B超基础知识

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. B超基础知识

医用超声诊断仪是将声纳原理、雷达技术、电子技术三者相结合而研制生产的设备，主要应用在临床诊

断中，其基本原理是将一束高频超声脉冲发射到生物体内，再接收来自生物体内各组织之间界面处反射

的回波，经放大、处理、显示，可观察内脏器官的形状、大小、及各器官的相互位置、器官的活动以及

器官内的异物等，从而判断器官的是否正常。随着科学技术的发展，越来越多的高新技术应用于这种设

备的研究制造中，因此，超声诊断仪的发展也由起初的一维超声扫描及其显示方式发展为二维甚至三维

的超声扫描和显示方式，大大增加了回波信息量，使生物体内的病灶清晰、易辨，在临床上被越来越广

泛地应用在各科门诊的诊断检查方法中，成为与X-CT、同位素扫描、核磁共振并列的四大医学成像技术

之一。其中超声成象因为具有以下三个特点：①超声波为非电离辐射，在诊断用功率范围内对人体无伤

害，可经常性地反复使用；②超声波对软组织的鉴别力较高，在对软组织疾患诊断时具有优势；③超声

成象仪器使用方便、价格便宜，使得医学超声成象具有强大的生命力和发展前途，是其他成象技术所无

法替代的现代诊断技术。

超声诊断仪类型

超声波在医学方面，除了用于治疗和手术外，主要是用于临床诊断。在诊断学方面，现有的医学超声技术可以分为两大类：即基于回波扫描技术和基于多谱勒频移原理的超声诊断技术。

基于回波技术的超声诊断技术的基本原理是利用超声波在组织界面处产生的反射回波形成的图象或信号来诊断疾病。这种技术主要用于解剖学范畴的检测和诊断，目的是了解器官的形态学和组织方面的

状况与变化，比如检测体内异物和肿瘤，检查器官的形状及大小变化等等。回波扫描诊断技术一般按显

示回波的方式分为如下五类型：①A型：即将回波以波形的形式显示出来，其纵坐标为回波幅度，用以

表示回波的强弱；横坐标为回波接收的时间，该时间与产生回波的组织界面相关。②B型：即将回波信

号用点的形式显示在显示器上，光点的灰度与回波强弱成正比，为辉度调制型。当探头上的传感器阵元

以不同方式移动扫查时，可以形成二维图象。③C型：此为透射式扫查方式，可获得有关被测组织的声

速和衰减等信息。④M型：此法是在辉度调制型中加入一个慢扫查锯齿波，从而使回波点从左到右自动

扫描。显示的横坐标为慢扫描时间，纵坐标为声波传播时间（即对应于检测深度位置）⑤F型：此法为

用多个切面图象构造一个曲面的成象形式。除了单一形式外，还有复合型诊断仪，即综合采用上述几种

方式成象，目前，回波扫描技术已大量用于对肝、脾、胃、肾、胆、甲状腺、乳腺、眼球、子宫、卵巢、

胸腔、肺、半月板、脑、心包等多种脏器官的诊查之中。

基于多普勒频移原理的超声诊断技术的基本原理是：利用运动物体反射声波时造成的频率偏移现象来获取人体的运动信息。这种技术主要用于了解体内器官的功能状况及血液动力学方面的生理病理状况，

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. 如用于测定血液流速、心脏运动状况及血管是否存在栓塞等。目前，超声多普勒技术主要用于心血管疾

病的诊断中。

在诊断学方面，基于探测深度和分辨率两个方面的综合考虑，一般采用的频率为1MHz~15MHz。低频主要用于深部组织和器官的诊查，而高频则用于眼科等表浅部位的诊查。同时，为了避免产生生物

效应，诊断用的超声波的功率一般在1mW/cm2~10m W/cm2。在诊断学方面如何提高成象分辨率，寻求

可定量表征特异性病变的成象特征量为目前研究发展B超所需探索的目标。

第二节工作原理及基本结构

一、工作原理

二、B型超声诊断仪是目前临床上最广泛使用的一类超声成象装置。B型又称为B-Mode，其中B为英

文brightness的字头，用此表征B型成象是以辉度来表征回波的大小的。正是由于用辉度取代了幅

度，B型可用一条线的不同辉度来表征A型的一系列回波及其幅度值。因此采用扫描的方式获取组

织内部某一断面上多个扫描线上的回波并显示在对应的平面上，即组成了一幅组织内某剖面的回波

二维图像。因此，B-Mode是一种二维超声成象装置。具体说明如下：

B型线性超声诊断仪是在A型诊断仪的基础上发展起来的，A型是用单探头，而B型线性超声诊断仪是用多个晶体组成的探头，按不同的组合分组使用。B型线性超声诊断仪的每组晶体单独使用时，完全类似于A型单探头的情况；而各组晶体在电子开关的控制下，有次序地排列工作，类似

A型超生中单探头的移动过程，这样就由A型中单探头扫查一条线变为线性超声设备中迅速的发射一排超声线束来扫查一个面，从而由一维图像变为二维图像。在A型中，反射信号的情况通过信号

