简述超声诊断的物理基础课件

较高的频率提供了较小的声波间隔（波长），从而 产生较高的分辨率但穿透力较弱
侧向分辨率
侧向分辨率与扫描线的数量，探头的晶片数量及 探头类型及形状探头的透 镜的长度大小。
就象带有广角镜头照像机能拍出好的照片 一样，宽孔径的探头对目标有更好的侧向 解析力.
普勒频移的表达式为：
2vcosθ
当 f0=3MHz fR=3.005MHz
则 fd= fR—f0
=5000Hz =5kHz
fd＝fR—f0 ＝ ────f0
C
fd为多普勒频移；f0为入射频率；fR为反 射频率；c：声波速度，v：血流速度； θ：声波方向与血流方向夹角
所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音 发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所 以多普勒频移属于声波范畴。
频率与分辨率的关系
较高的发射频率产生较小的声波，即波长较短。 高频信号的回声能产生较小的信号点，更高的结 构分辨率，但其穿透力有限。
高分辨率超声需要高频探头。 低频信号波长较长，能穿透较深但分辨率较差。 低频是必要的，但与高分辨率相矛盾。
频率与分辨率的关系 轴向分辨 率
2.25 MHz
5.0 MHz
第一章 超声的物理基础
第三节 多普勒超声基础
由此可见：当血流流向换能器时，fd为正值(接收频率 高于发射频率)；当血流流离换能器时，fd为负值。当θ 角为π／2时，fd＝0。
频谱多普勒超声仪上常将正 频移设为正向波，负频移为负向 波；而彩色多普勒则将正频移设 为红色，负频移为蓝色。超声仪 将频移转换成速度的公式如下：
第二章 超声仪器
第二节 超声诊断仪的类型
其超声脉冲波的发射与接收均以一个探头进行， 它是在一选择性的时间延迟后，才开始接受回声信号。

40-100MHz 用于生物显微镜成像，对眼活组织表面 下的显微诊断。
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。

按波形分类
按检测方式分类
分为脉冲回声法、衍射时差法、共振 法等，不同的检测方式适用于不同的 检测对象和要求。
分为纵波、横波、表面波等，不同波 形适用于不同的检测目的和介质类型。
超声检测的应用领域
无损检测
对材料和部件进行非破坏性检测，如金属、 复合材料、陶瓷等。
工业检测
在工业生产过程中对产品进行检测，如焊接 质量、材料厚度等。
控制器
控制发射器和接收器的操作， 包括频率、脉冲宽度、增益等 参数的调节。
电源
为整个设备提供电能。
超声检测仪器的分类
按频率分类
可分为低频、中频和高频超声检测仪器。低频仪器主要用于材料厚度和材料内部缺陷的检测，高频仪器主要用于表面 和微观缺陷的检测。
按用途分类
可分为医用、工业用和科研用超声检测仪器。医用仪器主要用于人体内部器官和病变的检测，工业用仪器主要用于各 种材料的无损检测，科研用仪器主要用于科学研究和教学。
超声波的衰减特性
散射衰减
由于介质中存在不均匀分布的小颗粒或气泡等障碍物，超声波在传播过程中会发生散射现 象，导致能量衰减。散射衰减与声波频率的平方成正比。
吸收衰减
超声波在介质中传播时，会与介质发生相互作用，导致能量逐渐减少。吸收衰减与声波频 率和介质性质有关，随着频率的增加而增加。
其他衰减
除了散射衰减和吸收衰减外，超声波在传播过程中还可能受到其他因素的影响，如声波之 间的干涉、衍射等，这些因素也可能导致能量衰减。
利用高频超声波对物体进行微观层面的检测，可观察到物体内部的 细微结构。
05 超声检测标准与规范
国内外超声检测标准概述
国内超声检测标准
我国已经建立了一套完整的超声检测 标准体系，包括通用基础标准、方法 标准和产品标准等，为超声检测技术 的发展和应用提供了指导和规范。

