(完整版)灰阶超声成像原理

◆ 探头可接收的回波信号的强度与入射波 和反射界面之间的夹角有关，垂直入射（入 射角为0），反射越多，探头接收到的回波信 号最强；入射角越大，反射越少，能返回的 信号越弱。
③散射（ scattering ） 与绕射（diffraction）
绕射：如界面不大， 可与超声波波长相 比，则声波将绕过 该界面继续向前传播。
■ 一、灰阶及回声的概念 ■ 二、灰阶成像的三大基本要素 ■ 三、灰阶成像的三大步骤 ■ 四、灰阶超声中常用术语及其调节
一、灰阶及回声
一、灰阶及回声的概念
灰阶（gray-scale）：灰色色调的数量，表示在图上黑 色到白色的之间的灰度（亮度）。
■ 目前超声常使用256级灰阶。
■ 回声（echo）：对灰阶的统称。
根据灰阶的不同，回声可大致分为五种类型：
1、强回声：灰度明亮，后方常伴声影，如结石或钙化灶。 2、高回声：灰度较明亮，后方不伴声影，如肾窦或血管瘤。 3、等回声：灰阶强度呈中等水平，如正常的肝脾实质回声。 4、低回声：透声较好的暗区，如正常的淋巴结。 5、无回声：均匀的液体，如正常充盈的膀胱或胆囊。
■反射系数之大小决定在界面处两介质声阻之差。 设 Z1为第一介质之声阻，Z2为第二介质之声阻 公式表之：
Z1 - Z2 声强反射系数 R1 = (----------)2
Z1 + Z2
人体组织声学类型：
(一)无反射型
液体内的界面无明显声阻抗差异，如假设有一 界面，因其前后声阻值相似，其反射系数为0或接 近于0，超声通过相应区域时无何反射。此乃液体 的特点，故称无回声区或液性暗区。
超过人类的听觉阈值，不能被人耳感受的的机械振动。
◆ 有关超声波的物理量：
①波长（wavelength,λ ）：在传
播过程中一个完整周期内所通过的距离。
波长λ
② 声速（ velocity of sound, c ）
单位时间内声波在介质中传播的距离称声速。 其传播速度在气体中较小, 360 m/s左右； 在液体和人体软组织中较大，1500 m/s 左右； 在固体中最大，约为4500 m/s 左右。
一般而言，频率增加1MHZ,同时深 度增加1cm,超声波的能量会衰减1dB.
声能随着透入距离增加而减弱
2、介质——传播声波的媒介物质
①气体和充气的肺组织
②液体和软组织
③骨骼和矿物化后的组织
■超声检查中，人体组织就是超声波传播的介质。
回声的强度为何不同？ “介质声阻抗差”
声阻抗（ acoustic impedance ）：
强回声：胆囊结石
高回声：肝内血管瘤
等回声：正常脾实质
低回声：颈部淋巴结
无回声：充盈好的膀胱
LV
二、灰阶成像三大基来自百度文库要素
二、灰阶成像的三大基本要素
A：水槽中的乒乓球照片
B：灰阶超声切面图像
●为何会产生差别？
A图成像原理：
乒乓球→视网膜→大脑皮层→完整图像
B图成像原理：
探头发射超声波→乒乓球（介质）→接 收回波信号显像→切面灰阶图像
（二）少反射型
超声经过结构比较均匀的实质组织如肝 脏、脾脏、甲状腺、睾丸等器官和组织时， 在相应区域即或有些界面，但声阻差较小， 回声较少，此即少反射型或称低回声区。
■ 目前医用超声波的频率：200KHZ——100MHZ。 ■ 目前临床超声仪常用频率：2MHZ——15MHZ。
医用超声频率的应用范围
频率范围（单位：MHZ）
2—5 5—10 10—30 40—100
应用情况
腹部、心脏等检查 浅表器官、外周血管等检查 皮肤、血管内、内窥镜等检查 声学显微镜
◆ 有关超声波的物理性能：
①方向性（指向性，direction ）
②反射（ reflection ） 与透射（transmission）
超声在传播中，经过两种不同介质的界面 时，一部分能量由界面处返回第一介质，此即 反射(reflection)。另一部分能量穿过界面， 进入第二介质，此即透射 (transmission)。
介质的密度与超声波在介质中传播速度的乘积。
设：Z为声阻，ρ为密度，c为声速 则：声阻 (Z)＝密度 (ρ) X 声速 (c)
●设定超声波在介质中传播速度为1540m/s, 则声阻抗与介质的密度差相关。
●介质越硬，组织的声阻抗越大。 ●一般声阻抗：固态>液体>气体
■ 超声波传播过程中，所遇的组织界面不同，其 声阻抗也不一样，发生反射、折射等现象，反 射、折射等程度不一，与介质的声阻抗差密切 相关。
灰阶成像三要素：
1、超声波→振源（Ultrasound） 2、乒乓球壁→介质(Medium) 3、接收回波的探头→感受器(Receiver)
振源
介质
感受器
1、声源——超声波
｛ ｛ 电磁波：无线电波、X线、可见光等。
波
次声波：<20HZ
机械波 可听波：20HZ——20KHZ
超声波：>20KHZ
超声波:声源高速振动， 其频率20000次 (Hz) 以上，
■ 超声仪器在设计时对于不同的软组织， 假定了一个相对平均的速度，即1540M/S.
③频率（Frequency, f ）：
单位时间内单位振动的次数， 亦超声波通过介质中某点的疏密波的次数。
★波长、声速与频率之间关系密切，公式如下：
声速 (c) 波长(λ)＝ ----------
频率 (f)
频率低，波长长，穿透性好，透入深，分辨力低 频率高，波长短，穿透性差，透入浅，分辨力高
散射：如物体的直径 小于超声波的波长时， 则声波向物体的四面 八方辐射。
■在人体结构中，散射主要发生在组织或 器官内部大小与超声波长接近或更小的 微小结构上，如肝脏中的肝小叶，肾中 的肾小体，心脏中的心肌纤维、血液中 的红细胞。
■超声在工作中，是反射、透射、散射、 绕射的综合运用。
④吸收（ absorption ） 与衰减( attenuation)
当声波穿过介质时，由于“内摩擦 ”或所 谓“粘滞性”，使声能被吸收、 散射而逐渐 减弱，声波的振幅随之减低，此即衰减。
吸收与衰减的多少和超声的频率、介质的 粘滞性、导热性、温度及传播的距离等因素有 密切关系。
衰减程度的一般规律是：
骨 (或钙化区) > 软骨 > 肌腱 > 肝、肾组织 >脂肪 > 血液 > 尿液与 胆汁。