超声成像原理

成像基本原理
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（二）超声成像的类型和显示方式 超声成像的主要类型有二维、M型和D型。其间成像技术和显示方式有所不同，分
述如下。 1.二维超声：常简称为B型超声。其采用多声束对选定切面进行检查，并以每条声
束的所有回声依各自的回声时间（代表深度)和强弱，重新组成检查切面的二维图像。 图像上的纵坐标代表回声时间即回声深度，而回声的强弱则用不同辉度的光点来表示， 故属于辉度调制型显示。在二维声像图上，根据组织内部声阻抗及声阻抗差的大小， 将人体组织器官分为四种声学类型
M型超声主要用于检查心脏和大血管。通过评估距离一时间曲线，可以检测房室和主 动脉径线，左右室壁和室间隔厚度，瓣膜运动幅度和速度以及左右室收缩功能等。
超声检查方法
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（四）超声成像的新技术
①组织多普勒成像：是应用多普勒效应，以频谱方式定量分析心肌局部运动的检查技术； ②彩色多普勒能量图：成像参数为血流中与散射相对应的能量信号，主要与红细胞相对数 量有关，从而为评估病变内血管和血流灌注提供重要信息； ③声学造影：原理是人为向血流内注人与血液声阻抗不同的微气泡，致血液的散射增强， 呈云雾状回声，从而为疾病的超声诊断提供新的信息； ④声学定量(AQ）：可实时自动检测血液与组织界面，主要用于心功能评估；应用AQ原理， 还可获得不同时相心内膜运动不同色彩的编码图，即彩色室壁动态分析图，用于检测室壁运动 异常；
成像基本原理
（二）超声成像的类型和显示方式
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超声设备与超声成像性能
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（一）超声设备
超声设备主要由换能器(常称为探头）、主机和信息处理系统、显示和记录系统组成。 换能器(探头)兼有超声波发生和回声接收功能。 按应用分类方式分类：有体外探头、体内探头、穿刺活检探头之分 按探头中换能器所用振元数目分类：有单元探头和多元探头之分； 按波束控制方式分类：则有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等； 按探头的几何形状分类：用在不同诊则有矩形探头、柱断部位的各型探头、弧形探头 类超生探头（又称凸型）、圆形探头等； 主机和信息处理系统负责设备运转，包括超声波的发射、接收，信息采集和处理。 显示和记录系统用于实时显示图像和资料保存。由显示屏(荧屏）、打印机、照相机、录 像装置组成。
超声设备与超声成像性能
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（一）超声设备：探头 超声探头的核心是压电晶体或复合压电材料。早期用于超声探头的换能器是具有
压电效应的晶体，采用高分子聚合物压电材料作为换能器，它具有频率带宽、低阻抗、 柔软易加工的特点。当前探头已开始采用陶瓷与高分子聚合物合成的复合材料。
超声设备与超声成像性能
超声图像特点
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3.D型声像图的主要特点 (1）频谱多普勒声像图的主要特点：①图像是以频谱方式显示，峰高即差频数值和 在基线上方或下方位置反映的是血流速度和方向；②图像上实时记录了某一段时间 内的血流信息。 (2)CDFI声像图的主要特点：①图像上的不同颜色的彩色信号代表血流方向，色彩的 亮度反映的是血流速度；②为实时成像中所记录某一时相的血流动力学信息。
超声图像特点
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1.二维声像图的主要特点 ①是超声实时成像中所记录的身体各部位任意方位的二维切面图； ②图像由黑至白不同辉度的光点组成，代表组织结构回声的弱与强； ③图像的显示范围受限，一幅图像不能整体显示较大的脏器和病变； ④声学造影检查改变了图像上的组织结构回声。 2.M型声像图的主要特点 ①图像是以多条距离一时间曲线表示运动器官(心脏、大血管）的多层界面回声； ②图像记录了运动器官（心脏、大血管）在一段时间的运动幅度和速度。
成像基本原理
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（二）超声成像的类型和显示方式 3.D型超声亦称多普勒超声，包括频谱多普勒超声和彩色多普勒血流成像（CDFI)。
（1）频谱多普勒超声：是根据多普勒效应，提取超声声束在传播途径中各个活动 界面所产生的频移即差频回声。图像是以频谱方式显示，其中纵坐标表示差频的数值 (以速度表示），横坐标代表时间。朝向探头侧的差频信号位于基线上方，而背向探头 者则在基线下方。
超声图像特点
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上述不同类型声像图的特点常作为识别它们的主要依据：
①识别二维声像图：是由不同辉度光点组成的二维切面图像；显示范围有限；器官结构
的边界不及CT和MRI图像那样清晰；图像上通常标有扫查部位和方向；
②识别M型声像图：图像上显示多条呈水平走向的曲线即距离一时间曲线；纵坐标有距离
超声设备与超声成像性能
（一）超声设备：探头
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超声设备与超声成像性能
（一）超声设备：探头
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超声设备与声成像性能
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（二）超声成像性能 1.超声成像的主要优势
(1)超声波属于机械波，无放射性损伤，检查的安全性高。
(2)超声检查能够动态显示器官运动功能和血流动力学状况及其异常改变，且可
实时进行身体各部位任意方位的断面成像，因而能够同时获取功能和形态学方面的信
息，有利于病变的检出和诊断。
(3)超声检查便捷，易于操作，且可及时获取检查结果；检查费用也相对低廉，
