超聲波成像原理簡(jiǎn)介

超聲成像要點(diǎn)超聲診斷儀超聲的物理特性超聲診斷的基礎(chǔ)超聲成像的新發(fā)展超聲波：頻率高于20000赫的聲波超聲診斷：（ultrasounddiagnosis）是在現(xiàn)代電子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，將雷達(dá)技術(shù)與超聲原理相結(jié)合，并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的診斷方法。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于超聲診斷儀，使超聲診斷水平迅速提高，并廣泛應(yīng)用于臨床各個(gè)領(lǐng)域，包括肝、膽、脾胰、腎、膀胱、前列腺、顱腦、眼、甲狀腺、乳腺、腎上腺、卵巢、子宮及產(chǎn)科領(lǐng)域、心臟等臟器及軟組織的部分疾病診斷。超聲波與超聲診斷超聲診斷儀SSC-370超聲波診斷儀數(shù)字化黑白超聲診斷儀超聲診斷儀彩色超聲多普勒血流成像系統(tǒng)最新電腦平臺(tái)高級(jí)超聲診斷儀超聲診斷儀由兩大部分組成超聲換能器電子儀器超聲診斷儀超聲換能器（Transducer）超聲換能器是由壓電晶片組成，晶片受電信號(hào)激發(fā)發(fā)射超聲，進(jìn)入人體組織，遇不同聲阻界面產(chǎn)生反射與散射、晶片又接收回聲信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、送入儀器。晶片將電能轉(zhuǎn)換成聲能（發(fā)射），又能將聲能轉(zhuǎn)換成電能（接收），稱之為聲電換能器。超聲換能器測(cè)厚探頭直探頭超聲換能器可拆式斜探頭非金屬探傷用探頭電子儀器目前所用超聲診斷儀多應(yīng)用超聲脈沖回波技術(shù)，將接收到的回波信號(hào)、經(jīng)過(guò)放大并顯示在顯示屏上。根據(jù)顯示的方式不同，分為A（Amplitude）型、M（Motion）型、B（Brightness）型及D（Doppler）型已為臨床廣泛應(yīng)用。其它如超聲全息、超聲CT及超聲顯微鏡等目前尚處于研制階段。超聲的物理特性

超聲場(chǎng)特性：超聲在介質(zhì)內(nèi)傳播的過(guò)程中，明顯受到超聲振動(dòng)影響的區(qū)域稱超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長(zhǎng)，則所發(fā)射的超聲波能量集中成束狀向前傳播，這現(xiàn)象稱為超聲的束射性（或稱指向性）。近場(chǎng)區(qū)：換能器近側(cè)的超聲波束寬度與聲源直徑相近似，平行而不擴(kuò)散，近似平面波，該區(qū)域稱近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲強(qiáng)分布不均勻。遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：近場(chǎng)區(qū)以外的聲波以某一角度擴(kuò)散稱遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。超聲的物理特性L0=r2f/Csinθ=1.22λ/D。式中L0為近場(chǎng)距離，r為換能器半徑，f為頻率，C為聲速、θ為半擴(kuò)散角、D為換能器直徑，λ為超聲波波長(zhǎng)。近場(chǎng)距離聲源直徑半擴(kuò)散角超聲的反射與折射

聲阻抗：介質(zhì)的密度與超聲在介質(zhì)中傳播速度的乘積稱聲阻抗。聲阻抗值一般為固體>液>氣體。超聲在密度均勻的介質(zhì)中傳播，不產(chǎn)生反射和散射。當(dāng)通過(guò)聲阻抗不同的介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的交界面上產(chǎn)生反射與折射或散射與繞射。超聲的反射與折射反射、折射與透射：凡超聲束所遇界面的直徑大于超聲波波長(zhǎng)（稱大界面）時(shí)，產(chǎn)生反射與折射。成角入射，反射角等于入射角，反射聲束與入射聲束方向相反。垂直入射時(shí)，產(chǎn)生垂直反射與透射。反射聲強(qiáng)取決于兩介質(zhì)的聲阻差異及入射角的大小。垂直入射時(shí)，反射聲強(qiáng)最大。反射聲能愈強(qiáng)則折射或透射聲能愈弱。進(jìn)入第二介質(zhì)的超聲繼續(xù)往前傳播，遇不同聲阻抗的介質(zhì)時(shí)，再產(chǎn)生反射，依次類推，被檢測(cè)的物體密度越不均勻，界面越多，則產(chǎn)生的反射也愈多。

