超声诊断物理特性及超声伪像
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换能器（其主要材 料为压电晶体）
声波的发射
声波的接收
各种探头（换能器）
3.5MHz凸阵探头 7.5MHz线阵探头 3.5MHz扇形探头
穿刺探头
腔内探头
术中探头
声场
➢ 声场：探头发射的超声所能达到的最大深度及其 周围的空间范围
➢ 近场：靠近探头的部分，声束比较平行 ➢ 远场：远离探头的部分，声束开始扩散 ➢ 声束：超声所经过的空间 ➢ 束宽：声束横断面的直径 ➢ 声轴：代表声束主方向的中心轴线
反射的能量大小取决于界面两 侧介质的声特性阻抗差。相差 越大，反射率越大，当大到一 定程度可造成超声能量的全部 反射，不再达到深部组织；相 反，如果差值较小，反射则较 少，大部分超声能量透射到深 部组织，反射能量较低时可造 成图像上不能显示
3、折射：
入射声束遇到大界面其两侧介质的传播速度不 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。折射角与入射角的正弦 比值与界面两侧的声速比值相等
谢谢
新技术
1.超声造影 2.介入超声 3.组织多普勒技术 4.弹性成像技术 5.血管内超声 6.超声组织谐波成像 7.其他，应变与应变率、斑点追踪等
第二章 超声诊断的基础及原理
超声的物理特性
超声是机械波，具有波长（λ）、频率（f）和传播速度 （Ｃ）
Ｃ＝ λ· f
超声的传播
➢ 超声的定义：超声为一种高频振动的机械 波，其频率超过人耳能听到的声波频率的 上限。
混响伪像。（a）图示超声波在两个强反射界面之间重复反射。（b） 显示器显示多发等距信号向深场延伸。（c）新生儿可触性肿物超声 横断成像显示混响伪像（箭）。（d）胆囊超声长轴成像显示由罗-阿 氏窦内胆固醇结晶引起的彗星尾伪像（箭头）。这一发现诊断为胆囊 腺肌症。也可见胆囊结石声影。
(Myra K. Feldman, MD • Sanjeev Katyal, MD • Margaret S. Blackwood, MS, RadioGraphics 2009; 29:1179– 1189)
声束宽度伪像。（a）超声成像定位软件假定成像平面是虚线指明的。 （b）位于周围区的物体（灰圆）产生的回波与感兴趣区物体（白方） 重叠。（c,d）调整聚焦区并将感兴趣区的物体放置于聚焦区的中心 （c）将去除显示的错位的回波。(e)部分充盈膀胱超声长轴成像显示 在应该是无回声的尿液中出现回声（箭头）。（f）在调整聚焦区和 合适放置探头后超声长轴成像显示膀胱内回声消失。
超声诊断 Ultrasonic diagnosis
超声诊断学的主要内容
1.解剖学检查 2.血流动力学检查 3.功能性检查 4.介入性超声
超声检查特点
1.无放射性损伤，可视为无创检查 2.准确性，超声解剖与人体解剖结构一致 3.实时动态显示 4.便捷、所占空间小，可移动 5.经济性，费用较低 6.及时报告结果，短时间内可重复检查 7.与受检者面对面，可及时了解病人信息 8.高度的操作者及仪器依赖性
T R A S
声O
U N D
散 射 scattering 反 射 reflection 折 射 refraction 衍 射 difration 全反射 total reflection 衰 减 attenuation 会 聚 convergence 发 散 divergence
多普勒效应 Doppler effect
➢ 指向性：当声源直径大于在人体中传播 的波长时，此时声束具有指向性
➢ 可以用声源直径（D）与波长（ λ ）比值 衡量
D/ λ <10,指向性差； D/ λ＝20，指向性 好
人体组织对入射超声的作用
➢ 人体组织对入射超声可产生多种物理现 象，表现为声像图的各种特征
人体组织对入射超声的作用
U
超L
6、多普勒效应（DOPPLER）
超声在探测移动目标时，其回声频率发生变化利用 多普勒效应可检测血管内有无血流，及血流方向和 血流速度
正频移
负频移
常见的超声效应与图像伪差
➢ 混响效应
声束扫查体内平滑大界面时，部分声能量返回 探头表面之后，又与探头的平滑面再次反射， 又第二次进入体内，形成多次反射。混响效应 多见膀胱前壁及胆囊底，大囊肿前壁。
➢声影
