超聲診斷物理特性及超聲偽像

1、超聲診斷學(xué),,,,第一章 緒論,超聲醫(yī)學(xué)：以處理超聲波在人體內(nèi)所產(chǎn)生的各種回聲信息為基礎(chǔ)，并以不同的可視模式顯示人體臟器、組織結(jié)構(gòu)及血流，用以評(píng)價(jià)臟器的位置、解剖結(jié)構(gòu)、血流動(dòng)力學(xué)和功能變化，還可以輔助完成多種介入性治療。,超 聲 醫(yī) 學(xué) Ultrasonic medicine,,超 聲 治 療 Ultrasonic therapy,,超 聲 診 斷Ultrasonic diagnosis,超聲診斷學(xué)的主要內(nèi)容,1.解剖學(xué)檢查 2

2、.血流動(dòng)力學(xué)檢查3.功能性檢查4.介入性超聲,超聲檢查特點(diǎn),1.無(wú)放射性損傷，可視為無(wú)創(chuàng)檢查2.準(zhǔn)確性，超聲解剖與人體解剖結(jié)構(gòu)一致3.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示4.便捷、所占空間小，可移動(dòng)5.經(jīng)濟(jì)性，費(fèi)用較低6.及時(shí)報(bào)告結(jié)果，短時(shí)間內(nèi)可重復(fù)檢查7.與受檢者面對(duì)面，可及時(shí)了解病人信息8.高度的操作者及儀器依賴性,發(fā)展史,1950s A型 (A-mode) 回聲圖 (echogram)1960s M型 (M-mode

3、) M型超聲心動(dòng)圖 (M-mode echocardiograph)1970s B型 (B-mode) 聲像圖 (sonograph , ultrasonograph)1980s 雙功( duplex) 聲像圖 + 多普勒頻譜 (sonograph + Doppler spectrum)

4、 1990s 三功(triplex) 聲像圖+多普勒頻譜+彩色多普勒血流顯示 (sonograph + Doppler spectrum+ colour Doppler flow image CDFI)1990s 三維

5、 立體聲像圖 (3 diamentions),新技術(shù),1.超聲造影2.介入超聲3.組織多普勒技術(shù)4.彈性成像技術(shù)5.血管內(nèi)超聲6.超聲組織諧波成像7.其他，應(yīng)變與應(yīng)變率、斑點(diǎn)追蹤等,第二章 超聲診斷的基礎(chǔ)及原理,超聲的物理特性超聲是機(jī)械波，具有波長(zhǎng)（λ）、頻率（f）和傳播速度（Ｃ）Ｃ＝ λ· f,超聲的傳播,超聲的定義：超聲為一種高頻振動(dòng)的機(jī)械波，其頻率超過(guò)人耳能聽到的聲波頻率的上限。人耳可以聽到的聲波頻

6、率：20～20000Hz （20KHz）超聲的頻率：>20000Hz（20KHz）常用的診斷用超聲頻率：2.2～10MHz,超聲的速度（c）,,,在不同的組織中的傳播速度,超聲在同一介質(zhì)中，其聲速是恒定的，在不同的介質(zhì)中其聲速也會(huì)發(fā)生改變。一般說(shuō)，固體物含量多，聲速高；含水多，聲速低；含氣臟器中的氣體，聲速最低。根據(jù)超聲的傳播速度，把人體組織分為三類： 1，軟組織 2，骨與軟骨 3，含氣臟器,超聲的波長(zhǎng)（

7、λ ）λ=c/f在同一介質(zhì)中，聲速恒定，頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系成反比,超聲波的發(fā)射與接收,聲波的發(fā)射：將電脈沖轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，也即將電能轉(zhuǎn)換成聲能～逆壓電效應(yīng)聲波的接收：將機(jī)械振動(dòng)（聲能）轉(zhuǎn)換成電脈沖（電能）～正壓電效應(yīng),聲波的接收,聲波的發(fā)射,換能器（其主要材料為壓電晶體）,各種探頭（換能器）,3.5MHz凸陣探頭,,7.5MHz線陣探頭,3.5MHz扇形探頭,穿刺探頭,腔內(nèi)探頭,術(shù)中探頭,聲場(chǎng),聲場(chǎng)：探頭發(fā)射的超聲所能達(dá)到的最大深度

8、及其 周圍的空間范圍近場(chǎng)：靠近探頭的部分，聲束比較平行遠(yuǎn)場(chǎng)：遠(yuǎn)離探頭的部分，聲束開始擴(kuò)散聲束：超聲所經(jīng)過(guò)的空間束寬：聲束橫斷面的直徑聲軸：代表聲束主方向的中心軸線,,,,,,,,,,,近場(chǎng),遠(yuǎn)場(chǎng),聲軸,分辨力,超聲診斷中重要技術(shù)指標(biāo)。分為基本分辨力及圖像分辨力。,,基本分辨力：?jiǎn)我宦暿€上所測(cè)出的分辨兩個(gè)細(xì)小目標(biāo)的能力。分類： 軸向分辨力 axial resolution 側(cè)向分辨力 la