超聲的反射與折射超聲的散射與繞射

超聲在傳播時(shí)，遇到與超聲波波長(zhǎng)近似或小于波長(zhǎng)（小界面）的介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生散射與繞射。散射為小介質(zhì)向四周發(fā)散超聲，又成為新的聲源。繞射是超聲繞過(guò)障礙物的邊緣，繼續(xù)向前傳播。超聲的散射與繞射散射繞射多普勒效應(yīng)

聲源和接收體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體在單位時(shí)間內(nèi)收到的振動(dòng)次數(shù)（頻率），除聲源發(fā)出者外，還由于接收體向前運(yùn)動(dòng)而多接收到（距離/波長(zhǎng)個(gè)）振動(dòng)，即收到的頻率增加了。相反，聲源和接收體作背離運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(yīng)。

多普勒效應(yīng)相對(duì)靜止相對(duì)運(yùn)動(dòng)背離運(yùn)動(dòng)多普勒效應(yīng)超聲診斷的基礎(chǔ)

人體組織的聲阻與衰減系數(shù)正常臟器的回聲規(guī)律病變臟器的回聲規(guī)律超聲多普勒超聲對(duì)人體的影響

超聲診斷超聲診斷超聲診斷人體組織的聲阻與衰減系數(shù)超聲在人體內(nèi)傳播時(shí)，在兩種不同組織的界面處產(chǎn)生反射和折射，在同一組織內(nèi)傳播，由于人體組織的不均勻性而發(fā)生散射。超聲通過(guò)不同器官和組織產(chǎn)生不同的反射與散射規(guī)律，儀器利用這些反射和散射信號(hào)，顯示出臟器的界面和組織內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)，作為診斷的依據(jù)。按照聲學(xué)特性，人體組織大體上可分為軟組織和骨骼兩大類，軟組織的聲阻與水近似，骨骼則屬固體。人體不同組織的聲速、聲阻抗、聲吸收系數(shù)、衰減系數(shù)等基本聲學(xué)特性不同。介質(zhì)密度(g/cm3)超聲縱波速度(m/s)特征阻抗(105R*)測(cè)試頻率(MHz)空氣0.0012933320.0004292.9水0.993415231.5132.9血液1.05515701.6561.0軟組織1.01615001.5241.0肌肉1.07415681.6841.0骨1.65838605.5711.0脂肪0.95514761.4101.0肝1.05015701.6481.0人體組織的聲阻與衰減系數(shù)正常臟器的回聲規(guī)律含液體臟器如膽囊、膀胱、血管、心臟等，壁與周圍臟器及內(nèi)部液體間為界面、液體為均勻的無(wú)回聲區(qū)。實(shí)質(zhì)性軟組織臟器如肝、脾、腎等臟器均有包膜，周圍有間隙，內(nèi)部各有一定結(jié)構(gòu)，如肝可以顯示臟器輪廓、均勻的肝實(shí)質(zhì)與肝內(nèi)管道結(jié)構(gòu)。實(shí)質(zhì)性臟器（肝）與含液體臟器（膽）的聲象圖規(guī)律。正常臟器的回聲規(guī)律含氣臟器如肺、由于肺泡內(nèi)空氣與軟組織間聲阻差異極大，在其交界面上產(chǎn)生全反射（幾乎100％），并形成多次反射。含氣臟器（肺）的多次反射正常臟器的回聲規(guī)律正常骨骼與周圍軟組織的差異大，在軟組織與骨皮質(zhì)交界處產(chǎn)生強(qiáng)反射，進(jìn)入骨骼的超聲由于骨松質(zhì)組織吸收極多而不能穿透（除顱骨外），其后方形成無(wú)回聲區(qū)稱聲影。骨骼的聲象圖（脊柱）病變臟器的回聲規(guī)律

當(dāng)臟器有病變時(shí)，由于病變組織與正常組織的聲學(xué)特性不同，超聲通過(guò)時(shí)產(chǎn)生不同正常的回聲規(guī)律，各種病變組織亦各有其聲學(xué)特性、其反射規(guī)律亦不相同。如肝內(nèi)液性病變?yōu)闊o(wú)回聲區(qū)，肝癌為強(qiáng)弱不均的實(shí)質(zhì)性回聲區(qū)、邊緣不整齊，膽囊內(nèi)結(jié)石則在無(wú)回聲區(qū)中有強(qiáng)回聲光團(tuán)，后方有聲影。

