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1,湖北医药学院第三临床学院 十堰市人民医院 白姣,超声医学总论,2,一、超声波的定义,3,一、超声波的定义,振源 介质 感受器,4,超声波 (ultrasound) 是声源 高速振动,频率很高,每秒次数 在 20000次(Hz) 以上,超过人的 听觉范围,不能被人感受的机械 波。,一、超声波的定义,5,二、超声与 压电晶体,6,二、超声与压电晶体,当在石英等晶体上施加压力时,晶体表面上即出现异名电荷。这种物理现象称压电效应 (piezoelectric effect)。,A B C,7,反之,如将此晶体置于交变电场时,则可发现晶体厚度有所改变,出现强烈的压缩或扩张。这种物理现象称逆压电效应,A B C,二、超声与压电晶体,8,三、超声波的 发射与接收,9,利用逆压电效应,诊断超声仪将 高频交流电压信号加在压电晶体上, 使晶体片推动周围介质使之振动,形 成疏密波,产生1-15MHz之超声波。,三、超声波的发射与接收,(一)超声发射 (transmit),10,当超声遇有声阻不同之界面而发 生的反射返回后,作用于压电晶体, 使晶体两侧产生异名电荷,经仪器接 收放大后,在示波屏上形成代表界面 反射强弱的光点与波幅。,三、超声波的发射与接收,(二)超声接收 (receive),11,12,四、有关声波的 几个物理量,13,单位时间内声波在介质中传播的 距离称声速。其传播速度在气体中较 小, 360 m/s左右;在液体和人体软组 织中较大,1500 m/s 左右;在固体中 最大,约为4500 m/s 左右。,(一)声速 (velocity of sound, c),四、有关声波的几个物理量,14,频率为单位时间内发射源 振动的次数,亦即超声波通过 介质中某点的疏密波的数目。,(二)频率 (frequency, f),四、有关声波的几个物理量,15,超声发射频率: 成人一般用2.25-3.5MHz 婴幼儿用5MHz 腔内超声用3.75-7MHz 皮肤与表浅器官超声频率为7-10MHz 冠脉内超声的频率可达20-30 MHz,四、有关声波的几个物理量,16,(三) 波长 (wavelength, ),指声波在传播过程中一个完整 周期内所通过的距离。,四、有关声波的几个物理量,17,波长,四、有关声波的几个物理量,18,波长、声速与频率之间有密 切的关系,可用公式表示:,声速 (c) 波长 () - 频率 (f),四、有关声波的几个物理量,19,五、超声波的 物理性能,20,五、超声波的物理性能,(一) 方向性 (指向性 direction),21,(二)反射(reflection)与 透射(transmission),五、超声波的物理性能,22,超声在传播中,经过两种不同介 质的界面时,一部分能量由界面处返 回第一介质,此即反射 (reflection)。 另一部分能量穿过界面,进入第二介 质,此即透射 (transmission)。,五、超声波的物理性能,23,反射与透射之总值不变,二者之 和与入射总能量相等,但反射之多少 则随界面前后介质的声阻 (acoustic impedance) 差异而有所不同。 设:Z为声阻,为密度,c为声速 则:声阻 (Z)密度 () X 声速 (c),五、超声波的物理性能,24,X,五、超声波的物理性能,25,反射系数之大小决定在界面处两 介质声阻之差。设 Z1为第一介质之声 阻,Z2为第二介质之声阻。以式表之: Z1 - Z2 声强反射系数 R1 = (-)2 Z1 + Z2,五、超声波的物理性能,26,大界面与界面反射 大界面指长度大于声束波长的界 面,入射声束垂直于大界面时,回声 反射强入射声束与大界面倾斜时,回 声反射减弱甚至消失。,五、超声波的物理性能,27,小界面与后散射 小界面指长度小于声束波长的界 面,声束遇红细胞时产生微弱的散射 波,散射波向四面八方分散能量,只 有朝向探头方向的散射(后散射,又称背向散射)才能被仪器检测到。,五、超声波的物理性能,28,(三) 吸收与衰减 (absorption & attenuation),当声波穿过介质时,由于 “内摩 擦 ” 或所谓 “粘滞性”,使声能被吸 收、 散射而逐渐减弱,声波的振幅 随之减低,此即衰减。