的波形显示出来，而B型超声设备中反射信号的强弱通过荧光屏中每个像素的亮度显示出来，从而

使在扫查的断层面中把组织的分布情况和性质对应地显示出有灰阶（或辉度）变化的超声图像上。

虽然B型线性超声诊断仪与A型相比在原理上是简单的，但是完成从A型向B型的过渡在技术上是

很复杂，采用了较多的新技术和新工艺。如图2-2-1所示。

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. 二、基本结构

B型线性超声诊断仪主要由以下几个部分组成：探头、发射／接收单元、数字扫描转换器、显示照像记录系统、面板控制系统、键盘和电源装置等，如图2-2-2所示．

图2-2-2 B型线性超声诊断仪结构图

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. 一、面板控制单元

对仪器面板上的各种旋钮、开关、操作杆等的状态实施编码，并将编码信号送至发射／接收单元和数字

扫描转换器，其中包括进出深度增益控制信号（或称距离时间控制）到发射／接收单元以控制放大器的

放大倍数，从而补偿超声能量在传播过程中随距离的衰减。

二、发射／接收单元

通过探头发送和接收超声波信号，并对发射和接收的超声波信号实施电子聚焦和多点聚焦的控制；同时

对探头中的多个晶体实施电子开关控制，从而实现超声束的扫描。从探头接收的超声回波信号在该单元

中进行放大、检波和各种预处理，然后送到数字扫描转换器。

三、数字扫描转换器

把从发射／接收单元进入的超声回波信号首先进行A/D转换（即模拟／数字转换）变成数字信号，并予

以存贮和完成各项后处理的功能，所有将要显示的信号，例如回波信号，键盘的字符信号和人体标志符

号等，都在转换器中完成D/A转换，最后混合变为合成的视频信号送入监视、照像、记录系统。

四、监视、照相、记录系统

是操作人员用来观察超声断层图像和各种相关信息，并对有价值的图像进行拍照和记录的系统。监视和

照像分别使用两个略有不同的TV监视器，照像部分一般配备通用135相机或一次性的波拉相机，记录部分使用特殊功能的纸记录装置或彩色视频打印机。

五、电源部分

提供直流电压供各单元使用。

六、探头

是由多晶片（阵元）排列构成的长条状探头。探头一般宽度为1cm、长度为10～15cm，探头中的晶片

个数一般在64—128只范围内；晶片的尺寸随使用的超声频率不同而不同；晶片之间不但有良好的电绝

缘，同时尽可能作到完全的声隔离。为此在制造工艺上一般采用光刻的方法，在一个大晶片上刻制成相

互分离的多个晶片。晶片后面附以吸声材料，用以吸收反向辐射的能量；晶片的前面（接触人体部分）

用透声材料做成声透镜，在长条状探头的短轴方向形成声聚焦。每个阵元都是独立的，在长条状探头的

长轴方向，用电子延迟线技术形成电子聚焦和多点聚焦，从而提高B型线性超声诊断仪的空间分辨率。

(一) 超声波的产生和类型

物体的机械振动是产生波的源泉.波的频率取决于物体振动频率.振动频率在20—2×104Hz范围内的波,为人耳可听及的声波.2×104Hz—108Hz之间的波为超声波. 108Hz—1012Hz之间的波为特超声波.超声

和声的物理特性在本质上都是一致的,两者都是机械波.它是由介质中的质点受到机械力的作用而发生周

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. 期性振动而产生的.

1. 根据质点振动方式和声波传播方法分类:

①纵波介质中的质点受到拉应力和压应力的作用而振动,以质点疏密相间的形式传递能量,声波传播方向与质点振动方向相一致.这种振动和传播方式的波称为纵波.见图3-1-7-1.

②横波弹性介质中质点受到剪切力的作用而振动,以质点产生的相对横向位移,而出现波峰和波谷的

形式传递能量,其振动方向与声波传播方向垂直；这种切变振动和相垂直传播方式的波，称为横波，叉可

称为切变波．见图3-1—7-2.

横波只能在具有剪切弹性的固体中传播,它在生物组织内具有很大的衰减，因此横波无法为医学诊断采

用．人体软组织是纵波适合传播的媒质，因此，医学上正是利用了纵波这种性质作为医学诊断．

2．根据声波在弹性媒质中传播时，质点的振动状态分类可分为平面波、球面波和柱面波：

①平面波：波阵面为一平行平面的波,称为平面波．

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. ②球面波：波阵面为同心球面的波,称为球面波．

③柱面波：波阵面为同轴柱面的波,称为柱面波．

声速

声波在媒质中传播时，单位时间声波传播的距离叫做波速。它的大小由媒质的性质所决定；与媒质的

密度和弹性模量有关，单位为m/s，常用字母c来表示。对于纵向传播的平面波，其声速为：

Ｃ＝（3-1-7-1）

式中是介质密度，是介负的体积弹性模量．对于水介质来说, ＝１g/cm3,

=2.19x1010达因/cm2，所以超声在水中的声速为1480ｍ／s，在脂肪中传播声速为

1450 ｍ／s，在体液中为1496 ｍ／s，在人体中传播的平均声速为1540 ｍ／s．

２．周期、频率、波长

质点在其平衡位置来回振动一次所需要的时间，称为质点振动周期，符号为Ｔ，单位

为ｓ．

在介质中，单位时间内通过的波数，称为声波频率．符号为ｆ，单位为Ｈz．

在一个周期内，波传播的距离称为波长，符号为λ,单位为ｍ．

超声波的声速又称为波速,它与波长、频率三者的关系是:

C=λ.f 或 f=C/λ或λ= C/f (3-1-7-2)

当超声波的频率一定时,声速(波速)越低,波长越小.

超声波的频率自20kHz到100MHz,频率范围很广,如果包括特超声波,其频率范围更广;

表 3-1-7-1 频率 MHz 1 2 2.5 3.0 3.5 5.0 7.5 10 15 波长 mm 1.5 0.75 0.6 0.5 0.43 0.3 0.2 0.15 0.1 周期μｓ 1 0.5 0.4 0.33 0.29 0.2 0.13 0.1 0.06 极限分辨力mm 0.75 0.75 0.3 0.25 0.22 0.15 0.1 0.075 0.05