超声诊断设备介绍

超声诊断设备介绍

第一节超声波简介

一、超声波的频率

超声波频率 f ≥ 20KHz ，诊断超声波频率一般范围在 0.5-80MHz ，其中 3-10MHz 最常用。

二、超声波的发生

超声波可由多种物理能量转变而成，需经过换能器进行转换。目前最常用的换能器是压电陶瓷即压电晶体，在交变电场的作用中产生厚度的交替改变即声振动 , 当电场交变频率与压电晶体的固有频率一致时，换能器的电转换（电 ? 声）效率最高，即晶体的振幅最大。压电晶体常具有两种可逆的能量转变效应：由电能转变为声能时称逆压电效应；相反，由声波的压力变化传至压电晶体后其两端的电极随声波的压缩（压力）与张弛（负压）发生正负电位交替变化，称正压电效应。在逆压电效应中压电晶体成为超声发生器；在正压电效应中压电晶体成为回声接收器。

逆压电效应

电能声能

正压电效应

天然的压电晶体以石英为代表，另有机压电薄膜材料（聚偏氟乙烯 PVDF ）其声阻抗与人体软组织声抗十分相近，检查时减少中间传递的声能量损失。压晶体在制成一个器件后称超声探头，探头在发生超声时称为声源。

第二节超声的传播

从声源发生的声能抵达另一物体时为超声的传播，超声是以波的形式传播的，分纵波、横波、板体波、表面波等。人体内除骨骼外，在所有软组织中几乎所有都是以纵波的形式传播的。

1 、频率 f ：由声源决定。周期 T=1/f

2 、声速 c ：由传播媒质决定。

3 、波长 l ： l =c/f=CT

4 、声扬：声源发出的声波在介质内所影响涉及的范围。

A ）指向性：声源直径大于波长时，声束集中在一个狭小的立体角内发射的特性。

B ）近场：以接近于圆柱样的形态传播，称 Fresnel 区。

C ）远场：呈倒圆椎形分布。

D ）声轴、声束、束宽（ beam axis 、 beam 、 beam width)

E ）分辨力：是指超声波辨别两个相邻物体的能力。

侧向分辨力取决于激励电脉冲的长度及探头的阻尼程度，横向分辨力取决于声束的宽度；用减少脉冲的乙及增加探头的阻尼以提高轴向分辨力，用声束聚焦的方法可以提高横向分辨力。

F ）聚焦声束：非聚焦式声束其侧（横）向分辨力等于或大雨声源的直径，因而其噪声大，组成图形的光点粗糙，使细小结构不易辨认。

第三节超声与生物组织间的相互作用

一、生物组织对入射声束的作用

1 、声阻抗与界面：

声阻抗：为声波传递介质中某点的声压和该点速度的比值，它等于密度与声速的乘积。

界面：两种不同声阻抗物体的接触面，界面意味着声传播中的不连续，分大界面（尺寸大于束宽）、小界面（尺寸小于束宽，也即体内小于 2mm 的组织）。

2 、散射：入射超声遇小界面时，呈散射模式，变平面波为球面波。脏器或组织内部的微小结构对入射超声散射现象，是超声成像研究内部结构的重要根据。

3 、反射与透射：入射声遇到大界面时，属镜面反射模式。入射声遇到大界面时后进入第二个介质－－透射声。

4 、折射与全反射：穿过大界面的透射声，可能沿入射声束的方向继续进行，亦可能偏离入射声束的方向而传播－－超声折射。全反射会造成第二种介质的“ 失照射” ，形成由于折射现象而造成的声影，称“ 折射声影” 或“ 速差声影” ，在诊断分析中应予注意。镜面反射的回声振幅甚高，在 0~40dB 间（以软组织与空气间界面的反射振幅为参考振幅，等于 OdB ）；而散射回声的振幅为 36-1000 dB 。因而，必须使用能兼顾极强与极弱信号的大动态范围的对数放大器，方可获得住处量丰富的成像效果。