,五、超声波的物理性能,29,吸收与衰减的多少和超声的 频率、介质的粘滞性、导热性、 温度及传播的距离等因素有密切 关系。,五、超声波的物理性能,30,频率低者穿透性好,透入较深,但分辨力较低 频率高者穿透性差,透入较浅,但分辨力较高,31,声能随着透入距离增加而减弱,32,五、超声波的物理性能,33,0.18,五、超声波的物理性能,34,组织、体液中蛋白成分尤其胶 原蛋白成分愈高, 钙质成分愈多, 衰减愈显著;反之, 组织、器官之 中水分含量愈多,衰减愈少。,五、超声波的物理性能,35,衰减程度的一般规律是: 骨 (或钙化) 软骨 肌腱 肝、肾组织 脂肪 血液 尿液 与胆汁。,五、超声波的物理性能,36,(四)分辨力 (Resolution),分辨力是指超声检查时能在荧光 屏上被分别显示为两点的最小间距。 依方向不同可分为纵深分辨力与横向 分辨力 (depth resolution and lateral resolution)。,五、超声波的物理性能,37,纵深分辨力 是指声束通过介 质中能被显示为 前后两点的最小 间距,高低与发 射脉冲宽度 (即 持续时间) 有关,五、超声波的物理性能,38,当发射脉冲 (持续时间)较宽, 超过两点的间距两倍时,由于第 一点与第二点回波相重叠,故在 荧光屏上相混成一长形光点。,五、超声波的物理性能,39,只有当脉冲宽度小于两点的 间距时,两点回波之间有一间隔, 才能在示波屏上形成两个独立的 光点。,五、超声波的物理性能,40,脉冲宽度大时纵深分辨力低;脉 冲宽度小时纵深分辨力高。又因频率 高者脉冲较窄,频率低者脉冲较宽, 故频率高低间接影响纵深分辨力。现 用2MHz者,其分辨力可达1mm左右。,五、超声波的物理性能,41,横向分辨力 乃指与声束相垂 直之界面上,能 在荧光屏上被分 别显示之左右两 点的距离,五、超声波的物理性能,42,横向分辨力大小与声束宽窄有密 切关系。当声束直径小于左右两点间 的距离时,此两点即可分别显示;而 大于左右两点间的距离时,则两个物 体合二为一,横向分辨力差,线条变 粗,图像模糊,常可导致误诊。,五、超声波的物理性能,43,探头频率越低,分辨力越低 探头频率越高,分辨力越高,44,除纵深和横向分辨力外,实际上 还有厚度分辨力。因为声束呈柱状, Y 轴指图像上的左右方向,另在 Z 轴 前后位上即图像的厚度也影响其分辨 力, 故 Z轴上声束粗者分辨力低,声 束细者分辨力高。,五、超声波的物理性能,45,此外超声检查时尚需注意时间 的分辨力问题。在M型曲线上时间 分辨力高低,决定于脉冲发射的频 率;在二维超声图像上时间分辨力 高低,决定于图像的帧数。,五、超声波的物理性能,46,(五) 多普勒效应 (Doppler effect),由于发射超声的声源或反射体之 间的相对运动,使反射回来声波频率 和发射声波频率之间出现差异(频移), 这种现象即多普勒效应。,五、超声波的物理性能,47,五、超声波的物理性能,48,六、超声的 生物学效应,49,超声在生物组织内传播过程中, 推动介质分子微粒发生高频机械振 荡,此即由于超声的能量传递或超 声的功率作用,使电能 (电功率)转 变为声能 (声功率)。,六、超声的生物学效应,50,声功率 (acoustic power): 单位时间内从超声探头内发出 的功率 (W) 声强 (intensity): 单位面积上的电功率 ( W/cm2 或 mW/cm2),六、超声的生物学效应,51,超声生物学效应及其产生机制: 1、由于组织的黏滞吸收效应使部分 声能转为热能 2、空化效应 3、使细胞、染色体畸变,器官受损 4、高强聚焦超声对生物组织的破坏,六、超声的生物学效应,52,诊断用超声的安全性和应用原则: 1、目前使用的超声成像装置的声功率 甚小,一般不产生有害的热效应 2、某些 Doppler 装置在无血流灌注的 实验条件下可能引起有一定影响的 生物学效应,六、超声的生物学效应,53,诊断用超声的安全性和应用原则: 3、尽可能采用最低的输出功率,缩 短扫描时间,对眼球和胎儿的检 查尤应注意 4、妊娠早期一般不宜进行超声检查, 彩色多普勒更应视为禁忌,六、超声的生物学效应,54,ISPPA: 空间峰值时间平均声强 ISPTA: 空间峰值脉冲平均声强 IM: 最大声强,六、超声的生物学效应,55,七、人体组织的 声学类型,56,七、人体组织声学类型,由于各个组织的密度和声速有所 不同,其声阻值也有差异。