超声成像原理

（四）超声波的特性


1、方向性：直线传播 2、声衰减现象：扩散、散射、组织对声 能的吸收 3、多普勒效应（Doppler效应）：声源 与接受体之间存在相对运动，产生频率 变化。

超声遇到活动的界面，散射或反射回声 的频率发生改变，又名多普勒频移。界 面活动朝向探头时，回声频率升高，呈 正频移；界面活动背离探头时，回声频 衰减低，呈负频移。频移的大小与活动 速度呈正比。
三、图像描述与图像分析
（一）回声的描述与命名 常用超声术语
(1)、描述必须使用规范化超声术语。
牢记常用超声术语 ——以回声强度定名 a、弱/低回声：指反射光点辉度较正常脏器或病 灶周围的正常组织的回声光点辉度减低。肾髓 质。 b、等回声或中等回声：指反射光点强度等于正 常组织回声，不增强也不减低。肝脾实质。

超声波在人体中传播时产生的现象 1、反射：大界面对入射超声产生反射现 象。 2、全反射：全反射发生时不能使声束进 入第二介质，而出现“折射声影”。 3、折射：由于人体各种组织、脏器中的 声束不同，声束在经过这些组织间的大 界面时，产生声束前进方向的改变，称 为折射。


4、散射：小界面对入射超声产生散射现 象。散射无方向性。 5、衍射：又称绕射。超声波通过一到两 个波长的物体，其传播方向将偏离原来 的方向。
（三）人体组织的声学参数
1、密度： 2、声速： 3、声阻抗(Z)：介质的密度（ ρ ）与介质 中声速（ c ）的乘积。 即：Z＝ρ×c (Kg/m2· s）


声阻抗是超声诊断中最基本的物理量， 声像图中各种回声图像都主要由于声阻 抗差别造成。 人体各组织声阻抗值大小排列顺序: 骨>肌肉>肝脾>肾、血液>乳腺>水>脂 肪>肺>空气
3、内部结构特征：可分为结构如常，正常结构 消失，界面的增多或减少，界面散射点的大小 与均匀度以及其他各种不同类型的异常回声等。 4、后壁及后方回声：由于人体各种正常组织和 病变组织对声能吸收衰减不同，则表现后壁与 后方回声的增强效应或减弱乃至形成后方“声 影”，如衰减系数低的含液性的囊肿或脓肿， 后方回声增强，而衰减系数高的纤维组织、钙 化、结石、气体等则其后方形成“声影”。
多普勒公式： fR－f0＝fd＝±
将上式改写为：
2Vcosθ
× f0
C
V＝
C(± fd) 2 f0 cosθ
多普勒效应基本条件V不等于0，同时必须 有强的反射源。 0<θ<90度时，cos θ为正值，表示血流方 向朝向探头，为正频移。 90< θ <180度时，cos θ为负值,表示血流 方向背离探头，为负频移。 θ = 0或180度时， cos θ =±1， fd最大。 θ = 90度时， cos θ =0，无频移。
速度/频率 收缩期 收缩峰 舒张 期 带宽 窗 时间 舒张期末
速度/频移-时间显示谱图
彩色多普勒血流显像基础
（1）定义： 彩色多普勒血流显像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI）——利用自相关 技术，采用伪彩色编码来显示血流的一 种方法。 自相关技术——是检测两个信号间相位 差的一种方法，其目的是检测出血流的 方向和速度。
8、脏器结构的连续性分析：脏器的连续性 可为疾病诊断提供重要依据。如先天性 室间隔缺损表现为室间隔的连续性中断。

伪彩色编码——将多普勒信号以红、蓝、 绿三种基色进行人为编码，以红色表示 血流朝向探头，蓝色表示血流背离探头， 绿色表示血流分散。显示颜色的亮度表 示速度的大小，色彩明亮表示血流速度 快，色彩暗淡表示血流速度缓慢。正向 血流紊乱接近黄色（红+绿），反向血流 紊乱接近青色（蓝+绿）。这样用三种彩 色便显示了血流的方向、速度、及湍流 程度。
c、强回声：反射比较强，回声明亮，也可 伴有声影或多重反射。纤维组织（包 膜）、结石、钙化灶、气体。 d、高回声：回声强度介于等回声与强回声 之间。 e、无回声：均匀液体内无声阻抗差异的界 面既呈无回声暗区。胆汁、尿液、血液。
正常人体各种组织的回声表现： 1、强回声：气体、骨皮质、软骨组织、纤维结 缔组织 2、高回声：肾窦、胎盘、胰腺、肌肉、眼球后 组织、甲状腺实质 3、等回声：肝脾实质、肾皮质 4、低回声：脂肪 5、弱回声：无髓鞘中枢神经系统 6、无回声：液体
（一）超声波的定义
振动的传播称为波动（波）。波动分为两大类— —机械波和电磁波。 超声波：是指振动频率超过2万Hz的机械波，称 为超声波。 诊断用的超声波频率通常为2.5~10MHz。 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
（二）超声波的物理参数
1、波长：λ 2、频率：f 3、声速：c。声波在人体中平均速度为 1540m/s 三者关系：c=λ*f



