超声总论

换能器即为超声检查用的探头。
六、超声的生物效应
产生超声生物效应的主要物理机制有：热机 制、机械机制、空化机制。当超声剂量（声强） 超出规定，将造成若干生物效应。
超声安全性问题
诊断用超声剂量（声强）的限定值， Ispta<100mW/cm2，一次超声照射时间10-20分钟。
七、超声伪像
1.混响效应 声束扫查体内平滑大界面时，部分能量返回 探头表面之后，又从探头的平滑面再次反射第二 次进入体内。为多次反射的一种。多见于膀胱前
结石
脊柱
明显衰减时，其后方回声消 失而出现声影（acoustic shadow）
衰减(attenuation)原因：反射、散射、吸收、声束 发散 • 吸收：超声波在介质中传播时，一部分声能转变 为其它形式的能量
（六）多普勒效应
当一定频率的超声波由声源发射并在介质中传
播时，如遇到与声源做相对运动的界面，则其
3.M型（Motion Mode）诊断法
在二维图像上加入一个慢扫描锯齿波，使反射光点
从左向右移动显示。从光点移动观察被测物体在不
同时相的深度及移动情况：时间-位移曲线。
4.多普勒诊断法(Doppler Mode) 1.多普勒诊断法的物理基础
（1）多普勒效应（Doppler effect）：由于声源与观察者
医学超声常识及仪器
一、医学超声常识
超声诊断仪最基本的结构由探头、发射电 路、接受电路、显示器和记录器组成。
超声诊断仪器原理框图
探头 控制信号 发射 与接收 视频信号 中央控制单元 （含DSC） 监视器
面板
增益控制
控制信息
显示器
探头
控制面板
主机
超声设备
现有超声设备有：
A型超声仪；
B型超声仪；
M型超声仪；
大血流信号，应使声束与血流方向尽可能 平行（θ角尽量小）。
调整探头与声束之间的夹角引起血流改变
四、人体组织的声学分型
（一）无反射型：液性组织（如：血液、尿液、 心包积液、胸水、腹水、胆汁、羊水等）。 （二）少反射型：基本均质的实质性组织（如： 肝脏、肾脏、脾脏、心肌、瓣膜等）。
（三）多反射型：结构较复杂、致密，排列无一
5.后方回声增强 声束向深部传播时不断衰减，设计者为使图 像显示均匀，加入了深度增益补偿（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，而不是声能量在后壁 被其他任何物理能量所增强的效应。 此效应常出现在囊肿、脓肿及其他液区的后壁， 有些小肿瘤如小肝癌、血管瘤后壁，亦可略见增 强。
次声波
20Hz
20000Hz
超声波
（声波）
（二）超声波的主要物理参数
超声波的三个基本物理量
1、波长(λ) ： 在波的传播方向上，质点完成一次振动的 距离，单位是mm 2、频率(f)：单位时间内质点完成一个振动过程的次数， 单位是赫兹（Hz）。
3、声速(c)：单位时间内声波在介质中的传播距离, 单位
频 率 越 高 ， 分 辨 力 越 强
浅表器官：7～10MHz
频 率 越 高 ， 衰 减 越 大 ， 穿 透 力 越 弱
(发现微小病灶的能力更强)
（三）超声波的发生与接收
正压电效应：由外力作用引起材料表面产生电荷， 形成电场，称为正压电效应。
变形
电场
逆压电效应：在材料两端施加一个电压时，晶体将 产生几何变形，称为逆压电效应。
（三）声阻抗(Z)：各种回声图像主要由声阻抗差别 形成,系密度与声速的乘积，单位为g/cm2.s。 （四）界面：两种声阻抗不同物体接触在一起时， 形成一个界面。接触面大小称为界面尺寸。尺寸小 于波长时名小界面，反之称为大界面。
三、人体组织对入射超声的作用
（一）散射: 小界面对入射超声产生散射现 象，使入射超声的部分能量向各个空间方向分 散辐射。散射来自脏器内的细小结构，临床意 义十分重要,其返回至声源的能量甚低。
（二）反射
超声波入射到比自身波长大的大界面时，入射
声波的较大部分能量被该界面阻挡而返回，这
种现象称之为反射。大界面对入射超声产生反
射现象，使入射超声能量的较大部分返回至声
源。入射角与反射角相等。
（三）折射：组织、脏器声速不同，声束经过其大 界面时，前进方向改变称为折射。 （四）绕射：又名衍射。声束绕过物体后，又以原来
