方向間的夾角。分類—脈沖多普勒：選擇性接收回聲信號(hào)，所需檢測(cè)位置的深度用延遲電路完成；連續(xù)多普勒：無(wú)選擇檢測(cè)深度的功能，但可測(cè)很高速的血流；高脈沖重復(fù)頻率（HPRF）多普勒：增大檢測(cè)血流的能力；可有多個(gè)取樣容積。多普勒超聲所檢測(cè)的不是一個(gè)紅細(xì)胞，而是眾多的紅細(xì)胞，各個(gè)紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速度及方向不可能完全相同，因此，出現(xiàn)多種不同顏色的頻移信號(hào)，被接受后成為復(fù)雜的頻譜分布（波形），對(duì)它用快速傅立葉轉(zhuǎn)換技術(shù)（FFT）進(jìn)行處理后，把復(fù)雜的頻譜信號(hào)分解為若干個(gè)單頻信號(hào)之和，以流速-時(shí)間曲線波形顯示，以便于從中了解血流的方向、速度、時(shí)相、血流性質(zhì)等問題。脈沖多普勒技術(shù)的局限性：（1）最大頻移即最大測(cè)量速度受脈沖重復(fù)頻譜頻率的限制（fd=PRF/2）（2）PRF與檢測(cè)深度（d）的關(guān)系：d=c/2PRF，說明檢測(cè)深度受PRF的影響；（3）檢測(cè)深度（d）與速度（v）關(guān)系：vd二c2/8f0cos0,為常數(shù)，v、d相互制約；（4）當(dāng)被檢測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度超過PRF/2時(shí)，出現(xiàn)混迭現(xiàn)象。增大脈沖波多普勒技術(shù)檢測(cè)速度、檢測(cè)深度的方法：降低發(fā)射頻率；移動(dòng)零位基線；減低檢測(cè)深度；增大超聲入射角（0）,但cos0在分母位置，值越小計(jì)算出速度值誤差越大，所以此法不可取。用HPRF的頻譜多普勒：fd二HPRF/2彩色多普勒—原理：以脈沖多普勒技術(shù)為基礎(chǔ)，用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)顯示器（MTI）,自相關(guān)函數(shù)計(jì)算（自相關(guān)處理技術(shù)），數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換、彩色編碼等技術(shù)，達(dá)到對(duì)血流的彩色現(xiàn)象。三基色—紅、藍(lán)、綠三色；三基色混合時(shí)，可產(chǎn)生其他彩色，稱為二次色；紅色加綠色產(chǎn)生黃色（二次色），就以紅-黃表示正向高速血流。種類一速度型彩色多普勒：以紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度為基礎(chǔ)；能量型彩色多普勒：以紅細(xì)胞散射能量（功率）的總積分進(jìn)行編碼；速度能量型彩色多普勒：顯示方式—速度-方差顯示：朝向探頭—黃色；背向探頭—青藍(lán)色。速度顯示：朝向探頭—紅色；背向探頭一藍(lán)色；明暗表示快慢。方差顯示：高速血流顯示時(shí)從單一彩色變?yōu)槲宀疏偳?。能量顯示：適應(yīng)于對(duì)低速血流的顯示；明亮度表示多普勒振幅。局限性—（1）受入射角的影響；（2） 超過尼奎斯特頻率極限（PRF/2）時(shí)，彩色信號(hào)發(fā)生混迭；（3） 檢測(cè)深度與成像幀頻及可檢測(cè)流速間的互相制約；（4） 對(duì)二位圖像質(zhì)量的影響；（5） 湍流顯示的判斷誤差。彩色多普勒技術(shù)的調(diào)節(jié)方法：1、 彩色標(biāo)尺（PRF）的選擇：中、低速血流—速度顯示方式；高速血流—速度-方差及方差顯示方式；2、 發(fā)射超聲頻率：檢測(cè)較淺表的器官、組織及經(jīng)腔道檢測(cè)—高頻超聲；對(duì)高速血流的檢測(cè)—低頻超聲；對(duì)低速血流的檢測(cè)，達(dá)到被檢測(cè)深度的情況下—高頻超聲；3、 濾波器調(diào)節(jié)：低速血流—低通濾波；高速血流高通濾波；4、 速度標(biāo)尺：腹部及外周血管一低速標(biāo)尺；心血管系統(tǒng)一高速標(biāo)尺；5、 增益調(diào)節(jié)：檢測(cè)開始時(shí)，用較高的增益調(diào)節(jié)，使血流易于顯示；然后再降低增益使血流現(xiàn)象最清楚而又無(wú)噪音信號(hào)。6、 取樣框調(diào)節(jié)：取樣框應(yīng)包括需檢測(cè)區(qū)的血流，但不宜太大，使幀頻及顯像靈敏度下降；7、 零位基線的調(diào)節(jié)：零位基線下移，可增大檢測(cè)的速度范圍；8、 余輝調(diào)節(jié)：persistence調(diào)節(jié)鈕可使幀頻圖像重疊，增大信/噪比，使低速度、低流量的血流更易于顯示清楚；9、 掃查范圍與方向的調(diào)節(jié)：較小的掃查范圍（角度）可增加幀頻，彩色顯像更清楚。