超声US

（二）超声波三个主要物理量： ①波长（λ ）； ②频率（f）； ③声速（c）。
• 声速（超声在介质中的传导速度，也可说 超声在人体中传导的穿透力）与频率及波 长有一定关系：c = f ·λ
医学上正是通过探查某些组织的深度或大 小来判断病灶的性质和状况。
• 一般超声波在固体中传播速度最快>软组 织、液体>气体。
• 例如：头颅骨3360m/s>人体软组织（体 液、血液）1540m/s > 空气332m/s。
根据公式：c = f ·λ
• 频率越高，波长越短，穿透力越差， 但分辨力越高，适合于浅表器官的探查。
• 频率越低，波长越长，分辨力越低， 但穿透力越好, 适合于心脏等深部脏器 的探查。
波长：决定了成像的极限分辨率 频率：决定了成像的组织深度
1）正压电效应
在正电材料的一定方向上，加上机械力使 其发生形变，压电材料的两个受力面上将 产生符号相反的电荷；改变用力方向，电 荷的极性随之变换，电荷密度与外加机械 力的大小成正比，这种因机械力作用引起 表面电荷效应，称为正电效应。在医学上， 超声的接收就是利用正压电效应，即把超 声对压电材料表面的机械力转换成电信号。
目前应用的超声多
普勒胎心率监护仪和 超声多普勒血流仪正 是根据上述原理设计 的。其中超声波发射 又可分为连续波和脉 冲波两种。用连续多 普勒仪器构成的血管 二维扫描基本上是一 个平面图，它代表血 管在皮肤上的投影。
连续波多普勒仪器成像原理框图
脉冲超声多普勒血流仪的采样距离、采 样体积都可以调节，所以可以得到某一深 度某一范围内的血流信息，既能显示被测 血流的深度，又能产生血管腔的横断面像 和纵断面像。显示方式有波形显示和动态 声谱图显示。波形显示有正向血流、反向 血流和正反向血流，幅度代表速度大小， 水平方向代表时间。还可监听多普勒血流 声，声调高表示血流速度快，声调低表示 血流速度慢。
纯液性物质。
耦合剂
超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在 一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造 成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气 排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经 常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起 到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、 水玻璃、胶水、化学浆糊等。
2）负压电效应
在压电材料表面一定方向上施加电压，在电 场作用下引起压电材料形变，电压方向改变， 形变方向随之改变，形变与外加电压成正比， 这种因电场作用而引起形变的效应，称为负 压电效应，亦称逆压电效应。在医学上，超 声的发射就是利用逆压效应，即用电压使压 电材料产生机械振动，振动在介质中的传播 形成声波。
信号的强弱控制了到达荧 光屏的电子束的强弱，反 映到荧光屏上就是光点的 明暗，即辉度调制。
机械扫描
机械扫描是由电机带动探头作直线移动、往复摆动或旋转， 从而产生机械直线扫描、机械扇形扫描和机械圆形扫描三 种扫描图像。其中，直线扫描多用于腹部疾病诊断；扇形 扫描适用于心脏和腹部；圆形扫描时，将探头置于人体体 腔（如食道、胃肠、阴道及泌尿道等）或血管内，从而获 得某个腔道的圆周扫描断层图像。
• 人体组织超声回声强度分级，分为以下五个等级。
• 强回声 强回声后方常伴声影，见于结石、含气肺（胸膜—肺
界面）、骨骼表面等；
• 高回声 高回声与强回声不同，不伴有声影，见于肝脾等脏器
的包膜等；
• 等回声 中等水平回声见于肝、脾实质等； • 低回声 典型的低回声见于皮下脂肪组织； • 无回声 典型的无回声见于胆汁、尿液、胸腹水（漏出液）等
声波的定义及分类
• 横波：指介质中的质 点都垂直于传播方向 运动的波。
声波的定义及分类
• 纵波：指介质中的质 点都沿着传播方向运 动的波。在纵波通过 的区域内，介质的各 点发生周期性的疏密 变化，因此纵波是胀 缩波，目前医用超声 的研究和应用主要是 纵波传播方式。
• 除骨路、肺外人体组 均以纵波传播
衍射和散射
• 超声遇到小界面时，发生衍射和散射 。
• 人体中的散射源是血液中的红细胞和脏器内 部的细微结构。
衍射和散射示意图
• 目前使用的超声诊断仪都是建立在回波的基 础上，其物理基础便是人体内的声阻抗值是 不同的，当声波穿过不同的组织器官时，其 回声产生相应的变化，从而可提取各种诊断 信息。
c ——声速
ρ——介质的密度
可见声速越快，介质密度越高，声阻抗越
大。
• 超声在固体中传播时声阻抗最大； 在软组织和液体中次之； 在气体中最小。
• 超声在两种不同密度的物体中，由于声 阻抗不同，形成界面。 大界面——界面尺寸大于波长 小界面——界面尺寸小于波长
反射、折射