指在常规DGC正补偿调节后，在组织内病灶 后方所演示的回声低弱后接近无回声平直条状区。 声影系声路中具较强衰减体。 高反射体（如气体） 或高吸收系数物体（如骨骼、结石、疤痕）下方 具有声影。
声影。（a）图示超声束遇见高衰减的物质。这一物质远端的回声强 度比同一深度回声显著降低。（b）胆囊长轴超声成像显示强回声胆 囊结石后方声影（箭头）。
轴向分辨力 ：沿声速轴线方向的分辨力。 侧向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上，
在探头长轴方向的分辨力。 横向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上，
在探头短轴方向的分辨力。
侧向分辨力
轴向分辨力 横向分辨力（厚度）
人体组织的声学参数
➢ 密度 ➢ 声速 ➢ 声特性阻抗（Z）
密度与声速的乘积 Z＝ ρ c （ ρ：密度 c :声速 ） ➢ 界面 不同声阻抗组织之间形成的接触面 大界面：>波长 小界面：<波长
➢振铃效应
声束在传播途径中，遇到一层甚薄的液体层， 且液体下方有极强的反射界面为条件，通常在 胃肠道及肺部。
振铃伪像。（a）图示主声束遇见环形气泡伴中心包绕液体。（b） 袋状液体形成的共振引起持续的声源，并传回探头。（c）显示器显 示高回声反射体伴后方线状回声。（d）左侧卧位胆囊超声成像显示 十二指肠内的气体和液体引起振铃伪像（箭头）。
➢ 人耳可以听到的声波频率：20～20000Hz （20KHz）
➢ 超声的频率：>20000Hz（20KHz） ➢ 常用的诊断用超声频率：2.2～10MHz
超声的速度（c）
➢ 超声在同一介质中，其声速是恒定的，在不同的介 质中其声速也会发生改变。
➢ 一般说，固体物含量多，声速高；含水多，声速低； 含气脏器中的气体，声速最低。
近场
远场
声轴
分辨力
超声诊断中重要技术指标。分为基 本分辨力及图像分辨力。
基本分辨力：单一声束线上所测出的分辨两个 细小目标的能力。
分类： • 轴向分辨力 axial resolution • 侧向分辨力 lateral resolution • 横向分辨力 transverse resolution （国内误称厚度分辨力）
➢后壁增强效应
声束在传播过程中必然随深度的增加而不断 增加其衰减，为使声像图显示深浅均匀，仪器上 加入深度增益补偿（DGC）调节系统。后壁增强 效应是指在常规调节的DGC系统下所发生的图像 显示效应。
后方回声增强。（a）图示超声束遇见局灶性低衰减物质。这一物质 远端的回声强度比同一深度成像断面高。（b）肝横断超声成像显示 无回声和低衰减的肝囊肿。囊肿深方的肝实质由于后方回声增强伪 像错误的显示为强度增加（箭头）。
➢旁瓣效应
第1旁瓣成像重叠效应。旁瓣图重叠在主 瓣图上，形成虚线或Biblioteka Baidu图。
旁瓣伪像。（a）图示多发离轴旁瓣声能遇见一个物体（黑 圆）。（b）显示器假定从离轴物体返回的回波从主声束发 出，错位并复制结构。
➢部分容积效应
病灶尺寸小于声束宽度，或者虽然大于 束宽，但部分处声束内时，则病灶回声 与周围组织的回声重叠，产生部分容积 效应。
发展史
1950s A型 (A-mode) 回声图 (echogram)
1960s M型 (M-mode) M型超声心动图 (M-mode echocardiograph)
1970s B型 (B-mode)
声像图 (sonograph , ultrasonograph)
1980s 双功( duplex)
➢镜像效应
声束遇到深部的平滑镜面时，镜面把声波 反射到与之接近的界面，靶标的反射回声沿原 路再次反射回探头，从而在镜面两侧距离相等 显示形态相似的声像图。
镜面伪像。（a）在此图中，灰箭头代表预期的超声束路径。这些回 波显示正确。黑箭头显示原发超声束的另一路径。在此路径原发超 声束首先遇见深方反射界面。（b）深方反射界面的回波延迟返回探 头，在显示器上错位。（c）在右肝水平超声长轴成像显示肝右叶高 回声病变（光标）和复制的高回声病变（箭头）与膈肌等距，位于 本应是肺实质的位置。
H 人U
M A N
体B O D Y
1、散射：
遇到小界面时（散射体），散射使入射超声 的能量向各个空间方向分散辐射，故散射无方 向性
➢ 提示了脏器内部细 小结构的回声信息， 是超声成像研究内 部结构的重要依据