超声通过 声阻有差异的界面时,将发生反射。 根据反射多少,可将人体组织分为四 型:(一)无反射型、(二)少反射型、 (三)多反射型、(四)全反射型。,57,- 组织器官 密度(g/cm3) 声速(m/s) 声阻抗(105g/mm2s) - 生理盐水 1.002 1534 1.537 血液 1.055 1570 1.656 体液 0.9973 1495 1.492 大脑 1.038 1540 1.599 肝 1.050 1570 1.648 肌肉(均值) 1.074 1568 1.684 软组织(均值) 1.016 1500 1.590 脂肪 0.955 1476 1.410 骨骼 1.800 3380 6.084 肺和肠腔 0.00129 332 0.000428 内的气体 -,人体组织密度、声速及声阻抗数值表,七、人体组织声学类型,58,(一)无反射型,液体内无声阻明显差异之界面, 如假设有一界面,因其前后声阻值相 似,其反射系数为0或接近于0,超声 通过相应区域时无何反射。此乃液体 的特点,故称无回声区或液性暗区。,七、人体组织声学类型,59,60,61,(二)少反射型,超声经过结构比较均匀的实质组 织如肝脏、脾脏、甲状腺、睾丸等器 官和组织时,在相应区域即或有些界 面,但声阻差较小,回声较少,此即 少反射型或称低回声区。,七、人体组织声学类型,62,63,64,65,66,67,68,(三) 多反射型,超声经过结构杂乱的实质组织如 乳腺时,因结构复杂,界面甚多,其 前后声阻差大,故反射较多且强,光 点更为密集,回声强度亦大,此称多 反射型或谓高回声区。,七、人体组织声学类型,69,七、人体组织声学类型,70,71,72,73,74,75,七、人体组织声学类型,76,(四) 全反射型,在软组织与含气组织(如肺、肠腔) 交界处,界面前后声阻相差3000多倍, 反射系数达 99.9,接近于全部反射, 故不能透入第二介质,使界面后的组织 结构则无法显示,故称全反射型。,七、人体组织声学类型,77,七、人体组织声学类型,78,七、人体组织声学类型,79,八、超声伪像,80,伪像又称伪差(Artifact),超声成像中可出现多种形式的伪差。其成因多与超声的物理特性有关,有的与仪器设计性能及调节有关,有的与人体生理或病理等情况有关。,81,混响伪像(reverberations),镜面型大界面如其两侧声阻抗差别较大,而第一界面中物质的衰减甚小或厚度甚小时最易发生。,82,混响伪像(reverberations),83,多次内部混响 (multiple internal reverberations),超声在靶(target)内部来回反射,形成彗尾征(comet tail sign),利用子宫内彗尾征可以识别金属节育环的存在。,84,部分容积效应(partial volume effect),因声束宽度太宽,把邻近靶区结构的回声一并显示在声像图上。,85,旁瓣伪像(side lobe artifact),由超声束的旁瓣回声造成,在结石等强回声两侧出现,86,声影(acoustic shadow),有强反射或声衰减甚大的靶存在,使超声能量急剧减弱或消失, 致其后方没有超声到达,当然也检测不到回声,称为声影,声影可以 作为结石、钙化和骨骼等存在的诊断依据。,87,后方回声增强(enhancement of behind echo),当病灶或靶的声衰减甚小时,其后方回声将强于同等深度的周围回声,称为后方回声增强,囊肿和其他液性结构的后方会出现回声增强,可利用它作鉴别诊断。,88,折 射 声 影(refractive shadow),有时在球形结构的两侧壁后方会各出现一条细狭的声影,称为折射声影,这是因为超声折射,使后方有一小区失照射,没有回声所致,不可误为结石或钙化。,89,镜 面 伪 像,在良好平整的界面前方的靶,声像图上会在界面后方出现一个对称的虚像,切不可当它真的,90,THANK YOU VERY MUCH!,
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