1超声诊断原理与诊断基础

- 1 - 超 声 诊 断 原 理 与 诊 断 基 础 第 一 章 超

声 诊 断 概 述 一、超声诊断学 现代科技（电子技术、计算机科学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。

二、超声发展史 A型：超声示波诊断法——幅度调制型，以波形显示界面回波。纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播 深度。属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于1958年应用于临床。 M 型：超声光点扫描法——M型超声心动图。纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强度。属一维显示，反应界面随时间的运动曲线，1961年应用于临床。

B型：超声显像诊断法——辉度调制型。即以光点的形式显示二维切面图形。仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、显示器。20世纪70年代初应用于临床，70年代中后期采用了灰阶及DSC技术，实时超声图像质量大大改善，于80年代迅速发展并普及，90年代后期进入全数字化时代。 DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器,使数字信号转变成标准电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。 D型：超声频移诊断法——Doppler频谱、

CDFI、CDE、DTI等，1983年日本Aloka公司研制出世界 上第一台彩超，并首先规定朝向探头与背向探头的血流分别以红色及蓝色显示。20世纪90年 代彩超迅速普及，90年代后期进入全数字化时代。 三维超声：20世纪90年代开始应用于临床。

三、超声诊断的优点、局限性及临床应用 1、超声与普通X-CT等影像技术相比有以下优点： （1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。 （2）直观实时显示检查器官与病灶的切面图像。 （3）对活动脏器（如心脏）能实时动态显示其切面图像，便于观察。 （4）能发挥管腔造影功能，而无需任何造影剂。 （5）对软组织内的病灶有良好的分辨力，能清晰显示实质性器官中2—3mm的囊性或实质性病灶。 2、超声诊断的局限性： 超声对骨与含气性器官透射率太低,故目前超声对骨关节、颅脑、肺、胃肠道疾病的诊断受到限制。 3、超声诊断的临床应用： （1）腹部脏器的器质性病变与腹部包块。

（2）妇科疾病与盆腔包块。 （3）生理产科、病理产科、胎儿畸形检测。 （4）浅表器官（如眼球、甲状腺、乳腺、睾丸等）与浅表软组织疾病。 （5）心脏疾病。 （6）外周血管疾病。

（7）胸水、腹水及穿刺定点。 （8）介入性超声（用于诊断与治疗）。 四、超声诊断的学习方法 1、 努力学习临床知识。 2、

认真学好超声专业知识。 勤实践，勤追踪，勤总结。3、 1

- 2 - 第 二 章 超 声 诊 断 物 理 基 础 第 一 节 超 声 波 的 性 质 一、超声波的性质 波：振动的传播称为波动，简称波。自然界常见有电磁波与机械波。 ＊ 电磁波：无线电波、可见光、X线等，可在真空中传播。 ＊ 机械波：机械振动在介质中的传播称机械波，如声波、水波、地震波等，只能在介质中传播。 声波属机械波，是指振动频率在20—2万Hz的机械波，在人的听阈范围内。 超声波属机械波，是指振动频率在2万Hz以上的机械波。超声诊断应用的是超声波的纵波。 超声波产生的基本条件： 1、产生超声波的振动源。 2、传播超声波的介质。 二、超声波的物理量 1、 周期（T）与频率（f）： 介质中质点自平衡位置往返一次（一次全振动）所需时间叫周期。 单位时间内质点完成全振动的次数叫频率。 2、 波长(λ)与声速（C）： 一个振动周期内振动传播的距离叫波长。 单位时间内超声波在介质中传播的距离叫声速。 声速、波长与频率的关系为： C=f·λ （经验公式：在人体软组织中λ＝1.5mm/ f） （1）不同频率的超声波在同一介质中声速相同，即介质中的声速只与介质的性质（弹性系数与密度）有关，与频率无关。例如，不同频率超声波在人体软组织平均声速为1540m/s。 （2）频率相同的超声波在不同介质中传播时其声速不同。 （3）在同一介质中，波长与频率成反比（C=f·λ），频率越高，波长越短。 3、 波幅： 质点离开平衡位置的最大距离叫波幅。波幅越大，波的能量越高。 4、 声强： 声强指在垂直于超声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的超声能量。还可理解为单位面积2上被照射的声功率。医学诊断用超声频率高，剂量小，平均声强控制在10-20mW/cm的范围内，最2高不超过100mW/cm。治疗用超声频率低，剂量大。 三、超声波的声场 声场：探头向前方辐射超声能量所到达的空间称声场，即介质中有超声波存在的区域。 声束:包括主瓣与旁瓣,声束随离开声源的距离增加而逐渐扩散。 近场：声束不扩散,呈狭窄的圆柱形，因此近场的指向性和横向分辨力高。 2L=d/4λ(L为近场区长度,d为换能器直径) 远场：声束扩散,横向与侧向分辨力下降,必须进行声束聚焦处理(几何聚焦、可变孔径、电子聚焦)。 扩散角SinQ=1.22λ/d 四、超声波的物理特性： 1、束射性（直线传播） 2、反射与折射 3、散射与绕射 4、衰减 5、多普勒效应 2