2、反射：
入射声束遇到大界面产生反射现象。大界面反射遵 守斯涅尔（Snell）定律：1.入射和反射回声在同一 平面上；2.入射声束与反射声束在法线的两侧；3， 入射角与反射角相等
声像图 + 多普勒频谱
(sonograph + Doppler spectrum)
1990s 三功(triplex)
声像图+多普勒频谱+彩色多普勒血流显示
(sonograph + Doppler spectrum+ colour Doppler flow image CDFI)
1990s 三维
立体声像图 (3 diamentions)
➢ 根据超声的传播速度，把人体组织分为三类： 1，软组织 2，骨与软骨 3，含气脏器
在不同的组织中的传播速度
超声的波长（ λ ）
➢ λ=c/f ➢ 在同一介质中，声速恒定，频率与波长的关系
成反比
超声波的发射与接收
➢ 声波的发射：将电脉冲转换成机械振动，也即将 电能转换成声能～逆压电效应
➢ 声波的接收：将机械振动（声能）转换成电脉冲 （电能）～正压电效应
sina/sinb=c1/c2
4、全反射：如第二介质中的声速大于第一介
质，则折射角大于入射角。入射角增大至某一 角度时，可使折射角等于90°，即折射声束与 界面平行。此时的入射角名：临界角。入射角 大于临界角时，折射声束完全返回至第一介质， 称为全反射。
5、衰减
（衰减为反射、散射及吸收的总和） 衰减与选用的频率及传播的深度成正比
➢侧壁失落效应
大界面回声具明显的角度依赖现象。入射 角较大时，回声转向他侧不复回探头，则产生 回声失落现象。囊肿或肿瘤其外周包以光滑的 纤维包膜，超声可显示其前后壁，但侧壁不能 显示。
➢侧后折射声影
发生于圆形病灶周围有纤维包膜（声速 较软组织高）情况下，当入射角大于临 界角时产生全反射现象，从而导致界面 下方第二介质内的失照射，即在圆形病 灶的两侧侧后方显示为直线形或锐角三 角形的清晰声影。
超声诊断学
第一章 绪论
超声医学：以处理超声波在人体内所产 生的各种回声信息为基础，并以不同的 可视模式显示人体脏器、组织结构及血 流，用以评价脏器的位置、解剖结构、 血流动力学和功能变化，还可以辅助完 成多种介入性治疗。
超声医学 Ultrasonic medicine
超声治疗 Ultrasonic therapy
声波的发射
声波的接收
各种探头（换能器）
3.5MHz凸阵探头 7.5MHz线阵探头 3.5MHz扇形探头
穿刺探头
腔内探头
术中探头
声场
➢ 声场：探头发射的超声所能达到的最大深度及其 周围的空间范围
➢ 近场：靠近探头的部分，声束比较平行 ➢ 远场：远离探头的部分，声束开始扩散 ➢ 声束：超声所经过的空间 ➢ 束宽：声束横断面的直径 ➢ 声轴：代表声束主方向的中心轴线
反射的能量大小取决于界面两 侧介质的声特性阻抗差。相差 越大，反射率越大，当大到一 定程度可造成超声能量的全部 反射，不再达到深部组织；相 反，如果差值较小，反射则较 少，大部分超声能量透射到深 部组织，反射能量较低时可造 成图像上不能显示
3、折射：
入射声束遇到大界面其两侧介质的传播速度不 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。折射角与入射角的正弦 比值与界面两侧的声速比值相等
谢谢
新技术
1.超声造影 2.介入超声 3.组织多普勒技术 4.弹性成像技术 5.血管内超声 6.超声组织谐波成像 7.其他，应变与应变率、斑点追踪等
第二章 超声诊断的基础及原理
超声的物理特性
超声是机械波，具有波长（λ）、频率（f）和传播速度 （Ｃ）
Ｃ＝ λ· f
超声的传播
➢ 超声的定义：超声为一种高频振动的机械 波，其频率超过人耳能听到的声波频率的 上限。
混响伪像。（a）图示超声波在两个强反射界面之间重复反射。（b） 显示器显示多发等距信号向深场延伸。（c）新生儿可触性肿物超声 横断成像显示混响伪像（箭）。（d）胆囊超声长轴成像显示由罗-阿 氏窦内胆固醇结晶引起的彗星尾伪像（箭头）。这一发现诊断为胆囊 腺肌症。也可见胆囊结石声影。
(Myra K. Feldman, MD • Sanjeev Katyal, MD • Margaret S. Blackwood, MS, RadioGraphics 2009; 29:1179– 1189)