接收到的频率有改变（产生频移）
探头
声源界面静止
探头
向探头运动
探头
背离探头
1.多普勒诊断法的物理基础
（1）多普勒效应（Doppler effect）：由于声源与观察者
之间出现相对运动，使声波频率发生变化的现象。振动源
与观察者相向运动时频率增加（声波密集），背向运动时 频率降低（声波疏散）
多普勒效应
是m/s。 并与介质的弹性(E)和密度(ρ)相关
三者的关系：λ=c/f
超声波在固体中传播速度最快，在气体中最慢：
（骨与软骨中声速约为4500m/s；软组织(肝、胆 、胰等)平均声速约为1540m/s；肺、胃肠道等含
气脏器中声速为350m/s。）
3.常用超声探头频率
脑、心脏：2～2.5MHz
腹部：3～5MHz
已达400帧/S。
二维超声图像基本特点
二维超声是超声检查的基础 二维超声图像是以解剖学为基础，根据探头所扫查的部位 构成相应的断层图像，改变探头位置可获得任意方位的超 声图像 根据组织内部声阻抗及声阻抗差的大小，以不同的灰度来 分辨人体解剖结构的层次，显示脏器和病变的形态、轮廓 和大小。 人体组织器官的二维超声图像特征可分为四种基本类型：
之间出现相对运动，使声波频率发生变化的现象。振动源
与观察者相向运动时频率增加（声波密集），背向运动时 频率降低（声波疏散）
探头与心脏、血管血流发生相对运动，产生多普勒效应
彩色多普勒血流显像（CDFI）：
能显示心血管内某一断面的血流信号，是实时二维血流成像技术， 与二维图像相互结合显示。实时彩色编码显示，图像直观、定位准
多反射型——高回声区 无反射型——无回声 少反射型——低回声区 全反射型——极高亮度、高回声区
血液
胆汁 尿液
无反射型——无回声：血液、尿液和胆汁等
肝脏和胰腺
心肌
少反射型——低回声区：心肌、肝、脾等实质脏器
肝包膜、血管壁
心脏瓣膜
多反射型——高回声区：心瓣膜、肝包膜等
肺气
肠气
全反射型——极高亮度、高回声区：肺气、肠气等
2、图像分辨力：指构成整幅图像的目标 分辨力。包括： （1）细微分辨力：用以显示散射点大小 （2）对比分辨力：用以显示回声信号间 的微小差别
二、人体组织的声学参数
（一）密度(ρ):组织、脏器的声学密度，单位为 g/cm3。 （二）声速（C）: 单位为m/s。一般固体物含量高 者声速最高，含纤维组织（主要成分为胶原纤维） 高者，声速较高，含水量较高的软组织声速较低， 液体声速更低，含气脏器中的气体声速最低。
层流（朝向探头-红，背离探头-蓝） 湍流：(正向-黄 红+绿，负向-青 蓝+绿) 射流：
血管狭窄
探 头
探 头
层 流
射 流
湍 流
绿色：代表流速快且紊乱的血流
湍流（turbulent flow），多彩镶嵌（mosaic pattern）
湍
流
探头与心脏、血管血流发生相对运动，产生多普勒效应
多普勒频移与声速成正比。为获得最
定规律的实质性组织（如：乳腺、心外膜、肾包
膜、骨骼等）。
（四）全反射型：含气组织（如：肺、胃、肠
等）。超声检查时使用耦合剂，就是为了防止探 头与皮肤之间存在空气，影响探查。
五、超声诊断原理
高频脉冲发生器→换能器（将电能转变为声 能）→组织界面（反射）→换能器（将声能转变 为电能）→接受放大装置→示波管→显示系统 （显示图像）。
的方向偏斜传播。
（五）衰减：声波轴向振动与介质之间摩擦致能量消
耗的结果，与超声探头频率及声波运行距离有关。
反射和折射
重点：反射是A、B、M型超声的成像基础
障碍物直径大于 1/2λ，即可产生反射,声阻抗差>1‰ ，就 有反射回声，故超声波对软组织分辨率极高。超声波透入第二种 介质后 ，其传播方向发生改变产生折射。
重要作用，成为医学影像学的 重要组成部分。
在过去的半个世纪中，随着声学理论研究 的不断深入、计算机技术的飞速发展，使得超 声检查取得了前所未有的进步。
三维超声 (three dimensional ultrasound)
一维超声 A型(amplitude mode)
二维超声 (two dimensional Ultrasound)
壁、胆囊底、大囊肿前壁，可被误诊为壁的增厚、