可在短期内对病变进行反复多次检查。
(4)超声设备较为轻便，不但能对危急症患者进行床边检查，且可用于术中检查。
超声设备与超声成像性能
4.多普勒效应多普勒效应：是指超声遇到运动的介质界面时，反射波的频率发生 改变，即产生频移现象。当界面朝向探头运动时，频率增高；背离探头运动时，则频 率减低；界面运动速度愈快，频移的数值就愈大，反之亦然。利用多普勒效应，可以 检测组织或血流运动，包括方向和速度，并可判断血流是层流或湍流。
成像基本原理
2.反射、折射与散射：超声在介质中传播，当遇到两种声阻抗不同介质的界面时， 发生反射、折射和散射：①反射与折射：大界面对入射超声产生反射和折射，其中反 射所形成的回声可显示不同组织的界面轮廓，而折射则造成图形的一定变形和扭曲； ②散射：小界面对入射超声产生散射现象，无方向性，但散射所形成的回声来自脏器 的细小结构，意义重要。
医学影像
超声成像
成像原理/超声设备/检查方法/图像特点
成像基本原理
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（一）超声成像的物理现象 医学超声上，所用声源振动频率为1-10兆赫兹（MHz），常用者为2.5-5.0MHz。超
声成像的基本原理与超声波的物理特性及人体组织对入射超声波所产生的多种物理现 象有关，主要有如下方面。
1.指向性：超声波与一般声波不同，由于频率高，波长短，而在介质内呈直线传 播，故有良好的指向性。这是超声检查对人体器官结构进行探测的基础。
成像基本原理
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（一）超声成像的物理现象 3.衰减与吸收：超声波在介质中传播时，其声能逐渐减少，称之为衰减。除声束
由于界面反射、散射与远场扩散造成衰减外，介质的吸收也导致衰减。不同组织对超 声能量吸收的程度不同，主要与蛋白质和水含量有关。在人体组织中，声能衰减程度 依递减顺序为骨质与钙质、肝脾等实质组织、脂肪组织、液体。超声通过液体时几乎 无衰减，而通过骨质或钙质时，则明显衰减，致其后方回声减弱，乃至消失而形成声 影。
成像基本原理
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（二）超声成像的类型和显示方式 2.M型超声类似二维超声成像方式，亦属于辉度调制型显示。所不同的是采用单声
束检查，获取活动器官某一部位回声，并在横坐标方向上加入一对慢扫描波，使回声 光点沿水平方向移动。如此可在某一段时间内获得采样部位不同深度组织回声随时间 的变化曲线，即距离一时间曲线。在M型声像图上，纵坐标代表回声深度（距离），横 坐标代表时间。
单位标识，横坐标有慢扫描速度单位标识；
③识别频谱多普勒声像图：图像是以不同波峰组成的频谱方式显示；纵坐标有差频(血流
速度)单位标识，横坐标有记录速度标识；
④识别CDFI声像图：具有识别二维声像图要点；图像上叠加有反映血流动力学信息的彩
色信号。
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（二）超声成像性能 2.超声检查的局限性 (1）超声检查时，由于骨骼和肺、胃肠道内气体对入射超声波的全反射，而影响
了检查效果，限制了这些部位超声检查的应用。此外，在肥胖患者，也难以获得良好
的声像图。
（2)超声检查显示的解剖范围有限，一幅声像图上难以整体显示较大的脏器和病
变；此外，声像图所显示器官结构和病变，也不及CT和MRI成像那样清晰。
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当入射超声波在人体组织中传播，经过不同器官、不同组织， 包括正常与病变组织的多层界面时，每一界面由于两侧介质的声 阻抗不同而发生不同程度的反射或(和)散射。这些反射或散射形 成的回声，以及超声在传播中所经过不同组织的衰减信息，经接 受、放大和信息处理而在荧屏上以图像或波形显示，形成声像图， 此即超声成像的基本原理。
（2）彩色多普勒血流成像（CDFI)：是利用多普勒效应，提取二维切面内所有差频 回声，以彩色方式显示，并叠加在相匹配的二维声像图上。在CDFI图像上，以红、蓝、 绿三色表示血流多普勒差频回声，其中朝向探头的血流以红色表示，背向探头者以蓝色 表示，湍流方向复杂、多变，呈五彩镶嵌或绿色。血流速度快者，色彩鲜亮，慢者则暗 淡。
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（一）超声设备：探头 按应用分类方式分类：有体外探头、体内探头、穿刺活检探头之分； 按探头中换能器所用振元数目分类：有单元探头和多元探头之分； 按波束控制方式分类：则有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等； 按探头的几何形状分类：用在不同诊则有矩形探头、柱断部位的各型探头、弧形 探头类超生探头（又称凸型）、圆形探头等； 凸阵探头（3.5MHz)用于妇产科及肝胆胰脾肾的应用 线阵探头（3.5MHz)用于血管及小器官的应用 相控阵探头（3.0MHz）用于深腹部及心脏的应用 腔内探头（6.0MHz)用于经直肠的应用
成像基本原理
（二）超声成像的类型和显示方式
反射类型
二维超声
图像表现
无反射型
液性暗区
无回声
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组织器官 尿、胆汁、囊肿液、血液等液体物质
少反射型
低亮度
低回声
心、肝、胰、脾等实质器官
多反射型 全反射型
高亮度 极高亮度
高回声
血管壁、心瓣膜、脏器包膜、组织纤维化
强回声 后方有声影
骨骼、钙斑、结石、含气肺、含气肠管
（3)超声检查结果的准确性除了与设备性能有关外，在很大程度上依赖于操作医
师的技术水平和经验。
超声检查方法
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（一）二维超声检查 二维超声即B型超声检查，能够实时动态清晰显示脏器形态、解剖层次及毗邻关系，
以及血管和其他管状结构的分布，是目前应用最为广泛的超声检查方法。主要用于检查 腹盆部脏器，眼、甲状腺、乳腺和涎腺等小器官，以及心脏、大血管和四肢血管。 （二）M型超声检查