超声诊断的基本知识和基本病变

声波（纵波），水波， 地震波
横波：质点的振动方向与 波的传播方向垂直
纵波：质点的振动方向 与波的传播方向平行
声波
• 声波：发声体产生的振动在空气或其他物质 中的传播（机械波，纵波）
➢次声波：频率<16Hz的声波 ➢可闻声波：人耳听觉范围内声波频率
16~20000Hz ➢超声波：频率>20000Hz的声波 ➢超声诊断用超声波频率1-30MHz
（2）垂直入射到三层相邻介质
A
d B
理想情况下，第一介质中的入射波全 部进入第三介质，此时第二介质就是 一个透声层。
Z1 透声层条件：也称阻抗匹配层 该层厚度d=1/ 4*λ
Z2
Z2= Z1*Z3
探头
Z3 耦合剂作用：排除空气，增 加透声性，其Z接近人体Z
人体
耦合剂
(3)斜入射到两个相邻介质的界面
θ θ1
θ3
反射角θ1=θ2
sinθ1 sinθ2
C1 = C2
声波在具有不同声速的介质中 传播，产生声波的折线传播， 将产生超声伪像。
3、衍射和散射
• 当声波通过一个线度为 一到二个波长的障碍物， 声波的传播方向将偏离 原来方向产生衍射。
• 声波传播过程中遇到线 度大大小于波长的微小 粒子，微粒吸收声波能 量后再向四周各个方向 辐射声波形成球面波， 这种现象称为散射。
血液中红细胞、超声造影剂微泡 线度5-8μm，产生散射
4、衰减
声波在介质中传播时，质点振动的振幅（声能）将随传 播距离的增大而减小，这种现象称为声波的衰减。 衰减的主要原因： （1）介质对声波的吸收：声能损耗（黏滞性、热传导） （2）散射衰减：微粒，如红细胞、造影剂 （3）声速扩散：随着传播距离的增加，声波向传播轴 线两旁横向扩散引起单位面积上声波能量的减少 应用：穿透力受限，深部组织分辨力不足
f 发射频率，ν’ 血流速度
Δf 频移（fd） c 声速
超声诊断仪的组成
主控电路
发射电路
探头
扫描发生器
显示器
接收电路
• 超声探头：
基本结构： • 压电换能器：功能件，发射和接收超声波 • 壳体 • 电缆 • 其他
• 压电效应：
经过人工极化后的一些陶瓷，在机械应力的作用 下会在电极表面产生电荷，反之，若对这些陶瓷施 以一电场，陶瓷也会产生应变。这种机械能转换成 电能，电能转变成机械能的现象称为压电效应。
超声诊断的基本知识和基本病变
主要内容
• 超声波的物理特性 • 超声诊断仪的组成和类型 • 超声检查的优缺点 • 超声成像新技术
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超声医学
• 凡研究超声波在医学领域中的应用，即超声 医学，是声学、医学和电子工程技术项结合 的一门学科。
波动
波动
电磁波 （横波）
机械波 （横波，纵波）
无线电波，微波，红外线，可见 光，紫外线，X射线，伽马射线
超声波的主要物理量
1、声速（C）、频率（f ）和波长（λ）：
C 超声波在介质中的传播速度（穿透力）
C=f * λ
(f 频率， λ 波长）
➢ 频率越高，波长越短，穿透力越差，但分辨力越高， 适用于浅表器官的探查
➢ 频率越低，波长越长，分辨力越低，但穿透力越好， 适用于心脏、腹部等深部器官的探查
2-3.5MHz 心脏
ρ 介质密度，c 声速
特异性阻抗反映了介质的 密度和弹性
介质
Z（105瑞利）
空气
0.000429
水 37°C
1.513
血液
1.656
脂肪
1.410
软组织（平均）
1.524
肌肉
1.684
肝
1.648
颅骨
5.571
超声波的物理特性
1、指向性 超声波一般频率高，波长短，在人体介质
中呈直线传播，具有良好的指向性。
2、反射和折射：声波入射到两个介质的分界 面上，如界面的线度远大于波长，则产生反射 与折射。
（1）垂直入射到两层相邻的介质
反射
z1 z2
入射 折射
声压反射系数= 声压折射系数=
z2- z1 z2+z1
2z2 z2+ z1
声阻抗差Δz=z2- z1
• 人体软组织声阻抗差异很小，但只要有1‰的声阻 抗差，便可产生反射
机械能
正压电 逆压电
电能
超声诊断仪的类型
1、A型超声诊断仪：
• 将超声探头置于人体表面一点，发射声束入体内，由组 织界面返回的回波幅度，显示于显示器上。图像横坐标 表示超声波的传播时间，即探测深度，纵坐标表示回波 脉冲的幅度（amplitude）
回 波 幅 度
深度
2、B型超声诊断仪：
• 利用声束进行一维扫查，工作时探头不动而发射的超 声束不断变动传播方向，并用亮度（Blightness,灰阶、 辉度）表示回波幅度大小，显示组织器官的切面图。
3、M型超声诊断仪：
• 在辉度调制（B型）的基础上，加上一个慢扫描电路， 使辉度调制的一维回声信号，得到时间上的展开，形
成曲线。主要用于心脏瓣膜活动的观察。
深 度
时间
4、D型（Doppler）超声诊断仪：
• 原理：利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液 所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换 成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体 内部器官的运动状态。
5、回波测距原理：离开超声探头（换能器）x距离的
地方有一目标，换能器发生射一组超声波，经t时刻后到 达目标，然后反射回去，再经t时刻重新回到换能器。 t=x/c，S---2t
x
x
6、多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运
动，使观察者接受到的频率发生变化的现象。 当波源与观察者之间有相对运动时，两者相互接近， 观察者接收到的频率增大，两者相互远离，观察者 接收到的频率减小。
3-5MHz 腹部
5-12MHz 浅表器官
5-9MHz 经阴道直肠
• 人体各种介质声速：一 级近似下，人体软组织 中声速大致在 1500m/s左右
介质
声速（m/s）
空气
332
水 37°C
1523
血液
1570
脂肪
1476
软组织（平均）
1500
肌肉
1568
肝
1570
肾
1560
皮肤
1518
颅骨
3860
2、特异性阻抗（Z）： Z=ρ*c
• 反射和折射产生的各层回波给我们带来了人体内部 各层组织的信息，人们利用这些信息进行超声诊断
• 两介质声阻抗差越大，反射就越强，折射就越小，反 之，声阻抗差越小，反射就越小，折射就越强
• 空气与人体软组织间特异性阻抗差异较大，当超声在 人体中传播遇到空气时，反射强烈，回波幅度很大， 出现亮点、亮团，而折射声波能力减少，很难看到空 气后方的组织。