與血流方向相同的掃查方法，可使彩色顯像更敏感，更清晰。10、 消除彩色信號(hào)的閃爍：可選用高速度標(biāo)尺、高通濾波抗干擾，最佳方法是令病人屏住呼吸頻譜多普勒血流流動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)―一般規(guī)律：當(dāng)雷諾數(shù)（Re）>2000時(shí)成為湍流能量守恒定律：AP二4V2max；估算跨瓣壓、心腔及肺動(dòng)脈壓；質(zhì)量守恒定律：pAV二恒定（連續(xù)方程），計(jì)算瓣膜口面積；頻譜多普勒技術(shù)的調(diào)節(jié)方法：1、多普勒種類的選擇：中、低速血流一脈沖多普勒；高速血流一連續(xù)多普勒2、濾波條件：檢測(cè)低速血流，用低通濾波;對(duì)高速血流，用高通濾波；3、 速度標(biāo)尺：選擇與被檢測(cè)血流相匹配的速度標(biāo)尺；4、 取樣容積：對(duì)血管檢測(cè)，取樣容積應(yīng)小于血管內(nèi)徑；5、 零位基線：可增大頻移測(cè)量范圍；6、 頻譜信號(hào)上下翻轉(zhuǎn)：便于測(cè)量及自動(dòng)包絡(luò)頻譜波形；7、超聲入射角：心血管系統(tǒng)檢查ew20°；夕卜周血管檢測(cè)ew60°頻譜寬度（頻帶寬度）：表示在某一瞬間取樣容積中紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度分別范圍的大小。層流—窄頻譜；湍流—寬頻譜；取樣容積小—窄頻譜；取樣積大—寬頻譜；大動(dòng)脈一窄頻譜；夕卜周小動(dòng)脈—寬頻譜；超聲診斷儀超聲探頭一核心部分：壓電材料，如天然石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、壓電有機(jī)聚合物；吸聲材料（壓電晶片背面）：產(chǎn)生短促的超聲脈沖信號(hào)，提高縱向分辨率；匹配層（聲能壓電晶片前面）：保護(hù)壓電材料；使壓電材料與人體皮膚之間的聲阻抗相近；減少聲能損失，提高探頭靈敏度；種類一電子掃描探頭：線陣探頭:采用電子開關(guān)控制；陣子呈直線排列；凸陣探頭：采用電子開關(guān)控制；陣子呈弧形排列；相控陣探頭：掃描角度80-90，最大深度20cm；用于心臟檢查機(jī)械掃描探頭：扇形掃描探頭；單晶片；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；環(huán)陣（相控）探頭；電子相控聚焦；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；其他旋轉(zhuǎn)式掃描探頭等頻率—單頻探頭：中心頻率固定的探頭（頻帶較窄）；變頻探頭：可根據(jù)臨床需要選擇2-3種發(fā)射頻率；寬頻探頭：采用寬頻帶復(fù)合電材料（發(fā)射頻率范圍：2-5MHz、5-10MHz、6-12MHz）；接收時(shí)分三種情況：選頻接收：選擇某一特定的1-3個(gè)中心頻率；動(dòng)態(tài)接收：隨深度變化選取不同的頻率；寬頻接收：接收寬頻帶內(nèi)所有頻率回聲；高頻探頭：頻率高達(dá)40-100MHz，如皮膚超聲成像、超聲生物顯微鏡等。陣子數(shù)一是超聲探頭質(zhì)量的重要標(biāo)志。1個(gè)陣元由4-6個(gè)陣子分組構(gòu)成；陣子數(shù)愈多，理論上成像質(zhì)量愈好。采用高密度探頭，可提高聲束掃描線的密度，圖像分辨率顯著提高。超聲成像原理聲束掃描—利用探頭發(fā)射的聚焦束進(jìn)行的斷層掃描。聚焦超聲的特點(diǎn)：聲束形態(tài)特殊，聚焦區(qū)較細(xì)，遠(yuǎn)、近區(qū)即兩端均較粗，呈喇叭形；超聲波長(zhǎng)取決于所用探頭頻率，故其分辨率、穿透力隨之改變。聲像圖一將探頭在體表（橫向或縱向）移動(dòng)，示屏上的超聲掃描線（系列回聲信號(hào)）作相應(yīng)的移動(dòng)，如此構(gòu)成一幅（橫向或縱向）超聲聲像圖，也稱聲像圖（B型超聲）或二維超聲。幀頻（f）一每秒所成聲像圖的幀數(shù)；幀頻數(shù)目不應(yīng)低于16f/s；理想幀頻:20cm深宜達(dá)到20-30f/s；淺表成像宜超過30f/s；制約因素：脈沖重復(fù)頻率（PRF）；所需觀察聲像圖的深度；多點(diǎn)聚焦的數(shù)目等。增加彩色多普勒血流顯示，幀頻可能下降；彩色取樣框愈大，幀頻更低。超聲診斷裝置基本組成：發(fā)