声束宽度伪像。（a）超声成像定位软件假定成像平面是虚线指明的。 （b）位于周围区的物体（灰圆）产生的回波与感兴趣区物体（白方） 重叠。（c,d）调整聚焦区并将感兴趣区的物体放置于聚焦区的中心 （c）将去除显示的错位的回波。(e)部分充盈膀胱超声长轴成像显示 在应该是无回声的尿液中出现回声（箭头）。（f）在调整聚焦区和 合适放置探头后超声长轴成像显示膀胱内回声消失。
超声诊断 Ultrasonic diagnosis
超声诊断学的主要内容
1.解剖学检查 2.血流动力学检查 3.功能性检查 4.介入性超声
超声检查特点
1.无放射性损伤，可视为无创检查 2.准确性，超声解剖与人体解剖结构一致 3.实时动态显示 4.便捷、所占空间小，可移动 5.经济性，费用较低 6.及时报告结果，短时间内可重复检查 7.与受检者面对面，可及时了解病人信息 8.高度的操作者及仪器依赖性
T R A S
声O
U N D
散 射 scattering 反 射 reflection 折 射 refraction 衍 射 difration 全反射 total reflection 衰 减 attenuation 会 聚 convergence 发 散 divergence
多普勒效应 Doppler effect
➢ 指向性：当声源直径大于在人体中传播 的波长时，此时声束具有指向性
➢ 可以用声源直径（D）与波长（ λ ）比值 衡量
D/ λ <10,指向性差； D/ λ＝20，指向性 好
人体组织对入射超声的作用
➢ 人体组织对入射超声可产生多种物理现 象，表现为声像图的各种特征
人体组织对入射超声的作用
U
超L
6、多普勒效应（DOPPLER）
超声在探测移动目标时，其回声频率发生变化利用 多普勒效应可检测血管内有无血流，及血流方向和 血流速度
正频移
负频移
常见的超声效应与图像伪差
➢ 混响效应
声束扫查体内平滑大界面时，部分声能量返回 探头表面之后，又与探头的平滑面再次反射， 又第二次进入体内，形成多次反射。混响效应 多见膀胱前壁及胆囊底，大囊肿前壁。
➢声影
指在常规DGC正补偿调节后，在组织内病灶 后方所演示的回声低弱后接近无回声平直条状区。 声影系声路中具较强衰减体。 高反射体（如气体） 或高吸收系数物体（如骨骼、结石、疤痕）下方 具有声影。
声影。（a）图示超声束遇见高衰减的物质。这一物质远端的回声强 度比同一深度回声显著降低。（b）胆囊长轴超声成像显示强回声胆 囊结石后方声影（箭头）。
轴向分辨力 ：沿声速轴线方向的分辨力。 侧向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上，
在探头长轴方向的分辨力。 横向分辨力： 与声束轴线垂直的平面上，
在探头短轴方向的分辨力。
侧向分辨力
轴向分辨力 横向分辨力（厚度）
人体组织的声学参数
➢ 密度 ➢ 声速 ➢ 声特性阻抗（Z）
密度与声速的乘积 Z＝ ρ c （ ρ：密度 c :声速 ） ➢ 界面 不同声阻抗组织之间形成的接触面 大界面：>波长 小界面：<波长
➢振铃效应
声束在传播途径中，遇到一层甚薄的液体层， 且液体下方有极强的反射界面为条件，通常在 胃肠道及肺部。
振铃伪像。（a）图示主声束遇见环形气泡伴中心包绕液体。（b） 袋状液体形成的共振引起持续的声源，并传回探头。（c）显示器显 示高回声反射体伴后方线状回声。（d）左侧卧位胆囊超声成像显示 十二指肠内的气体和液体引起振铃伪像（箭头）。
➢ 人耳可以听到的声波频率：20～20000Hz （20KHz）
➢ 超声的频率：>20000Hz（20KHz） ➢ 常用的诊断用超声频率：2.2～10MHz
超声的速度（c）
➢ 超声在同一介质中，其声速是恒定的，在不同的介 质中其声速也会发生改变。
➢ 一般说，固体物含量多，声速高；含水多，声速低； 含气脏器中的气体，声速最低。
近场
远场
声轴
分辨力
超声诊断中重要技术指标。分为基 本分辨力及图像分辨力。
基本分辨力：单一声束线上所测出的分辨两个 细小目标的能力。
分类： • 轴向分辨力 axial resolution • 侧向分辨力 lateral resolution • 横向分辨力 transverse resolution （国内误称厚度分辨力）
➢后壁增强效应