超声诊断学
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超声医学 （ultrasonic medicine ）
超声医学（ultrasonic medicine）是利用超声波 的物理特性与人体器官、组织的声学特性相互作用
后得到诊断或治疗效果的一门学科。
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第一节 超声诊断基础知识
一 、 超声波与超声诊断原理
声波——物体的机械震动在介质（空气、水、固体等）的 传播过程中产生的纵波称为声波。（机械波） • 人耳听觉范围为 16-20000 Hz（赫兹、赫）。
1.方向性（束射性）
2.反射、折射
3.衍射、散射 • 回声反射的强弱由界面两侧介质的声阻抗差决定。
• 声阻抗相差甚大的两种组织（即介质，medium），相邻构成的
4.吸收衰减特性 界面，反射率甚大，几乎可把超声的能量全部反射回来，不再向
深部透射。例如骨骼 — 软组织界面，可阻挡超声向深层穿透。
5.多普勒 ( Doppler ) 效应 • 反之，声阻抗相差较小的两种介质相邻构成的界面，反射率较小， 超声在界面上一小部分被反射，大部分透射到人体的深层，并在
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• 声影：声束遇有强反射或声衰减很大的物体时， 其后方出现超声不能达到的区域，形成与声束方 向一致的条状无回声区，称为声影。常见于结石、 骨骼及钙化灶后方。
• 牛眼征(bull’s eye)：团块边缘呈低回声，中心 回声增强，并于增强区内出现光点稀少的暗区， 形似牛眼。常见于转移性肝癌。
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人体不同组织回声强度顺序
• 肾中央区（肾窦）＞胰腺＞肝、脾实质＞肾皮质 ＞肾髓质（肾锥体）＞血液＞胆汁和尿液。
• 正常肺（胸膜--肺）、软组织--骨骼界面的回声 最强；软骨回声很低，甚至接近于无回声。

换能器 监视器
超声的模式
Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8
Line
1 2 3 4 5 6 7 8
3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。 Transducer Transducer Transducer Transducer
•
•
电子扫描方式
探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进 行聚焦。
－线阵：用于小器官、血管及术中。 －凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点： • 孔径大 • 近场视野宽 • 旁瓣影响小 特点： • 近、远场视野宽
－相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。
记录设备
探头
DSC
数字扫描转换器
录像机
打印机
彩色打印机
存储
硬盘、磁光盘 图象档案管理
1. 聚焦
名词解释
透镜
聚焦
发散
许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的 区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。
超声系统的几种聚焦方式： －只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频 －发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低 常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF） 动态接收聚焦
• 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)
在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。

多普勒频移的表达公式为： fd＝fR－f0＝±2Vcosθf0/C。
在公式中fd为多普勒频移， fR为反射频率，f0为入射频 率，V为反射物体运动速度， C为声速，θ为运动方向与入 射波之间的夹角。
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频谱多普勒的应用
多普勒超声利用活动的目标产生频移，再从频移计算出运 动的速度。其中必须作角度的校正，否则，计算出的流速 全无意义， θ 角必须在60度以下，否则，即使作角度校正 其测值的可信度不高。
上式中由于声速不变，故频率和波长成反比。频率越高， 波长越短，穿透力越差，但分辨力越高，适合于浅表器官 的探查。频率越低，波长越长，分辨力越低，但穿透力越 好，适合于心脏等深部脏器的探查。
频率为单位时间内质点振动的次数，一般以每秒振动次数 表示，以Hz为单位，每秒振动一次为1Hz。
声速为单位时间波动传播的距离，常用单位为m/s。 人体软组织平均声速为：1540m/s，或近似于是1500m/s。 波长为两个相邻振动波峰间的距离，常用单位为m。
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声波的特性－衍射
衍射：当障碍物的直径等于或 小于λ／2，超声波将绕过该障 碍物而继续前进，反射很少， 这种现象称为衍射或绕射。
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声阻抗（impedance）
声阻抗（z）——指阻挡声波在介质中传播的力。公式： z = c · ρ c ——声速 ρ——介质的密度 可见声速越快，介质密度越高，声阻 抗越大。 超声波在界面上反射的大小与界面两边介质的声阻抗差及超声波的入 射角有关，人体软组织的声阻抗差异很小，只要有1‰。的声阻抗差， 便可产生反射。 通过接收反射和散射产生的回波，从而获得人体组织各层界面的位置、 形态及组织内部结构的信息，分析其特征及规律，可判断组织或脏器 病变的物理特征（如囊性、实性及囊实混合性），从而作出诊断。

实时动态显示
取得的信息量丰富
能发挥管腔造影功能，不需造影剂可显示管腔结构
能取得各个方位的切面图像
能准确判定各种心血管畸形的病变性质和部位
功能检测：可检测心脏功能，胆囊收缩功能和胃排空功能
可对病变进行动态随访观察
可以快速获得结果
超声诊断的基础和原理
第一节 诊断超声的物理特性
汇报时间：12月20日
Annual Work Summary Report
全反射(total reflection)如第二介质声速大于第一介质，当 入射角大于临界角时，折射声束完全返回第一介质，称全反射。全反射时不能使声束进入第二介质，该区因失照射而出现折射声影,。
折射（refraction）由于人体各种组织、脏器中的声速不同， 声束在经过这些组织的大界面时，产生声束前进方向的改变，称为折射。
6后壁增强效应（posterial wall enhancement effect）：在常规DGC（depth gain complement）系统下所发生的图象显示效应。当液性区声衰减特别小时，后壁因“过补偿”而回声增强。 常见于：囊肿，脓肿，有些小肿瘤。 后方回声增强
7声影（acoustic shadow）：常规DGC调节下，组织或病灶后方低弱或无回声区。 常见于： 高反射系数物体（如气体） 高吸收系数物体（如骨骼、结石、瘢痕）
脉冲回声式
A型(amplitude modulation)振幅调制: 以探头接收到的反射超声脉冲信号的幅度为纵坐标，而以超声脉冲的传播时间为横坐标的一种显示方式 超声诊断仪的显示方式主要有2类5型 脉冲回声式：A、B、M 差频回声式：D型、 D型彩色描绘
B型（brightness modulation）辉度调制型。将单条声束传播途径中遇到的各个界面所产生的一系列散射和反射回声，在示波屏时间轴上以光点的辉度表达