分泌物或肿瘤等。
2.镜像效应
声束遇到深部的大平滑界面时，反射回声如测及离镜 面较接近的靶标后，按入射途径反射折回探头。此时，在 声像图上所显示者，为镜面深部与此靶标距离相等、形态 相似的图像。
常见于横膈附近，实质性肿瘤或液性占位可在横膈两侧同
时显示，较横膈浅的一处为实影，深者为虚影或镜像。
实时三维超声（四维超声）
Real-time three dimensional ultrasound
医学超声物理诊断
基础和原理
一、医学超声的物理特性
（一）超声波的定义
声源振动频率>20000Hz的机械波为超声 波。（次声波：<16Hz；声波：1620000Hz）
超声诊断使用的频率范围:1－10MHz，常用 2.5-5.0MHz
超声总论 第一附属医院
超声诊断科
闫国珍
教学目的
1.掌握超声基本概念、超声物理特性、 常用声学参数、人体对超声的作用。
2.了解超声发展的历史、超声效应、图 像伪差、超声仪器设备及新技术。
目前超声检查已成为一门独立
和成熟的学科，不仅能观察组
织和器官的形态，而且能检测 人体脏器功能和血流状态，在
临床诊断与治疗决策上发挥着
反射的超声波频率随界面运动的情况而发生改
变，称之为多普勒效应（Doppler effect）。
多普勒方程： fd =2fo×(V.cosθ÷c)
fd :多普勒频移； fo:发射频率； V:血流速度； θ:声束与血流夹角； c:超声波在介质中的传播速度。
•多普勒效应：声源与接收器之间有相对运动，
6. 旁瓣效应
旁瓣效应系指第一旁瓣成像重叠效应。
声源所发射的声束具有一最大的主瓣，一般处于
声源中心，其轴线与声源表面垂直，名主瓣。主
瓣周围有对称分布的数对小瓣，称旁瓣。旁瓣重
叠于主瓣上，形成各种虚线或虚图。
7. 部分容积效应 病灶尺寸小于声束束宽，或虽然大于束宽， 但部分处于声束内，则病灶回声与正常组织的回 声重叠，产生部分容积效应。 多见于小型液性病灶。例如，小型肝囊肿因部分 容积效应常可显示内部细小回声（系周围肝组织 回声重叠效应）。
3.声影 声影指在在组织或病灶后方所显示的回声低 弱甚或接近无回声的平直条状区，系声路中具有
较强衰减体所造成。高反射系数物体（如气体）、
高吸收系数物体（如骨骼、结石、瘢痕）下方具
有声影，二者兼具则声影更明显。
4. 高衰减结构
超声能量消耗甚多，其后方回声明显减弱， 常见于肌腱、软骨、瘢痕之后，提高仪器“增 益”仍可显示少量回声信号。
θ
D
近场 D声源直径
远场
θ扩散角
1、基本分辨力：是指超声诊断仪能够根据单一声束 线上所测出的分辨两个细小目标的能力，可分三类： （1）轴向分辨力：沿着声束轴线方向的分辨力，又 称纵向分辨力；其优劣影响靶标在深浅方向的精细度 。分辨力佳则在轴向的图像点细小、清晰。通常用33.5MHz探头时，轴向分辨力在1mm左右。 （2）侧向分辨力：在与声束垂直的平面上，在探头 长轴方向的分辨力；声束越细，侧向分辨力越好。 （3）横向分辨力：在与声束垂直的平面上，在探头 短轴方向的分辨力，又称厚度分辨力。
Baidu Nhomakorabea
频谱多普勒超声仪；
彩色多普勒超声仪；
三维成像超声仪等。
现多为多功能超声仪。
二、超声诊断的几种方法：
1、A型(Amplitude Mode)诊断法，又叫幅度调制式： 以波幅的高低显示回声的强弱，一维图像。
2、B型（Brightness Mode）诊断法，二维超声：
又叫光点成像法、辉度调制式。它以光点的多少和明暗表 示回声的强弱，又称灰阶（Grey Scale）超声 图像为二维实时(Real-Time)图像，目前超声成像最高速度
电场
变形
（四）声源、声束、声场与分辨力
1. 声源 能产生超声的物体称为声源，通常采用压电 陶瓷、压电有机材料或混合压电材料组成。声源由超 声换能器发出。 2. 声束 从声源发出的声波，一般在一个较小的立体 角内传播。其中心轴线称为声轴，为声束传播的主方 向。声束两侧边缘间的距离称为束宽。 3.近场与远场 超声束各处宽度不等。在临近探头的一 段距离内，束宽几乎相等，称为近场；远方为远场。