超聲診斷物理特性及超聲偽像

關(guān)于超聲診斷物理特性及超聲偽像第一章緒論超聲醫(yī)學(xué)：以處理超聲波在人體內(nèi)所產(chǎn)生的各種回聲信息為基礎(chǔ)，并以不同的可視模式顯示人體臟器、組織結(jié)構(gòu)及血流，用以評(píng)價(jià)臟器的位置、解剖結(jié)構(gòu)、血流動(dòng)力學(xué)和功能變化，還可以輔助完成多種介入性治療。第2頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲醫(yī)學(xué)

Ultrasonicmedicine超聲治療

Ultrasonictherapy超聲診斷Ultrasonicdiagnosis第3頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲診斷學(xué)的主要內(nèi)容1.解剖學(xué)檢查2.血流動(dòng)力學(xué)檢查3.功能性檢查4.介入性超聲第4頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲檢查特點(diǎn)1.無(wú)放射性損傷，可視為無(wú)創(chuàng)檢查2.準(zhǔn)確性，超聲解剖與人體解剖結(jié)構(gòu)一致3.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示4.便捷、所占空間小，可移動(dòng)5.經(jīng)濟(jì)性，費(fèi)用較低6.及時(shí)報(bào)告結(jié)果，短時(shí)間內(nèi)可重復(fù)檢查7.與受檢者面對(duì)面，可及時(shí)了解病人信息8.高度的操作者及儀器依賴性第5頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)展史1950sA型(A-mode)

回聲圖(echogram)1960sM型(M-mode)M型超聲心動(dòng)圖(M-modeechocardiograph)1970sB型(B-mode)

聲像圖(sonograph,ultrasonograph)1980s雙功(duplex)聲像圖+多普勒頻譜

(sonograph+Dopplerspectrum)

1990s三功(triplex)聲像圖+多普勒頻譜+彩色多普勒血流顯示

(sonograph+Dopplerspectrum+colourDopplerflowimageCDFI)1990s三維立體聲像圖

(3diamentions)第6頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天新技術(shù)1.超聲造影2.介入超聲3.組織多普勒技術(shù)4.彈性成像技術(shù)5.血管內(nèi)超聲6.超聲組織諧波成像7.其他，應(yīng)變與應(yīng)變率、斑點(diǎn)追蹤等第7頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二章超聲診斷的基礎(chǔ)及原理超聲的物理特性超聲是機(jī)械波，具有波長(zhǎng)（λ）、頻率（f）和傳播速度（Ｃ）Ｃ＝λ·f第8頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲的傳播超聲的定義：超聲為一種高頻振動(dòng)的機(jī)械波，其頻率超過(guò)人耳能聽(tīng)到的聲波頻率的上限。人耳可以聽(tīng)到的聲波頻率：20～20000Hz（20KHz）超聲的頻率：>20000Hz（20KHz）常用的診斷用超聲頻率：2.2～10MHz第9頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲的速度（c）在不同的組織中的傳播速度超聲在同一介質(zhì)中，其聲速是恒定的，在不同的介質(zhì)中其聲速也會(huì)發(fā)生改變。一般說(shuō)，固體物含量多，聲速高；含水多，聲速低；含氣臟器中的氣體，聲速最低。根據(jù)超聲的傳播速度，把人體組織分為三類：1，軟組織2，骨與軟骨3，含氣臟器第10頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲的波長(zhǎng)（λ）λ=c/f在同一介質(zhì)中，聲速恒定，頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系成反比第11頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天超聲波的發(fā)射與接收聲波的發(fā)射：將電脈沖轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，也即將電能轉(zhuǎn)換成聲能～逆壓電效應(yīng)聲波的接收：將機(jī)械振動(dòng)（聲能）轉(zhuǎn)換成電脈沖（電能）～正壓電效應(yīng)聲波的接收聲波的發(fā)射換能器（其主要材料為壓電晶體）第12頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天各種探頭（換能器）3.5MHz凸陣探頭7.5MHz線陣探頭3.5MHz扇形探頭穿刺探頭腔內(nèi)探頭術(shù)中探頭第13頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天聲場(chǎng)聲場(chǎng)：探頭發(fā)射的超聲所能達(dá)到的最大深度及其周圍的空間范圍近場(chǎng)：靠近探頭的部分，聲束比較平行遠(yuǎn)場(chǎng)：遠(yuǎn)離探頭的部分，聲束開(kāi)始擴(kuò)散聲束：超聲所經(jīng)過(guò)的空間束寬：聲束橫斷面的直徑聲軸：代表聲束主方向的中心軸線近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)聲軸第14頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天分辨力

