超声诊断的基础和原理

声源（sound source）
声源：能发生超声的物体称为声源（sound source）。 超声声源来自安置在超声探头内的超声换能器
（transducer）。 超声换能器通常采用压电陶瓷、压电有机材料或混合
压电材料组成。加以电脉冲后即转发声脉冲。
声束和声轴
声束（sound beam）：是指 从声源发出的声波，一般它 在一个较小的立体角内传播。
超声诊断的基础和原理
苏州大学附属第一医院 杨俊华
超声诊断的主要内容和特点
脏器病变的形态学诊断 功能性诊断 介入性超声的应用 超声诊断与解剖学、生理学、病理学、
临床医学及比较影像学的关系
超声诊断的特点和优点
有多种显示方法，如A型、B型、M型、多普勒等； 无放射性损伤，为无创性检查技术； 具有灰阶的切面图像，层次清楚，接近于解剖真实结构； 能作动态的实时显示； 无需任何造影剂即可显示管腔结构（充液）； 有很好的分辨力，对小病灶有良好的显示能力； 能取得各种方位的切面图像，准确定位和测量病灶大小； 可检测心脏、血流量、胆囊等脏器的功能； 能及时取得结果，并可反复多次进行动态随访观察，对危
近场区和远场区者有严格的物理定义，它随探头工作频 率及探头发射时的有效面积而变化。
近场与远场
D：声源直径；θ：扩散角 近场区的长度（l）与声源的面积（r2）成正比，而与超声的波长（λ）成
反比。 即：lmm＝ r2(mm2)/λmm， 或lmm＝ r2(mm2) ·f(MHz)/C(mm/s) 其中C ≒1.5×106mm/s 远场区声束扩散程度的大小亦与声源的半径及超声波长有关，用θ代表半 扩散角时，则：Sinθ ＝1.22 λ/D，或Sinθ ＝0.61 λ/r 显然， θ愈小，声束扩散愈小。 超声波指向性优劣的指标是近场长度和扩散角。
分辨力（resolution power）
2、图像分辨力：是指构成整幅图像的目标分辨力。 ⑴细微分辨力：用以显示散射点的大小。细微分辨力与接
收放大器通道数成正比。而与靶标的距离成反比。故采 用128独立通道的发射——接收放大器，获得-20dB的细 小光点的细微声像图。 ⑵对比分辨力：用以显示回声信号间的微小差别。一般为40～-60dB间，在采用数字扫描变换技术（DSC）后，可 获得优越的对比分辨力。
分辨力（resolutiowk.baidu.com power）
⑶横向分辨力（transverse resolution）：指在与声束轴线垂 直的平面上，在探头短轴方向的 分辨力（厚度分辨力）。超声切 面图像，是一个较厚的断面信息 的叠加图像。横向分辨力是探头 在横向方向上声束的宽度。它与 探头的曲面聚焦及距换能器的距 离有关。横向分辨力越好，图像 上反映组织的切面情况越真实。
聚焦
（convergence）
声束的聚焦（convergence）：平 面型声源无论在近场区或在远场区 中声束束宽均嫌过大，使图像质量 下降。声束聚焦技术可使聚焦区超 声束变细，减少远场声束扩散，改 善图像的横向和/或侧向分辨力。
单片型探头一般在其表面加置声 透镜聚焦；
多阵元型探头需两种聚焦方法： 加置半圆柱形声透镜使声束在探头 的短轴方向聚焦（横向分辩力） ； 使用多阵元的相控发射及相控接收 使声束在探头的长轴方向聚焦 （侧向分辩力） 。
分辨力 （resolution
power）
3、多普勒超声分辨力：指多普勒超声系统测定流向、流速 及与之有关方面的分辨力。
分辨力（resolution power）
⑴轴向分辨力（axial resolution）：指沿声 束轴线方向的分辨力。轴向分辨力的优劣 影响靶标在浅深方向的精细度。此分辨力 高低与发射脉冲宽度（即持续时间）有关。 通常用3～3.5MHz探头时，轴向分辨力在 1mm左右。
⑵侧向分辨力（lateral resolution）：指在与 声束轴线垂直的平面上，在探头长轴方向 的分辨力。声束越细，数量越多，侧向分 辨力越好，在声束聚焦区， 3～3.5MHz 探头的侧向分辨力应在1.5～2mm左右。
重病人可在床边检查。 缺点：由于超声的特性，不能透过气体、骨组织，有衰减
和图像伪差现象。
超声诊断发展史略
上世纪40年代初，A型超声开始应用于颅脑等显像； 49年，B型超声开始应用于腹部及四肢的显像； 54年，M型超声应用于心脏疾病的诊断； 57年，多普勒开始应用于心脏房、室间隔缺损诊断； 60年代中期至70年代初，实时超声成像应用于临床； 80年初，彩色多普勒应用于临床诊断； 90年代，三维超声成像进入临床研究阶段；DTI等。 2003年，实时动态三维超声仪已正式进入临床应用。
诊断超声的物理特性
诊断超声的物理特性
定义
超声：为物体的机械振动波，属于声波的一种， 其振动频率超过人耳听觉上限阈值（20kHz） 者。
超声诊断：应用较高频率（1～40MHz，常用 为2.2～10MHz间）超声作信息载体，从人体内 部获得某几种声学参数的信息后，形成图形 （声像图、血流流道图）、曲线（A型振幅曲 线、M型心动曲线、流速频谱曲线）或其他数 据，用以分析和诊断临床疾病。
分辨力（resolution power）
1、基本分辨力：指根据单一声 束线上所测出的分辨两个细小 目标的能力。正确分辨力的测 定系两个被测小靶标移动至回 声波形与波形间在振幅高度的 50%处（-6dB）能分离时，此 时两小点间距为确切分辨力。
⑴轴向分辨力；⑵侧向分辨力； ⑶横向分辨力。
（注：上图两波型间振幅大于 50%；下图两波型间振幅小于 50%）
声束的中心轴线名声轴 （sound axis），它代表超声 在声源发生后其传播的主方 向。
如沿声轴作切面，则获得声 束平面图。
声束两侧边缘间的距离名束 宽。
声场
近场与远场：声束各处宽度不等。在邻近探头的一段距 离内，束宽几乎相等，称为近场区（near field），近场 区为一复瓣区（由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成）， 此区内声强高低起伏；远方为远场区（far field），声束 开始扩散，远场区内声强分布均匀。