9、teral resolution 橫向分辨力 transverse resolution（國(guó)內(nèi)誤稱厚度分辨力）,軸向分辨力 ：沿聲速軸線方向的分辨力。側(cè)向分辨力： 與聲束軸線垂直的平面上， 在探頭長(zhǎng)軸方向的分辨力。橫向分辨力： 與聲束軸線垂直的平面上， 在探頭短軸方向的分辨力。,,,,,,,,,,側(cè)向分辨力,橫向分辨力（厚度）,軸向分辨力,,,人體組織的聲學(xué)參數(shù)

10、,密度聲速聲特性阻抗（Z） 密度與聲速的乘積 Z＝ ρ c （ ρ：密度 c :聲速 ）界面 不同聲阻抗組織之間形成的接觸面 大界面：>波長(zhǎng)小界面：<波長(zhǎng),指向性：當(dāng)聲源直徑大于在人體中傳播的波長(zhǎng)時(shí)，此時(shí)聲束具有指向性可以用聲源直徑（D）與波長(zhǎng)（ λ ）比值衡量 D/ λ <10,指向性差； D/ λ＝

11、20，指向性好,人體組織對(duì)入射超聲的作用,人體組織對(duì)入射超聲可產(chǎn)生多種物理現(xiàn)象，表現(xiàn)為聲像圖的各種特征,超　 　聲,散 射 scattering,反 射　reflection,折 射　refraction,衍 射　difration,全反射　total reflection,衰 減　attenuation,會(huì) 聚　convergence,,,,,,,,,人體組織對(duì)入射超聲的作用,H人 U M

12、A N體 B O D Y,U L T R A S O U N D,,,,,,,,,,發(fā) 散 divergence,,,,多普勒效應(yīng) Doppler effect,1、散射： 遇到小界面時(shí)（散射體），散射使入射超聲的能量向各個(gè)空間方向分散輻射，故散射無(wú)方向性,提示了臟器內(nèi)部細(xì)小結(jié)構(gòu)的回聲信息，是超聲成像研究?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的重要依據(jù),2、反射： 入射聲束遇到大

13、界面產(chǎn)生反射現(xiàn)象。大界面反射遵守斯涅爾（Snell）定律：1.入射和反射回聲在同一平面上；2.入射聲束與反射聲束在法線的兩側(cè)；3，入射角與反射角相等,反射的能量大小取決于界面兩側(cè)介質(zhì)的聲特性阻抗差。相差越大，反射率越大，當(dāng)大到一定程度可造成超聲能量的全部反射，不再達(dá)到深部組織；相反，如果差值較小，反射則較少，大部分超聲能量透射到深部組織，反射能量較低時(shí)可造成圖像上不能顯示,3、折射： 入射聲束遇到大界面其兩側(cè)介質(zhì)的傳播速度不同，

14、聲束在經(jīng)過(guò)這些組織間的大界面時(shí)，產(chǎn)生聲束前進(jìn)方向的改變。折射角與入射角的正弦比值與界面兩側(cè)的聲速比值相等 sina/sinb=c1/c2,4、全反射：如第二介質(zhì)中的聲速大于第一介質(zhì)，則折射角大于入射角。入射角增大至某一角度時(shí)，可使折射角等于90°，即折射聲束與界面平行。此時(shí)的入射角名：臨界角。入射角大于臨界角時(shí)，折射聲束完全返回至第一介質(zhì)，稱為全反射。,,,,,,,,5、衰減（衰減為反射、散射及吸收的總和） 衰

15、減與選用的頻率及傳播的深度成正比,6、多普勒效應(yīng)（DOPPLER）超聲在探測(cè)移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，其回聲頻率發(fā)生變化利用多普勒效應(yīng)可檢測(cè)血管內(nèi)有無(wú)血流，及血流方向和血流速度,正頻移,負(fù)頻移,常見的超聲效應(yīng)與圖像偽差,混響效應(yīng) 聲束掃查體內(nèi)平滑大界面時(shí)，部分聲能量返回探頭表面之后，又與探頭的平滑面再次反射，又第二次進(jìn)入體內(nèi)，形成多次反射?；祉懶?yīng)多見膀胱前壁及膽囊底，大囊腫前壁。,混響偽像。（a）圖示超聲波在兩個(gè)強(qiáng)反射界面之間重復(fù)反射。（

