1超声诊断原理与诊断基础

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1、- 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

2、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LX稳定的二维图像。D型：超声频移诊断法Doppler频谱、CDFI、CDE、DTI等，1983年曰本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

3、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23mm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

4、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）。!、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

5、波，是指振动频率在202万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、周期仃）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（入）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入（经验公式：在人体软组织中入=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

6、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。 频率相同的超声波在不同介质中传播时其声速不同。在同一介质中，波长与频率成反比（C=f入），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1O-20mW/cm的范围内，最2高不超过10OmW/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

7、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/4心为近场区长度,d为换能器直径）远场：性：、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 23 - 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

8、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、 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。 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

9、、匹配层厚度d=1/4入。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220MHz 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

10、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2,实际上35-5MHZ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。30-35MHz 探头侧向分辨力约 2mm。 横向分辨力：指声束扫描平面的厚C、对度方向上（探头短轴方向）的分辨力,与声束宽度有关。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

11、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

12、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=pc。（Z :声阻抗；p：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

13、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

14、（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

15、）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入）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

16、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。绕射（衍射）：如果介质中界面尺寸ds入，声波将绕过界面而 传播。 五、超声波的衰减 * 声衰减：指超声波在介质中传播 时入射声能随传播距离的增加而减少。 *衰减的原因： 1、反射与散射：超声在介质中被反射体反射或被散射体向四周散射 , 导致原传播方向上的声能衰减。 2、声束扩散：随超声传播距离增加，声束将向传播轴线侧向扩散，引起单位面积上声能减少。 4-5-3、吸收衰减：主要是由于介质内部的摩擦和非弹性碰撞而引起声能损耗，多转变成热能而消散。 * 衰减的程度：衰减的 程度与超声波的频率、传播距离、介质的结 构特性和温度有关。

17、1、超声频率越高，衰 减越快，传播距离越远，衰减越多。 2、介质的组织结构特性：A、组织内含水分越多，衰减越低，表现为后方声增强。B、液体中含蛋白成分越多或组织中含胶原和钙质越多 , 衰减越多。蛋白成分是人体组织声衰减的主 要因素（80%）。人体不同组织和液体成分衰减程度比较（由低到高）： 不同体液（尿、胆汁、 血液）、脂肪、实质脏器与肌肉、肌腱与软骨、 骨与钙化。 六、超声生物学效应与安全性： 超声波具有波动和能量的二重属性 ,在医学超 声中,波动属性使其成为探测与负载诊断信息 的载体；而作为一种能量形式 ,当超声波作用 于人体组织时,是可以产生生物效应的，即超 声能量超过一定剂量时 ,必然

18、会对人体组织产 生形态结构与功能的改变。产生生物效应的 物理机制有：热效应、机械效应、空化效应。 目前认为，空化效应是产生生物效应的非热 机制的主要表现形式,它是在强功率超声照射 下,局部组织产生压力增大与降低的交替变化, 液体“断裂”引起气体微泡的形成所致。 反应热效应与空化效应的显示参数：1、热指 数TI :指超声照射到某声学界面产生的实际 温升与界面温升1C。的比值。现认为TI 1.0无致伤性，一般脏器：.0；胎儿： 0.4,眼球：0.2。2、机械指数MI :指超声在驰 张期的负压峰值（ MP 数）与探头中心频率（MHz数）的平方根值的比值a。通常MI1.0认为无害，一般脏器：0；胎儿：

19、0.3,眼球：0.1。临床超声检查安全性原 则：1、尽可能采用最低的输出功率，尽可能 减少超声检查时间。2、超声 2 诊断人体脏器 最大声强（I空间峰值时间平均声强， mW/cm）:心脏430 ;周围血管720 ;眼球 17；SPTA 胎儿 94。对于胎儿及眼球需特别 注意。 第 三 章 超 声 诊 断 基 本 原 理 超 声诊断原理可概括为“脉冲-回波原理”,即探头 发射脉冲超声 ,超声经组织器官内的界面反射 或散射而形成回波信号（回声） ,回波信号在 脉冲间期被探头接收,由仪器计算出声束轴线 上各反射界面的深度与回声强度 ,并进行灰阶 编码，形成一条超声信息线 ,多条超声信息线 形成二维灰