• 3、彩色血流成像可实时显示人体各 部位及脏器的血流特性，具有形象逼真、 简便、特异性的独特优越性。
• 4、成像速度快，可实时观察运动的 脏器，特别是对心脏活动规律以及瓣膜 病变可以一目了然。
• 5、超声诊断的一个突出优点是副作 用小，连续、重复检查对受检者和操作 者都是安全的，是一种无创性的检测成 像方式。
超声医学是超声成像用于临床诊断及治疗人 体疾病的影像学科。超声诊断在临床应用中， 具有自身的特点和价值。
• 1、采用脉冲方式工作，在发射一束超声脉 冲瞬间之后，有很长一段时间可用于接收、处 理回声信号，所接受的弱回声可为发送信号的 数万分之一，所以这种脉冲反射（或散射）法 灵敏度很高。
• 2、超声对软组织有很高的分辨力。因为超 声通过仅有千分之一的声阻抗差异的组织界面 就有回声反射，所以对人体内部不同的软组织 分辨力很高。近年来迅速发展的自然组织谐波 检测技术更进一步提高了细微分辨力。
c=f·λ或λ=c/f，传播超声波的媒介物质叫做
介质，不同频率的超声波在相同介质中传
播时，声速基本相同。在人体软组织中声
速约为1540m/s。
•
3、相同频率的超声波在不同介质中
传播，声速不同，人体软组织中超声波速
度总体差异约为5%。利用超声法进行测距 误差也是5%左右。
•
4、超声波与声波相同，必须通过弹性介
质进行传播，传播方式为纵波（疏密波），遇
到不同声阻的分界面会产生反射、折射、绕射、
散射以及在不同介质中分别具有不同的声速和
不同的衰减等。
•
5、超声伪像（伪差）——是指超声显示
的断层图像与其声像图中回声信息特殊的增添、
减少或失真。伪像在声像图中十分常见。任何
先进的现代超声诊断仪均无例外，只是伪像在

超声治疗学
利用超声诊断仪对人体器官疾 病进行治疗的一门学科
超声工程技术
就是对医用超声设备的研制 和超声生物医学基础的研究的一门学科
起源和发展
在国外 1942年奥地利的 KT Dussik医生使
用A型超声装置用穿透法探测颅脑—称为 示波诊断法(A型超声诊断法)
1952年美国 D H Howry和Bliss两位 医生开始研究用超声显像法对人体疾病进 行诊断—称为超声显像诊断法亦称(B型超 声诊断法)
A.M型超声诊断法； B.A型超声诊断法； C. D型超声诊断法；
D. B型超声诊断法； E.C型超声诊断法； 二、是非题
1、正压电效应发射超声波。 （ ） 2、超声波频率升高，分辩率增加，穿透性下降。 （ ）
本次课重点内容：
1:掌握超声诊断的概念; 2:掌握超声波的基本特性和超声诊断的基本 原理； 3:掌握人体组织的声学分型; ４:熟悉超声诊断的基本方法及其临床运用价
A：心脏—是否长大、有无房缺或室缺等。
B：腹部血管—动脉系：AO、HA、SPA、KA、 SMA、GIA、UTA等;静脉系：IVC、PV、SPV、 SMV、HV、KV、GIV等
显示肾动静脉能量图
正常腹主动脉
C：外周血管—颈血管〔CCA、HA、BA、 ICV等〕;四肢血管〔CFA、V,SFA、V,PA、 V,PTA、V,ATA、V,等〕
〔囊性、实性或囊实混合性〕,根据这些声像特性再结 合临床表现及其它辅助检查结果作出良、恶性的判断。
图1-4
鼻骨旁囊肿
右肝实质性肿瘤 (右肝癌)
图2
实性 低回 声反 射
图4
液性暗区
甲状腺 囊腺瘤
4：检测胸、腹腔及其它腔隙有否积液。
如：胸腔、腹腔、盆腔、心包腔、睾丸及精索鞘膜 腔、关节腔等