超聲診斷中重要技術(shù)指標(biāo)。分為基本分辨力及圖像分辨力?；痉直媪Γ?jiǎn)我宦暿€上所測(cè)出的分辨兩個(gè)細(xì)小目標(biāo)的能力。分類：軸向分辨力axialresolution側(cè)向分辨力lateralresolution橫向分辨力transverseresolution（國(guó)內(nèi)誤稱厚度分辨力）第15頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天軸向分辨力：沿聲速軸線方向的分辨力。

側(cè)向分辨力：與聲束軸線垂直的平面上，

在探頭長(zhǎng)軸方向的分辨力。

橫向分辨力：與聲束軸線垂直的平面上，在探頭短軸方向的分辨力。

側(cè)向分辨力橫向分辨力（厚度）軸向分辨力第16頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天人體組織的聲學(xué)參數(shù)密度聲速聲特性阻抗（Z）

密度與聲速的乘積

Z＝ρc（ρ：密度c:聲速）界面不同聲阻抗組織之間形成的接觸面大界面：>波長(zhǎng) 小界面：<波長(zhǎng)第17頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天指向性：當(dāng)聲源直徑大于在人體中傳播的波長(zhǎng)時(shí)，此時(shí)聲束具有指向性可以用聲源直徑（D）與波長(zhǎng)（λ）比值衡量

D/λ<10,指向性差；D/λ＝20，指向性好第18頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天人體組織對(duì)入射超聲的作用人體組織對(duì)入射超聲可產(chǎn)生多種物理現(xiàn)象，表現(xiàn)為聲像圖的各種特征第19頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天

超聲散射scattering反射reflection折射refraction衍射difration全反射totalreflection衰減attenuation會(huì)聚convergence人體組織對(duì)入射超聲的作用

H人UMAN體BODY

ULTRASOUND

發(fā)散divergence多普勒效應(yīng)Dopplereffect第20頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、散射：

遇到小界面時(shí)（散射體），散射使入射超聲的能量向各個(gè)空間方向分散輻射，故散射無(wú)方向性提示了臟器內(nèi)部細(xì)小結(jié)構(gòu)的回聲信息，是超聲成像研究?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)第21頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、反射：

入射聲束遇到大界面產(chǎn)生反射現(xiàn)象。大界面反射遵守斯涅爾（Snell）定律：1.入射和反射回聲在同一平面上；2.入射聲束與反射聲束在法線的兩側(cè)；3，入射角與反射角相等

反射的能量大小取決于界面兩側(cè)介質(zhì)的聲特性阻抗差。相差越大，反射率越大，當(dāng)大到一定程度可造成超聲能量的全部反射，不再達(dá)到深部組織；相反，如果差值較小，反射則較少，大部分超聲能量透射到深部組織，反射能量較低時(shí)可造成圖像上不能顯示第22頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、折射：

入射聲束遇到大界面其兩側(cè)介質(zhì)的傳播速度不同，聲束在經(jīng)過(guò)這些組織間的大界面時(shí)，產(chǎn)生聲束前進(jìn)方向的改變。折射角與入射角的正弦比值與界面兩側(cè)的聲速比值相等sina/sinb=c1/c2第23頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、全反射：如第二介質(zhì)中的聲速大于第一介質(zhì)，則折射角大于入射角。入射角增大至某一角度時(shí)，可使折射角等于90°，即折射聲束與界面平行。此時(shí)的入射角名：臨界角。入射角大于臨界角時(shí)，折射聲束完全返回至第一介質(zhì)，稱為全反射。第24頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、衰減

（衰減為反射、散射及吸收的總和）

衰減與選用的頻率及傳播的深度成正比

第25頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天6、多普勒效應(yīng)（DOPPLER）

超聲在探測(cè)移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，其回聲頻率發(fā)生變化利用多普勒效應(yīng)可檢測(cè)血管內(nèi)有無(wú)血流，及血流方向和血流速度

正頻移負(fù)頻移第26頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)的超聲效應(yīng)與圖像偽差混響效應(yīng)

聲束掃查體內(nèi)平滑大界面時(shí)，部分聲能量返回探頭表面之后，又與探頭的平滑面再次反射，又第二次進(jìn)入體內(nèi)，形成多次反射。混響效應(yīng)多見(jiàn)膀胱前壁及膽囊底，大囊腫前壁。第27頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天混響偽像。（a）圖示超聲波在兩個(gè)強(qiáng)反射界面之間重復(fù)反射。（b）顯示器顯示多發(fā)等距信號(hào)向深場(chǎng)延伸。（c）新生兒可觸性腫物超聲橫斷成像顯示混響偽像（箭）。（d）膽囊超聲長(zhǎng)軸成像顯示由羅-阿氏竇內(nèi)膽固醇結(jié)晶引起的彗星尾偽像（箭頭）。這一發(fā)現(xiàn)診斷為膽囊腺肌癥。也可見(jiàn)膽囊結(jié)石聲影。