4、非线性传播： 声源所发射的声波在介质中传播遇到界 面时，可发生反射和折射，此即声波在 介质中的线性传播。 当声波遇到不规则界面时，声波在组织 中传播时可发生波形畸变、谐波成分增 多和声衰减系数增大，声波的这种传播 方式称为非线性传播。 5、穿透性：
（五）超声波在人体中的传播


5、周围回声强度：当实质性脏器内有占位性病 变时，可致病灶的周围回声的改变。如系膨胀 性生长的病变，则其周围回声呈现较均匀 性增 强或有血管挤压移位；如系浸润性生长的病变， 则其周围回声强弱不均或有血管走向的中断。 6、毗邻关系：有无压迫、粘连或浸润。

7、脏器活动情况：脏器的活动可反映脏 器组织的功能状况，如心肌出现缺血和 梗死时，其相应部位的心肌将出现室壁 运动异常。通过观察心脏瓣膜的活动可 判断有无瓣膜狭窄和关闭不全。
二、图像伪像
（一）定义：因声学物理特性、成像技术、 仪器调节或人体生理/病理情况等原因所 造成的假像。
（二）常见图像伪像
1、混响效应：由于多次反射和/散射造成， 常见于体内平滑大界面，如腹壁出现混 响使膀胱前壁、胆囊底、肾脏、囊肿前 壁等表浅部位出现假性回声。 避免/减少：a、侧动探头，避免声束垂直 腹壁，可减少伪像；b、加压探头。
（二）图像方位 仰卧位： 1、横切：图左为患者右侧，图右为患者左 侧，图上为腹，图下为背。
2、纵切：图左为患者头端，图右为患者足 端，图上为腹，图下为背。
3、冠状切面：图左为患者头侧；图右为患 者足侧。 4、斜Βιβλιοθήκη Baidu：图左为患者右侧，图右为患者左 侧，图上为腹，图下为背。
俯卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右 侧，图上为背，图下为腹。 2、纵切：图左为患者头侧，图右为患者足 侧，图上为背，图下为腹。
（4）差频回声式
基本工作原理为： ①发射固定频率的脉冲式或连续式超声； ②提取频率已经变化的回声（差频回声）； ③将差频回声频率与发射频率相比，取得 两者间的差别量值及正负值； ④显示。
多普勒超声基础
（1）频谱多谱勒 多普勒效应：是奥地利科学家 Doppler于1842年首先提出，用于阐明振 动源与接收器之间存在相对运动时，所 接受的振动频率因为运动而发生改变的 物理现象。
2、振铃效应/声尾， 胃肠道及肺部气 体，多次内部反 射形成，又见胆 道积气、胆囊壁 胆固醇结晶后方 的慧尾，节育环 等。

3、镜像效应： 镜面折返虚像。 在大而光滑的 界面产生。

4、侧壁失落效应：大界面回声时入射角度 过大产生。


5、后壁增强效应：由于仪器加入深度增 益补偿而产生。 6、声影：系声路中具有较强声衰减所造 成。
⑦频谱辉度以亮度表示，亮度代表红细胞的数量， 亮度亮表示红细胞数量多，反之，少。 ⑧频谱离散度，即频移在垂直方向上的宽度，代 表血流速度分布范围，分布范围大，频谱宽。 ⑨层流：频谱窄，光点密集，包络光滑，频谱和 基线之间有空窗。 湍流：频谱宽，光点疏散，包络毛糙，频谱 和基线之间没有空窗。 涡流：双向湍流特征。
顺序扫切脏器时，每一单条声束线上的光点群 按次分布在X轴上，形成一切面声像图。 包括3个重要概念： ①回声界面以光点表达； ②各界面回声振幅（或强度）以辉度（灰度）表 达； ③声束顺序扫切脏器时，每一单条声束线上的光 点群按次分布成一切面声像图。
（3）M型：为活动显示型。获得“距离－时间”曲 线。 其原理为： ①单声束取样获得界面回声； ②回声辉度调制； ③示波屏y轴为时间轴，代表界面深浅； ④示波屏x轴为另一外加的慢扫描时间基线，代表 在一段时间内的超声与其他有关生理参数的显示 线。
超声医学
总论