声束在传播过程中必然随深度的增加而不断 增加其衰减，为使声像图显示深浅均匀，仪器上 加入深度增益补偿（DGC）调节系统。后壁增强 效应是指在常规调节的DGC系统下所发生的图像 显示效应。
后方回声增强。（a）图示超声束遇见局灶性低衰减物质。这一物质 远端的回声强度比同一深度成像断面高。（b）肝横断超声成像显示 无回声和低衰减的肝囊肿。囊肿深方的肝实质由于后方回声增强伪 像错误的显示为强度增加（箭头）。
➢旁瓣效应
第1旁瓣成像重叠效应。旁瓣图重叠在主 瓣图上，形成虚线或Biblioteka Baidu图。
旁瓣伪像。（a）图示多发离轴旁瓣声能遇见一个物体（黑 圆）。（b）显示器假定从离轴物体返回的回波从主声束发 出，错位并复制结构。
➢部分容积效应
病灶尺寸小于声束宽度，或者虽然大于 束宽，但部分处声束内时，则病灶回声 与周围组织的回声重叠，产生部分容积 效应。
发展史
1950s A型 (A-mode) 回声图 (echogram)
1960s M型 (M-mode) M型超声心动图 (M-mode echocardiograph)
1970s B型 (B-mode)
声像图 (sonograph , ultrasonograph)
1980s 双功( duplex)
➢镜像效应
声束遇到深部的平滑镜面时，镜面把声波 反射到与之接近的界面，靶标的反射回声沿原 路再次反射回探头，从而在镜面两侧距离相等 显示形态相似的声像图。
镜面伪像。（a）在此图中，灰箭头代表预期的超声束路径。这些回 波显示正确。黑箭头显示原发超声束的另一路径。在此路径原发超 声束首先遇见深方反射界面。（b）深方反射界面的回波延迟返回探 头，在显示器上错位。（c）在右肝水平超声长轴成像显示肝右叶高 回声病变（光标）和复制的高回声病变（箭头）与膈肌等距，位于 本应是肺实质的位置。
H 人U
M A N
体B O D Y
1、散射：
遇到小界面时（散射体），散射使入射超声 的能量向各个空间方向分散辐射，故散射无方 向性
➢ 提示了脏器内部细 小结构的回声信息， 是超声成像研究内 部结构的重要依据
2、反射：
入射声束遇到大界面产生反射现象。大界面反射遵 守斯涅尔（Snell）定律：1.入射和反射回声在同一 平面上；2.入射声束与反射声束在法线的两侧；3， 入射角与反射角相等
声像图 + 多普勒频谱
(sonograph + Doppler spectrum)
1990s 三功(triplex)
声像图+多普勒频谱+彩色多普勒血流显示
(sonograph + Doppler spectrum+ colour Doppler flow image CDFI)
1990s 三维
立体声像图 (3 diamentions)
➢ 根据超声的传播速度，把人体组织分为三类： 1，软组织 2，骨与软骨 3，含气脏器
在不同的组织中的传播速度
超声的波长（ λ ）
➢ λ=c/f ➢ 在同一介质中，声速恒定，频率与波长的关系
成反比
超声波的发射与接收
➢ 声波的发射：将电脉冲转换成机械振动，也即将 电能转换成声能～逆压电效应
➢ 声波的接收：将机械振动（声能）转换成电脉冲 （电能）～正压电效应
sina/sinb=c1/c2
4、全反射：如第二介质中的声速大于第一介
质，则折射角大于入射角。入射角增大至某一 角度时，可使折射角等于90°，即折射声束与 界面平行。此时的入射角名：临界角。入射角 大于临界角时，折射声束完全返回至第一介质， 称为全反射。
5、衰减
（衰减为反射、散射及吸收的总和） 衰减与选用的频率及传播的深度成正比
➢侧壁失落效应
大界面回声具明显的角度依赖现象。入射 角较大时，回声转向他侧不复回探头，则产生 回声失落现象。囊肿或肿瘤其外周包以光滑的 纤维包膜，超声可显示其前后壁，但侧壁不能 显示。
➢侧后折射声影
发生于圆形病灶周围有纤维包膜（声速 较软组织高）情况下，当入射角大于临 界角时产生全反射现象，从而导致界面 下方第二介质内的失照射，即在圆形病 灶的两侧侧后方显示为直线形或锐角三 角形的清晰声影。
超声诊断学
第一章 绪论
超声医学：以处理超声波在人体内所产 生的各种回声信息为基础，并以不同的 可视模式显示人体脏器、组织结构及血 流，用以评价脏器的位置、解剖结构、 血流动力学和功能变化，还可以辅助完 成多种介入性治疗。
超声医学 Ultrasonic medicine
超声治疗 Ultrasonic therapy