病變臟器的回聲規(guī)律肝腫瘤、內(nèi)部回聲不均勻、較強(qiáng)回聲區(qū)呈團(tuán)狀，肝表面不平膽囊內(nèi)結(jié)石、膽囊無(wú)回聲區(qū)中一強(qiáng)回聲光團(tuán)，后方有聲影超聲多普勒

利用多普勒效應(yīng)原理檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體。當(dāng)發(fā)射超聲傳入人體某一血液流動(dòng)區(qū)，被紅細(xì)胞散射返回探頭，回聲信號(hào)的頻率可增可減，朝向探頭運(yùn)動(dòng)的血流，探頭接收到的頻率較發(fā)射頻率增高，背離探頭的血流則頻率減低。接收頻率與發(fā)射頻率之差稱多普勒頻移或差頻。目前常用的超聲多普勒有連續(xù)波多普（CWD）、脈沖波多普勒（PWD）及彩色多普勒（CDFI）。超聲多普勒多普勒頻移（Fd）與發(fā)射頻率（fo）、血流速度（V）、超聲束與血流間夾角（θ）的余弦成正比，與聲速（C）成反比，公式為：式中Fd、cosθ均可測(cè)得，fo及C為已知，可以計(jì)算出V聲束與血流方向平行時(shí)可記錄到最大血流速度，聲束與血流方向垂直時(shí)則測(cè)不到血流信號(hào)。V超聲多普勒連續(xù)波多普勒以頻譜顯示，可單獨(dú)使用，亦可與二維超聲心動(dòng)圖結(jié)合。接收取樣線經(jīng)過(guò)部位上所有頻移信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)為可以測(cè)定高速血流，缺點(diǎn)為不能區(qū)分信號(hào)來(lái)源深度。脈沖波多普勒亦以頻譜顯示，與二維超聲相結(jié)合，可以選擇心臟或血管內(nèi)任一部位的小容積血流顯示血流實(shí)時(shí)頻譜，頻譜可顯示血流方向，血流性質(zhì)，血流速度，血流持續(xù)時(shí)間等，可供定性、定量分析。缺點(diǎn)是所測(cè)血流速度受探測(cè)深度及發(fā)射頻率等因素限制。彩色多普勒采用脈沖多普勒原理，在心臟或血管內(nèi)多線、多點(diǎn)取樣，回聲經(jīng)處理后進(jìn)行彩色編碼，顯示血流速度剖面圖，以紅色代表朝向探頭的血流，藍(lán)色代表背離探頭的血流，與二維超聲心動(dòng)圖套疊顯示，可直觀地顯示心臟或血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)及血流信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像，信息量大，敏感性高，并可引導(dǎo)脈沖或連續(xù)多普勒取樣部位，進(jìn)行定量分析。超聲多普勒湍流頻譜（充填型）超聲束經(jīng)狹窄后的湍流血流脈沖波多普勒不同血流性質(zhì)頻譜腎臟多普勒胎盤絨毛膜血管瘤血管瘤術(shù)后復(fù)發(fā)超聲對(duì)人體的影響

超聲是一種機(jī)械能，超聲的產(chǎn)熱和空化效應(yīng)在人體內(nèi)是否產(chǎn)生，取決于使用儀器的功率和頻率，現(xiàn)在超聲診斷儀的功率為10毫瓦/平方厘米，（超聲治療儀為0.5～2.5瓦/平方厘米），根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究證明對(duì)機(jī)體無(wú)損害作用，但對(duì)胎兒的檢查時(shí)間不宜太長(zhǎng)。超聲成像的新發(fā)展與提高圖像質(zhì)量有關(guān)的超聲成像新技術(shù)頻譜合成成像頻譜合成成像即頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)(frequencyconverttechnology,FCT)二次諧波成像能量造影諧波成像技術(shù)脈沖反向諧波成像組織多普勒成像超聲成像的新發(fā)展與組織定征有關(guān)的超聲成像新技術(shù)超聲背向散射積分成像聲參量成像。此技術(shù)臨床應(yīng)用尚不普及，有的還處于理論階段胎兒面部三維圖像TermsUltrasonic:超聲波UltrasonicImaging:超聲成像Transduce