超声诊断学讲义

超

声

诊

断

学

讲

第一章 超声诊断的成像原理与应用 目的要求:

1.掌握超声诊断的成像原理。

2.了解超声影像技术的发展动态及其在医学影像技术中的地位。 （教材：《医学影像学》第六版13-17页）

医学影像诊断学（medical imageology）是一门新兴的医学诊断技术，它包括超声显像、普通X线诊断、X线电子计算机体层成像(CT)、核素成像、磁共振成像(MRI)等。超声诊断学以电子学与医学工程学的最新成就和解剖学、病理学等形态学为基础，并与临床医学密切

结合，既可非侵入性地获得活性器官和组织的精细大体断层解剖图像和观察大体病理形态学改变，亦可使用介入性超声或腔内超声探头深入人体内获得超声图像，从而使一些疾病得到早期诊断。目前超声诊断已成为一门成熟的学科，在临床诊断与治疗决策上发挥着重要作用。

第一节 超声成像的物理基础

1. 基本概念：

1.1超声：超声（ultrasound）是指振动频率每秒在20 000次（单位是赫兹，Herze Hz）

以上，超过人耳听觉范围的声波。

1.2超声成像：超声成像（ultrasonography，USG）是利用超声波的物理特性和人体器官组

织声学特性相互作用后产生的信息，经信息处理后形成图像的成像技术，借此进行疾病诊断的检查方法。

1.3声源：声源（acoustic source）是能发声的物体。振动是产生声波的根源。在超声成

像中，探头晶片振动即产生超声波，所以探头晶片就是声源。

1.4声场：超声振动波及的范围。

1.5介质：气体（空气），或液体，或固体，是传播声音的媒介物称为介质。

1.6均匀介质：声场内介质声阻抗一致。

1.7非均匀介质：声场内介质声阻抗不相等。

1.8界面：两种不同声阻抗物体的接触面。

1.9界面反射：超声在非均匀介质中传播时，从一种介质进入另一种介质，即通过界面时，

就有反射。

1.10大界面：界面尺寸大于超声束直径。（入射超声遇到大界面时，呈镜面反射模式）。

1.11小界面：界面尺寸小于超声束直径。（入射超声遇到小界面时，呈散射模式）。

2. 超声的物理特性：

2.1超声波的物理量:

2.1.1超声波的基本物理量:

超声和一切声波一样，具有频率（f）、声速（c）、和波长（λ）三个物理量，三者之间的关系可用下列公式表示：c=f·λ。

①频率(f)：单位时间内质点振动的次数，一般以每秒振动次数表示，单位为赫兹（Herze，Hz），每秒振动1次为1Hz。

②声速（c）：单位时间内声波在介质中传播的距离，常用单位为m/s或cm/s。人体软组织平均声速为：1540m/s，或近似于是1500m/s。

③波长（λ）：声波传播过程中相邻的两个周期中，对应点的距离或相邻的两个波峰或波谷间的距离。

2.1.2声阻抗：

声阻抗（Acoustic impedance） 是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量，其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度C的乘积所决定，即： Z=ρ·C ，单位为Kg／m2·s。超声显像时回声水平的强弱取决于构成界面的各种组织之间声阻抗值的大小。差值越大，回声水平越强，否则相反。

2.2超声波的主要物理特性：

2.2.1束射性或指向性：

由于超声波频率很高，波长很短，故在介质中呈直线传播，具有良好的束射性或指向性。从声源发出的超声波最近的一段声束几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。扩散的声束与平行声束间形成的夹角叫做扩散角（θ）。因而超声成像中多使用聚焦式声束，以提高成像质量。

2.2.2反射、折射和散射：

①反射、折射：当声波从一种介质向另一种传播时，如果两者的声阻抗不同，就会在其分界面上产生反射和折射现象，使一部分能量返回第一种介质。另一部分能量，穿过界面进入第二种介质，继续向前传播。当两种不同介质的声阻抗差大于0.1℅时，便能产生超声反射。

②散射：如果界面的尺寸小于声束的直径，为小界面。入射超声遇到小界面时，发生散射现象。

③绕射：声波在传播过程中，如遇到直径小于超声半个波长的障碍时，其声波会绕过障碍物而继续传播为绕射。如障碍物直径比波长的1/2小，则绕射现象更为明显。所以，诊断用的超声波仪器，常规要求对探测的对象加以选探，以使波长较被探测对象小很多，使绕身现象不显著或很小发生，从而提高分辨率。

2.2.3吸收与衰减：

质点振动在介质中传播时，引起能量的传播。随着传播距离的增加、质点振动的振幅逐渐减少，亦即超声能量逐渐减弱。此种现象称为超声的衰减（attenuation）。

衰减的程度与介质的性质密切相关。恶性肿瘤 ＞一般病理组织，一般病理组织 ＞正常组织，实质性组织 ＞液体。

超声诊断仪有TGC装置，目的是补偿超声传播时能量的衰减。

2.2.4多普勒效应：

当声源和介质界面发生相对运动时，介质接收到的频率与声源的固有频率之间会产生一定差异（频移），这种现象称为多普勒效应（Doppler effect）。

关系式为：fd＝｜fr－ft｜＝＋2v·frcosθ/c，式中：fd为频移，ft为入射超声频率，fr为反射超声频率，v为反射界面运动的速度，c为超声在介质中的声速，cosθ为反射界面运动方向与入射声束方向间的角度。

如界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离探头运动，则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。

心壁、血管壁、瓣膜等的运动和血液（主要是红细胞）的流动均可引起多普勒效应。 声阻抗特性、声衰减特性和多普勒效应是超声成像的最基本的物理特性。

2.2.5非线性传播：

在传统的超声成像过程中，由于超声成像的反射波频率与发射波频率相同，反射波的强度也随发射波的强度呈正比例地增加或减少，即两者间呈一种线性关系。实际上，超声波在组织中传播时呈非线性传播。超声波在组织中传播时形成压缩区和稀疏区，前者压力高，后者压力低，两者间的压力差引起超声波传播速度的改变。这种声波传播过程中各点的传播速度不同导致波形逐渐畸变并导致谐波的产生。因此，在介质中传播的超声波除了与发射频率一样的超声波（称为基波）以外，还含有整倍于（2倍、3倍等 ）基波频率的波，后者称为谐波（harmonics）。谐波的次数越高，频率越高，组织中衰减越大，振幅也越小，故目前可用于超声成像的多为二次谐波。这种接收和利用由超声波非线性传播所产生的二次谐波信号进行超声成像的技术叫二次谐波成像。如利用人体组织来源的二次谐波进行成像，叫自然组织谐波成像（native tissue harmonic imaging）；如利用声学对比剂来源的二次谐波进行成像，则称为对比剂谐波成像，或简称为二次谐波成像（second harmonic imaging）。

3. 超声波的产生：

3.1逆压电效应：电能→声能。

3.2正压电效应：声能→电能。

4.超声诊断仪的基本结构及超声仪器的主要类型：

4.1超声诊断仪的基本结构：

超声诊断仪器最基本的结构可分为I、II、III、IV 四个部分：I 产生高频脉冲交变电压；II 俗称探头，发射超声并接受超声；III为回声信息的接收、处理部分；IV 为显示器，显示回声信息。

4.2 超声仪器的主要类型

4.2.1 A型：

机理：以波幅变化反映回声情况。特点：一维波形图，不直观。用途：鉴别液、实性包块，测距。

4.2.2 B型：

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