16、b）顯示器顯示多發(fā)等距信號(hào)向深場(chǎng)延伸。（c）新生兒可觸性腫物超聲橫斷成像顯示混響偽像（箭）。（d）膽囊超聲長(zhǎng)軸成像顯示由羅-阿氏竇內(nèi)膽固醇結(jié)晶引起的彗星尾偽像（箭頭）。這一發(fā)現(xiàn)診斷為膽囊腺肌癥。也可見膽囊結(jié)石聲影。 (Myra K. Feldman, MD ? Sanjeev Katyal, MD ? Margaret S. Blackwood, MS, RadioGraphics 2009; 29:1179–1189),振鈴效應(yīng),

17、聲束在傳播途徑中，遇到一層甚薄的液體層，且液體下方有極強(qiáng)的反射界面為條件，通常在胃腸道及肺部。,振鈴偽像。（a）圖示主聲束遇見環(huán)形氣泡伴中心包繞液體。（b）袋狀液體形成的共振引起持續(xù)的聲源，并傳回探頭。（c）顯示器顯示高回聲反射體伴后方線狀回聲。（d）左側(cè)臥位膽囊超聲成像顯示十二指腸內(nèi)的氣體和液體引起振鈴偽像（箭頭）。,鏡像效應(yīng),聲束遇到深部的平滑鏡面時(shí)，鏡面把聲波反射到與之接近的界面，靶標(biāo)的反射回聲沿原路再次反射回探頭，從而在鏡面兩側(cè)

18、距離相等顯示形態(tài)相似的聲像圖。,鏡面?zhèn)蜗?。（a）在此圖中，灰箭頭代表預(yù)期的超聲束路徑。這些回波顯示正確。黑箭頭顯示原發(fā)超聲束的另一路徑。在此路徑原發(fā)超聲束首先遇見深方反射界面。（b）深方反射界面的回波延遲返回探頭，在顯示器上錯(cuò)位。（c）在右肝水平超聲長(zhǎng)軸成像顯示肝右葉高回聲病變（光標(biāo)）和復(fù)制的高回聲病變（箭頭）與膈肌等距，位于本應(yīng)是肺實(shí)質(zhì)的位置。,側(cè)壁失落效應(yīng),大界面回聲具明顯的角度依賴現(xiàn)象。入射角較大時(shí)，回聲轉(zhuǎn)向他側(cè)不復(fù)回探頭，則產(chǎn)生

19、回聲失落現(xiàn)象。囊腫或腫瘤其外周包以光滑的纖維包膜，超聲可顯示其前后壁，但側(cè)壁不能顯示。,發(fā)生于圓形病灶周圍有纖維包膜（聲速較軟組織高）情況下，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致界面下方第二介質(zhì)內(nèi)的失照射，即在圓形病灶的兩側(cè)側(cè)后方顯示為直線形或銳角三角形的清晰聲影。,側(cè)后折射聲影,,后壁增強(qiáng)效應(yīng),聲束在傳播過(guò)程中必然隨深度的增加而不斷增加其衰減，為使聲像圖顯示深淺均勻，儀器上加入深度增益補(bǔ)償（DGC）調(diào)節(jié)系統(tǒng)。后壁增強(qiáng)效應(yīng)是指在

20、常規(guī)調(diào)節(jié)的DGC系統(tǒng)下所發(fā)生的圖像顯示效應(yīng)。,后方回聲增強(qiáng)。（a）圖示超聲束遇見局灶性低衰減物質(zhì)。這一物質(zhì)遠(yuǎn)端的回聲強(qiáng)度比同一深度成像斷面高。（b）肝橫斷超聲成像顯示無(wú)回聲和低衰減的肝囊腫。囊腫深方的肝實(shí)質(zhì)由于后方回聲增強(qiáng)偽像錯(cuò)誤的顯示為強(qiáng)度增加（箭頭）。,聲影,指在常規(guī)DGC正補(bǔ)償調(diào)節(jié)后，在組織內(nèi)病灶后方所演示的回聲低弱后接近無(wú)回聲平直條狀區(qū)。聲影系聲路中具較強(qiáng)衰減體。 高反射體（如氣體）或高吸收系數(shù)物體（如骨骼、結(jié)石、疤痕）下方具有

21、聲影。,聲影。（a）圖示超聲束遇見高衰減的物質(zhì)。這一物質(zhì)遠(yuǎn)端的回聲強(qiáng)度比同一深度回聲顯著降低。（b）膽囊長(zhǎng)軸超聲成像顯示強(qiáng)回聲膽囊結(jié)石后方聲影（箭頭）。,第1旁瓣成像重疊效應(yīng)。旁瓣圖重疊在主瓣圖上，形成虛線或虛圖。,旁瓣效應(yīng),旁瓣偽像。（a）圖示多發(fā)離軸旁瓣聲能遇見一個(gè)物體（黑圓）。（b）顯示器假定從離軸物體返回的回波從主聲束發(fā)出，錯(cuò)位并復(fù)制結(jié)構(gòu)。,病灶尺寸小于聲束寬度，或者雖然大于束寬，但部分處聲束內(nèi)時(shí)，則病灶回聲與周圍組織的回聲重疊