20、阶图像。 1、超声成像的信息载 体超声波：超声波是振动频率在 2 万 Hz 以上的机械波，具有直线传播、反射与折射、 散射、绕射、衰减、 Doppler 效应等物理特 性。 2、超声波的发射：超声探头内的压电 晶体在高频交变电场的作用下产生振动，振 动频率超过 2 万 Hz 即为超声波（逆压电效 应）。探头将超声波以脉冲形式发射到人体内 3、超声波的传播：基于超声的束射性（直线*!1!传播），当在人体内传播的超声波遇到不同组 织和器官的声学界面时，将发生反射或散射， 形成回波信号（回声），其回声强度由界面的 声阻抗差决定。 2 R = 反射波声强/入射波 声强 = Z Z/Z+Z 21214、

21、超声波的接收： 携带信息的回声信号（即反射或背向散射信 号）作用于探头内的压电晶体，在晶体表面 产生微弱电信号（正压电效应），即探头将回 声信号接收并转化成电信号。 5、信号处理 与成像：上述微弱电信号经超声仪放大、处 理并按信号强弱进行灰阶编码 ,经扫描电路扫 描，由显示器显示为二维图像（声像图）。 6 声像图分析：观察分析声像图并结合临床资 料可对疾病作出诊断。第四章 超声检查 方法与诊断基础 第一节 超声检查方 法 一、 检查前病人准备 1、肝胆胰及腹膜后 检查：空腹，必要时饮水 400500ml 充盈 胃作为声窗。 5- 6 - 2、胃的检查：饮水或服胃造影剂，显示胃粘膜及胃腔。 3、

22、妇科与泌尿系检查： 充盈膀胱。经阴道超声检查不必充盈膀胱。二、仪器准备与调节 1、探头频率选择：原III则是在保证超声穿透力的前提下尽量选用频 率较高的探头,以提高图像分辨力。通常成人 腹部与心脏 3-3.5MHz； 浅表器官与外周血 管 5-10MHz 或更高。 婴幼儿心脏及腹部5.0MHz； 颅脑及肥胖者 2-2.5MHz。经阴道或直肠检查 5-10MHz 2、扫描方式选 择：心脏：扇形（机械扇扫与相控阵） 腹部 与妇产科：凸阵 浅表器官：线阵 3、显示 器对比度与亮度调节：设置好后，一般不调 节。 4、增益调节：包括总增益和时间增益控制（TGC）,原则是在图像清晰、亮度均匀的前提下尽量调

23、低。5、其他调节：深度、聚焦（包括焦点位置与数量 ）、动态范围（一般60-80dB） 、 扫描线密 度 、 声输 出、 帧频FR=C/2ND，C 介质声速， N 扫描线密度，D 扫描深度）附：动态范围Dynamic range：探头能接受的最大有用信号电压幅度（ A1）与最小有用信号电压幅度（A2）之间的差异,代表探头接受有用信号的能力。通常用对数 值 代 替 绝 对 值 表 示 ， 单 位 为dB,DR=20lgA1/A2。动态范围通常会影响图 像的细微分辨力，DR越宽的图像得到的回波 信号信息量更多，看起来图像比较平滑，图 像质量好，但 DR 大时，图像帧频会下降， DR 一般设置在 60

24、-80dB。 三、患者体位： 随需要而定，常用有仰卧位、侧卧位、俯卧 位、坐位或半坐位。 四、扫查方法： 1、连 续滑行扫查； 2、立体扇形扫查； 3、十字交 叉扫查；4、加压扫查；5、对比扫查； 扫 查原则：选择适当声窗，全面、连续、顺序 扫查，并配合体位与呼吸。 五、超声图像方 位识别：纵切面、横切面 第 二 节 超 声 伪 像 识 别 超声伪像是指超声显示的断层图像 与相应解剖断面之间存在的差异，它是由超 声本身的物理性质（反射、折射、散射、衰 减等）、仪器性能（发射、接收、处理）和检 查者操作等多种原因造成的非人体本身的声 像图附加成分。它可使声像图失真，造成漏 诊与误诊。另一方面，我