(MyraK.Feldman,MD?SanjeevKatyal,MD?MargaretS.Blackwood,MS,RadioGraphics2009;29:1179–1189)第28頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天振鈴效應(yīng)聲束在傳播途徑中，遇到一層甚薄的液體層，且液體下方有極強(qiáng)的反射界面為條件，通常在胃腸道及肺部。第29頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天

振鈴偽像。（a）圖示主聲束遇見(jiàn)環(huán)形氣泡伴中心包繞液體。（b）袋狀液體形成的共振引起持續(xù)的聲源，并傳回探頭。（c）顯示器顯示高回聲反射體伴后方線狀回聲。（d）左側(cè)臥位膽囊超聲成像顯示十二指腸內(nèi)的氣體和液體引起振鈴偽像（箭頭）。第30頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天鏡像效應(yīng)

聲束遇到深部的平滑鏡面時(shí)，鏡面把聲波反射到與之接近的界面，靶標(biāo)的反射回聲沿原路再次反射回探頭，從而在鏡面兩側(cè)距離相等顯示形態(tài)相似的聲像圖。第31頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天鏡面?zhèn)蜗瘛＃╝）在此圖中，灰箭頭代表預(yù)期的超聲束路徑。這些回波顯示正確。黑箭頭顯示原發(fā)超聲束的另一路徑。在此路徑原發(fā)超聲束首先遇見(jiàn)深方反射界面。（b）深方反射界面的回波延遲返回探頭，在顯示器上錯(cuò)位。（c）在右肝水平超聲長(zhǎng)軸成像顯示肝右葉高回聲病變（光標(biāo)）和復(fù)制的高回聲病變（箭頭）與膈肌等距，位于本應(yīng)是肺實(shí)質(zhì)的位置。第32頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天側(cè)壁失落效應(yīng)大界面回聲具明顯的角度依賴現(xiàn)象。入射角較大時(shí)，回聲轉(zhuǎn)向他側(cè)不復(fù)回探頭，則產(chǎn)生回聲失落現(xiàn)象。囊腫或腫瘤其外周包以光滑的纖維包膜，超聲可顯示其前后壁，但側(cè)壁不能顯示。第33頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)生于圓形病灶周圍有纖維包膜（聲速較軟組織高）情況下，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致界面下方第二介質(zhì)內(nèi)的失照射，即在圓形病灶的兩側(cè)側(cè)后方顯示為直線形或銳角三角形的清晰聲影。側(cè)后折射聲影第34頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天第35頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天后壁增強(qiáng)效應(yīng)

聲束在傳播過(guò)程中必然隨深度的增加而不斷增加其衰減，為使聲像圖顯示深淺均勻，儀器上加入深度增益補(bǔ)償（DGC）調(diào)節(jié)系統(tǒng)。后壁增強(qiáng)效應(yīng)是指在常規(guī)調(diào)節(jié)的DGC系統(tǒng)下所發(fā)生的圖像顯示效應(yīng)。第36頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天后方回聲增強(qiáng)。（a）圖示超聲束遇見(jiàn)局灶性低衰減物質(zhì)。這一物質(zhì)遠(yuǎn)端的回聲強(qiáng)度比同一深度成像斷面高。（b）肝橫斷超聲成像顯示無(wú)回聲和低衰減的肝囊腫。囊腫深方的肝實(shí)質(zhì)由于后方回聲增強(qiáng)偽像錯(cuò)誤的顯示為強(qiáng)度增加（箭頭）。第37頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天聲影

指在常規(guī)DGC正補(bǔ)償調(diào)節(jié)后，在組織內(nèi)病灶后方所演示的回聲低弱后接近無(wú)回聲平直條狀區(qū)。聲影系聲路中具較強(qiáng)衰減體。高反射體（如氣體）或高吸收系數(shù)物體（如骨骼、結(jié)石、疤痕）下方具有聲影。第38頁(yè),共45頁(yè)，2024年2月25日，星期天聲影。（a）圖示超聲束遇見(jiàn)高衰減的物質(zhì)。這一物質(zhì)遠(yuǎn)端的回聲強(qiáng)度比同一深度回