- 3 - 第二节 超 声 波 的 发 射 与 接 收 一、 压电效应：

压电晶体在机械应力的作用下,会在晶体表面产生电荷,反之，若对晶体施以交变电场，晶体也会产生应力变形，这种机械能与电能互相转变的现象称压电效应。前者称正压电效应，后者称逆压电效应。 二、超声波的发射和接收：电—声转换 1、 超声波的发射利用了逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将在厚度方向上产生胀缩变形，即振动。这个振动的晶片即成了超声波的声源，当振动频率超过2万Hz时即为超声波。 2、 超声波的接收利用了正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上时，相当于对其施加一外力，晶体表面将产生携带回声信息的微弱电信号，这种电信号经放大、处理后即能在显示器上以光点形式显示用于诊断的声像图。 三、

超声探头的基本结构和功能 结构：（1）压电晶体：产生压电效应，与发射及接收超声有关。目前常用压电陶瓷材料是锆钛酸铅。 （2）吸声背块（背材）：吸收背向辐射的超声，提高纵向分辨力。 （3）匹配层（面材）： A、导声作用（声阻抗匹配） B、保护电极与晶体。 2 声阻抗匹配条件：A、匹配层厚度d=1/4λ。 B、匹配层声阻抗Z= Z*Z。 213（4）聚焦件：在匹配层前方加聚焦件（几何、电子），使声束聚焦，从而提高横向分辨力。 （5）电极与电路： 功能：发射及接收超声波，起换能器作用。 四、探头的主要参量 1、 频率：一般在2—20MHz之间，低频探头适用于深部器官检查，高频探头适用于浅表器官检查。 2、 分辨力：包括时间分辨力、空间分辨力与对比分辨力。 A、时间分辨力：指帧频，腹部实时超声要求18cm深度时，帧频大于25帧/ s，心脏实时超声要求18cm深度时，帧频大于30帧/s。 B、空间分辨力：指超声探头能分辨空间相邻两个点之间最小距离的能力。包括纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。 纵向分辨力：超声探头能区分声束轴线上相邻两点之间最小距离的能力。与探头频率有关,探头频率越高,分辨力越高,理论上约λ/2,实际上3.5-5MHz探头纵向分辨力约1mm。 侧向分辨力：指声束扫描平面内垂直于声束方向(探头长轴方向)的分辨力,与声束宽度有关。3.0-3.5MHz探头侧向分辨力约2mm。 横向分辨力：指声束扫描平面的厚度方向上（探头短轴方向）的分辨力,与声束宽度有关。 C、对比分辨力：指灰阶级数（由白到黑的灰阶等级），现代超声仪一般256级。 3、 穿透力：超声在介质中传播时，能量不断衰减，到达一定深度时，不能产生可被接收的反射。能产生有效反射回声的传播距离，就是穿透力，与频率有关，频率越高，穿透力越低。 五、 探头的种类： 1、按扫描方式分：线阵、凸阵、扇扫（包括机械式与相控阵）、三维容积探头。 2、低频探头（2-5MHz）、高频探头（大于5 MHz）。 3、单频探头（一个中心工作频率）、宽频探头（工作频率范围宽,带宽系数大于0.5）、变频探头（频率可变，有二个或二个以上的中心工作频率）、宽频+变频。 六、 超声耦合剂的作用： 排除空气，增加透声，起导声作用。 要求超声偶合剂的声阻抗接近于人体软组织平均声阻抗。 3