超声遇到大界面时产生反射和折射 。 声阻抗差越大，反射就越强，折射就 越小。 反之，声阻抗差越小，折射就越强， 反射就越小。 反射、折射是超声成像的重要物理量
评估：近场视野大，易 受肋骨、气体影响。
4. 电子扇形扫描
（电子相控阵扇形扫描）
如果对探头各阵元加 上依次延迟一定时间的 激励脉冲，则各阵元所 产生的脉冲也相应延迟， 这样，总的叠加波束方 向出现相位改变而产生 扇形图像。此种探头体 积小，无噪声和振动， 寿命比较长，但价格相 对较高 。
凸阵型探头
多普勒效应（Doppler Effect）
• 多普勒频移的表达公式 为：
fd＝fR－f0＝±2Vcosθf0/C。
• 在公式中fd为多普勒频 移，fR为反射频率，f0 为入射频率，V为反射 物体运动速度，C为声 速，θ为运动方向与入 射波之间的夹角。
• 相对运动的速度愈高，则收到的声波频率改变 愈大。
超声波的特点和优点
USG优点：
超声成像可获得器官的任意断面图像 还可观察运动器官的活动情况
无损伤、无痛苦、无辐射 、 实时、快捷、准确、方便
属于非损伤性检查。
一、超声诊断的物理基础
声波的定义及分类
声波的定义： 物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介 中的传播现象称为波动，而引起听觉器官 有声音感觉的波动则称为声波。 其实是机械振动能量的传播过程
第七章 超声成像设备
• 超声检查（ultrasonic构与某些功能状态作出判断的 非创伤性检查方法。
• 超声波是一种高频机械波，频率范围为1560kHz，一般高于20kHz。
目前应用于医学诊断超声波频率在 1-20兆赫(MHz), 其中又以2-14MHz最为常用。
构成：阵元的窄条振 子被均匀分布在凸形 圆弧上； 原理：同线阵，只是 其波束是作扇形扫描； 评估：能避开胸骨和 肋骨遮挡，无噪音， 可替代机械扇扫探头。
四、 超声多普勒血流仪、
成像仪与彩超
超声如同声音一样，以确定的速度通过介 质，当遇到两种不同介质的分界面时就能发 生反射和折射。当反射边界固定不变时，反 射波的频率等于入射波的频率，但当反射边 界朝向声源移动时，反射超声波的波长就被 压缩，反之被拉伸。而超声波在传输介质中
多普勒效应（Doppler Effect）
• 当声源与反射体之间存在相对移动时，使 声源频率发生变化的现象称为 Doppler效 应。当声源与反射体作相向运动时，所接 收到的声波频率高于声源所发出的频率， 如这两者作相反方向运动时，则接收频率 低于声源所发出的频率，两者的频率差 （即频移）与它们之间的相对运动的速度 成正比。
• 医学上利用这种超声多普勒效应，来测定人体 器官的运动状态，如心脏、血管和胎心等的活 动。
超声检查
（三）人体脏器的回声性质 无回声型（无反射型）—胆汁、尿液、血液 低回声型（少反射型）—肝、脾 强回声型（多反射型）—血管壁、结石 极强回声型（全反射型）—肺、胃肠道
声像图分析
• 内部回声：器官和肿块的内部回声来自其内部结构的界面反 射和微细结构的散射。
• 声波遇到气体时,被全部反射,不能成像。
二、超声探头及显示
• 超声探头是超声成像的关键 部件，它将电信号变化成超 声波信号，又将超声波信号 变化成电信号，即具有超声 发射和接收双重功能。其性 能和品质直接影响成像质量。 它参与超声信号的时空处理， 可收敛波束、聚焦、变频仪 器的轴向分辨力或侧向分辨 力，提高仪器的灵敏度，增 大探测深度和范围。
（一）压电效应
压电效应（piezoelectric effect）对某些非对 称结晶材料进行一定方向的加压或拉伸时， 其表面将会出现符号相反的电荷，这种现象 称为压电效应。具有此性质的材料称为压电 材料，主要有压电晶体，极化陶瓷，高分子 聚合物等。
超声探头中的超声换能器是利用压电效应实 现电能和声能之间的相互转化。
超声波的传播及成像原理
超声在介质中传播时，由于不同介质的声阻 抗不同，界面大小不一，可发生反射、折射 与衍射、散射。 回声反射的强弱由界面两侧介质的声阻抗差 决定。 人体软组织声阻抗差异很小，只要有1‰的 声阻抗差，便可产生反射。
• 声阻抗（z）——指阻挡声波在介质中传 播的力。
• 公式： z = c ·ρ
在探头长度一定的情况下，图像的质量主要决定于 阵元的数量。阵元的数量越多，垂直扫描线就越多， 图像就越清晰，有的探头可包括256个小探头。
电子直线扫描 电子直线扫描原理框图
线阵型探头
构成：由几十乃至上千 个阵元沿一直线排列 组合。
原理：由相邻的8～12个 阵元构成的阵元组依 一定顺序工作，用电 子开关轮番地接通， 形成线性扫描。
电子直线扫描
与机械扫描不同，电子扫描仪的探头是由许多小换 能器（小探头）排列而成，每个小探头称为阵元， 各阵元的距离相等。用电子开关按一定时序激励各 阵元组发射与接收超声脉冲，回波信号经处理后， 到达CRT显示器进行辉度调制，扫描过程中探头静 止不动，而超声波束的发射与接收是沿一定方向匀 速移动的，移动线和声束方向构成的断面就是所得 图像。