一、超声成像基本原理 二、图像伪象 三、图像描述与分析 四、不同成像的观察、分析及综合应用
一、超声成像基本原理
检 查 方 法
超声成像过程
1、探头发射超声波。 2、超声波穿过人体组织 器官产生反射、散射等 回波被探头接收。 3、经过超声压电效应产 生电信号并经处理后显 示出来。
1、超声波的发生与接收


压电现象：经过人工极化的压电陶瓷， 在机械力的作用下会在电极表面产生电 荷。反之，若对陶瓷施加以电场，陶瓷 也会产生应变。这种机械能转变为电能， 电能转变为机械能的现象称为压电效应。 正压电效应：机械能转变为电能。 负压电效应：电能转变为机械能。
2、超声成像的显示方式
（1）A型：基本已淘汰。 （2）B型：为辉度调制型。也称二维超声。 一个平面由X轴和Y轴形成的坐标表 示，Y轴代表时间，X轴代表范围。将单 条声束传播途径中遇到各个界面所产生 的一系列散射和反射回声的强度，在示 波屏时间轴上以光点的辉度表达。声束
侧卧位： 1、横切：图左为患者左侧，图右为患者右 侧，图上为背，图下为腹。 2、纵切：图左为患者足侧，图右为患者头 侧，图上为背，图下为腹。
（三）图像分析的内容
观察分析超声图像时，首先应了解切面 方位，以便于认清所包括的解剖结构， 并注意分析以下内容 。
1、外形：脏器的外形是否肿大或缩小，有无形 态失常，如系肿块，外形为圆形、椭圆形或不 规则形，呈分叶状或条索形等。 2、边界和边缘回声：肿块有边界回声且显示光 滑完整者为具有包膜的证据，无边界回声或模 糊粗糙形态不规则者多为无包膜的浸润性病变。 “声晕”征、“光环”征等。

6、衰减：吸收、散射、声束扩散 7、多普勒效应（Doppler效应）： 8、非线性传播：
（六）超声图像形成

超声传播系通过介质中粒子的机械振动 进行的，它不同于电磁波，故在真空中 不能传播。



人体组织为什么表现为各种图像？ 1、因为不同组织声阻抗不同：超声在介 质的传播过程中，遇到两种不同介质， 只要两者的密度或声速不同，在其交界 面即产生声阻抗，其间只要有0.1％的差 值即可产生反射与折射等 。 2、超声具有上述各种物理特性（反射、 折射、散射、衰减、多普勒效应、方向 性、穿透力等）。
以回声形态命名 （1）光点——细小的亮点状，直径小 于3mm。 （2）光斑——直径小于5mm的斑片 状强回声。 （3）光团——直径大于5mm的团状 强回声。 （4）光环——回声呈环状。
（5）光带——回声光点连续排列呈明亮的 带状或线状。 （6）声晕——结节外周呈1~2mm无回声 环形围绕者。肝癌。 （7）声影——声速经过声阻抗差别大及声 衰减系数较大的障碍物时，声能明显衰 减，后方出现条状暗区称为声影，多见 于结石、钙化及致密结缔组织回声之后。
（2）多普勒血流频谱分析基础 ①频谱的横轴代表时间s，纵轴代表血流速 度cm/s； ②收缩峰是指在心动周期内达到收缩峰频 移和峰值流速的位置。 ③舒张期末是将要进入下一个收缩期的舒 张期最末点
④窗为无频率显示区 ⑤中间水平线（横轴线）代表零频移线 （基线），在横轴上方为正频移，表示 血流朝向探头，横轴下方为负频移，表 示血流背离探头。 ⑥振幅的高低代表频移的大小，即血流速 度的快慢。
（2）CDFI原理：用运动目标显示技术 和相位检测法，由接收回波分析血流速 的空间分布，并把它的大小、方向用红 蓝绿三种彩色编码和B型成像同时显示。
（5）其它成像显示方式
①能量多普勒（CDE）成像 ②组织多普勒成像 ③三维超声成像 ④非线性血流成像，即二次谐波成像 ⑤声学定量与彩色室壁运动动态显示技术 ⑥声学造影