- 4 - 第三节 超 声 波 的 传 播 一、几个重要概念————声阻抗、声强、介质与界面 1、 声阻抗：超声波在介质中传播时某点的声压与质点速度的复数比称声阻抗,它取决于介质的密度和弹性。声阻抗Z=ρc。（Z：声阻抗；ρ：介质的密度；c：介质中的声速） 2、 声强：指在垂直于超声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的超声能量。 3、 介质与界面：介质是超声波传播的载体。界面指声阻抗不同的两种介质的交界面。大界面(界面大于声束波长)产生反射，且反射强度与入射角有关。小界面(界面小于声束波长)产生散射与绕射。 二、声波的传播方向 超声的束射性（直线传播）是诊断用超声首要的物理特性，超声波在均匀介质中直线传播，在非均匀介质中将发生反射、折射、散射和衰减等现象。 三、反射、透射、折射 反射：超声波入射至两种声阻抗不同的介质中，部分或全部声能在其界面处返回到原介质中传播称反射,大界面的反射有非常显著的角度依赖性,入射角越小，反射越强，入射角越大，反射越弱。 透射：超声波穿过多层声阻抗不同的介质向深层传播称透射。 折射：指穿过大界面的透射波发生声束前进方向的改变。 声学研究表明：界面反射回声的强弱与界面两侧介质的声阻抗差有关，可用声强反射系数表示： 2 R=反射波声强/入射波声强=（Z—Z/Z+Z）2121 从上式可看出：两种介质在其界面处存在声阻抗差是界面反射的必要条件，是超声成像的基础。声阻抗差越大，超声反射越强，声阻抗差越小，超声反射越弱，二维超声就是根据超声反射强度进行灰阶编码（白-灰-黑）而成像。

1、两种介质的声阻抗差越大，反射越强，透射越弱。一般认为两种介质声阻抗有0.1%的差别，在其界面上就能发生反射，因此超声对软组织有较高的分辨力。但在固体—气体或液体—气体等声阻抗差很大的界面上超声几乎完全反射，难以透射，因而限制了超声在骨关节、颅脑、胃肠、肺的应用。 2、两种介质的声阻抗越接近,反射越少,透射越多，当Z=Z时，没有反射，只有透射。超声波在均匀介12质中传播就是如此。超声诊断常利用这一特性来鉴别病变的囊性、实性或被检结构的均匀性。

3、人体组织回声类型： （1）无反射型：介质的组织结构均匀，无声阻抗差，因而无反射，声像图上表现为无回声，如液体。

（2）少反射型：介质结构较均匀，声阻抗差较小，因而反射少且幅度低，声像图上表现为低回声，如人体软组织与实质性脏器。 （3）多反射型：介质结构复杂且不均匀，声阻抗差较大，因而反射多且幅度高，声像图上表现为高回声。在两种组织交界处或结构复杂且不均匀的组织多属此回声类型。 （4）全反射型：在软组织与含气性组织或骨骼的交界面，因声阻抗差极大，超声波几乎全部反射，而不透入第二介质，声像图上表现为强回声，后伴声影。 四、散射与绕射 散射：超声波与小界面微粒（d《λ）作用后,大部分声能继续向前传播，小部分声能激发微粒振动，形成新的点状波源,向各方向辐射声波,即散射。只有朝向探头的散射信号（背向散射）才会被探头接收到。人体组织器官的细微结构对超声波的散射是细微结构成像的基础。