5 、绕射：当声束传播过程中在一个障碍物的边缘经过，而声束的边缘与界

面边缘之间的距离小于 1-2 个波长，界面边缘的声束向该一界面弯曲变化的现象称为绕射。两者之间距离越小，声束偏向越明显。

6 、干涉：入射回声与入射超声在空间相会，产生相位迭加或抵消，在近场区内因离轴声场的起伏变化，更易产生各种干涉现象，造成图形上的亮斑及暗斑。

7 、衰减：入射超声在介质中传播最终转变为反射回声、散射回声、声吸收（声能变成热能），蛋白质对超声衰减最大（占 80% ），尤其胶原蛋白、纤维组织水分的衰减最小。

8 、动目标回声频移（多普勒效应）：移动目标的反射或散射回声其频率与入射超声不同，向高端或低端变化，名频移动目标回声频移现象即为超

声多普勒效应。常用卷轴式显示法描出多普勒，认定需基线。

多普勒效应卷轴式多普勒显示

二、入射超声对生物组织的影响

美国超声医学会（ AIUM ）根据以往世界各国学者的超声生物效应研究结果，规定人体使用的安全剂量 ISPTA 不能超过 100 2 mw/cm 2 , ( 另一种表示法 ISATA 比 ISPTA 低两个数量级 ) 一般来说超声法与 X 线、 CT 、核素医学成像等方法相比，超声对人体影响是最为低小的，只要正确掌握手法和引入符合安全规定的超声剂量，可以认为对人体是没有显著影响的。总剂量 = 连续使用时间＊ ISPTA减少对某一切面的持继检查时间。

第四节超声检查的种类

一、 A 型 (Amplitude mode) 幅度调制型

超声束在人体组织的传播过程中，遇到不同声阻抗的声学界面所产生的一分列反射回声，在示波屏时间轴上以振幅高低表达。 X 轴自左至右表示回声的先后顺序，代表人体组织的线深， y 轴自基线上方代表振幅的高低，即表示界面反射的强弱，反射强则回声振幅高，反射弱则回声振幅低。可用于探测界面距离，脏器经值及病变的物理特征。A 型超声属一维显示，不能形成直观图像，主要依据波幅高低，波型密度、波的活跃度、形态等作为诊断疾病的基础。

A 型与

B 型图像表示方式示意图

二、 B 型 (Brightness mode) 辉度调制型

以不同辉度的光点表示界面反射讯号的强弱，反射强则亮，反射弱则暗。声束顺序扫查脏器时，反射光点群按次序分布成一切面声像图，故此方法可显示脏器的二维切面图像。当成速度大于 24F/sec 时，即可显示脏器的活动状态，称为实时显像。B 型超声诊断有多种扫查方式，根据探头种类及扫查方式可分为线扫、扇扫及凸形扫等。方式阶的 B 型超声诊断可清晰显示软组织的微细结构，可用于胸腔、腹腔、盆腔内脏器、颅脑、眼球、乳腺、甲状腺的探测，临床应最广。

三、 M 型 (Motion mode) 活动显示型

检查运动脏器的结构及其相对运动与时间关系。应用单轴声波探测距离随时间变化的曲线，垂直方向代表距离和浓度变化，水平方向代表扫描时间，从光点的移动可观察界面的深度移动状况，主要用于心脏及大血管的探查，称为 M 型超声心动图。

B 型与 M 型图像表示方式示意图

四、 D 型 (Doppler) 多普勒型

根据多普勒效应，用各种方式显示探头与被测物体之间相对运动产生的多普勒频移。 X 轴为慢扫基线，Y 轴代表频移的大小，振幅高度与频移大小成正比。

D 型超声主要用于心脏及大血管血流动力学状态的检测，特别是瓣膜病及先天性心脏病的返流及分流的检测。 Doppler 的发射有脉冲式 Pulsed wave Doppler,PW 与连续式 Continuous wave Doppler,CW 两