25、们也可利用某些特 征性的伪像诊断疾病。 常见超声伪像如下： 1、混响即多次反射，由声束垂直入射到 平整界面引起。 2、多次内部混响即振 铃效应，指超声在靶内来回反射，形成特征 性的彗星尾征。 3、厚度伪像即部分容积效应,由声束厚度引起。是该断层容积中一 定厚度范围内信息的叠加。 4、旁瓣伪像 由旁瓣反射造成，如狗耳征、披纱征。 声影强反射体或声衰减大的物体产生 有干净声影、模糊声影。 6、后方声增强 反射体声衰减很小。由深度增益补偿*（TGC或DGC）弓起。7、折射声超 声入射角超过临界角，产生全反射，因此在 界面之后产生声影，如侧边声影。 8、镜面 伪像：在大而光滑的界面上产生，如膈肌两 侧

26、的镜面伪像。 9、声速失真：超声成像假 设人体各组织声速均为 1540m/s 所致测量误 差。 10、棱镜伪像：第三节声像图分析方 法、诊断步骤与超声诊断报告书写 一、声像 图分析方法 * 声像图分析注意事项： 1、超 声诊断属形态学诊断，它通过对声像图作分 析，来间接推论疾病的大体病理解剖变化， 并结合临床，从而对疾病作出诊断。声像图 可以间接推论大体病理解剖变化，但不能等 同于病理解剖改变。 2、声像图分析不是简 单的看图说话，因为临床上同图异病与同病 异图的现象相当普遍，所以声像图必须在一定临床背景下才有诊断意义。 6- 7 -* 声像图分析内容如下： 1、形态与大小 2、边界回声 有无

27、边界；边界是否整齐，有无包膜；边界回声强弱。 3、内部回声 （1）回声强度：强回声（有声影）、高回声、等回声、低回声、弱回声、无回声。 （2）回声分布：均匀与不均匀。3）回声形态：回声光点粗细、形态。 （4）内部回声细节：4、后方回声 增强表示前方病灶声衰减少。减弱表示病灶为强反射或声衰减大，强反射体后方出现声影。 5、毗邻关系：观察病灶毗邻关系，判断解剖部位与来源。6、脏器功能状况与活动度。 7、血流分析与血流参数测定。 二、超声诊断的依据1、临床资料；2、声像图与CDFI特征；3、介入超声检查 三、超声诊断步骤 1、临床资料收集 （1）主要症状与体征2）病情发生发展经过及治疗情况 （3）既

28、往病史及治疗情况4）既往超声检查、其它影像检查及化验资料 2、超声检查：声像图与 CDFI 特征 3、超声诊断：超声特征与临床资料结合、鉴别诊断 1、临床资料与其它检查资料 2、声像图与 CDFI血流特征 3、动态观察情况 4、超声引导下介入穿刺活检 五、 超声诊断常用术语 1、根据回声强度命名：强回声（有声影）、高回声、等回声、低回声、弱回声、无回声。 2、根据回声形态特征描述： 点状回声、团状回声、斑片状回声、带状回声等。3、根据回声形态特征的形象化描述： 假肾征、牛眼征、双筒猎枪征、面团征、慧星尾征、同心圆征等。 六、超声诊断报告书写 1、真实性：用超声术语如实描述，不能掺杂主观臆断成分。 2、重点突出：对重点病灶重点描述。 3、 鉴别诊断：报 告描述中要体现出鉴别诊断要点。 4、 针对性应答：对临床医生希望了解的问题进行针对性回答。 5、 结合临床：结论部分 应结合临床，并尽可能定位、定性（物理性质或病理性质）。 6、谨慎性原则：对疑难病例不要妄下结论，应与临床医生共同研 究，以免误导临床医生。 7