US安徽中醫學院第一附屬醫院超聲科伍宏兵超聲診斷學10/18/20231概論影像診斷五大影像技術：X線超聲診斷（US）電子計算機體層掃描（CT）磁共振成像（MRI）放射性核素掃描（SPECT、PET）10/18/20232概論影像診斷超聲診斷—現代醫學影像診斷技術之一CTUSMRIPET10/18/20233超聲診斷定義

超聲診斷是利用超聲波的物理特性來探查人體組織器官以獲取組織器官的大小形態、內部結構、比鄰關系以及部分器官的生理功能等信息來診斷疾病。10/18/20234超聲診斷的優勢1、能夠提供高清晰的實時動態圖像，直觀性強。它既能顯示內臟器官的斷面解剖結構圖，又能反映心臟和血管系統、消化系統、泌尿系統及宮內胎兒等的許多重要生理功能。10/18/20235超聲診斷的優勢2、彩色多普勒的問世作為超聲發展史的一個里程碑，被譽為“無創性心血管造影技術”，對心血管疾病的診斷起了重要作用。10/18/202363、超聲檢查無損傷、無痛苦，無輻射，屬無創性檢查方法，患者易接受。4、能多角度、多切面進行掃查，圖像直觀。5、超聲檢查可通過不同的途徑如：經腹壁、經體腔、術中、床旁探查等，因而進一步拓寬了臨床應用范圍。6、操作簡便，準確，價格低廉。超聲診斷的優勢10/18/20237超聲診斷的優勢7、介入性超聲診斷及超聲治療已取得了可喜的成績，微創、安全。10/18/20238超聲診斷缺點及不足1、圖像不如CT、MRI清晰。2、超聲穿透力差，易受氣體、肥胖等因素影響。3、操作手法技巧以及識別圖像的能力，個體差異較大。4、臨床醫師不易獨立閱讀超聲圖片。10/18/20239一聲波的定義(definition)聲源：聲帶、鼓面媒介：空氣、人體組織接收器：鼓膜、換能器分類：縱波、橫波物體的機械性振動在媒介中傳播,且引起人耳感覺的波動為聲波，聲波的頻率范圍為：20～20000Hz；凡振動的頻率＞20000Hz、人耳不能分辨的的聲波就叫超聲波。超聲波在媒介中以縱波的形式傳導。第一章超聲診斷的物理基礎10/18/202310頻率(frequency)定義：聲源每秒鐘振動的次數為頻率(f),單位為赫茲（Hz）。

＜20Hz：次聲波20～20000Hz：可聞波

＞20000Hz：超聲波

醫學常用為：2～10MHz第1章超聲的物理基礎超聲的頻率越高，分辨率越好，穿透率越差。臨床可根據不同的需要配置不同頻率的探頭。10/18/202311聲速(soundvelocity)定義：指聲波在傳播媒介中每秒傳播的距離，用c表示。相同頻率的超聲波在不同的介質中聲速有所差別，人體軟組織中速度總體差異約5％。人體組織據聲波傳播速度可分３類：軟組織約1540m/s；氣體約350m/s；骨骼：約3852m/s；醫用以軟組織的平均聲速。 t

組織厚度=Ｃ·── 2可通過聲速測量軟組織的厚度第1章超聲的物理基礎10/18/202312波長(wavelength)定義：聲波在完成一次完全振動所傳播的距離為波長，以λ表示。超聲在同一介質中傳播時，由于聲速已確定不變，頻率與波長間的關系為：頻率愈高則波長愈短；頻率愈低則波長愈長，兩者間呈反比。波長與頻率、聲速的關系如下：c

λ=──或c=fλf

第1章超聲的物理基礎10/18/202313二超聲診斷物理基礎超聲波的主要特性有以下幾個：

方向性、反射與折射、衍射、散射

衰減、多普勒效應、第1章超聲的物理基礎10/18/2023141、方向性由于超聲波的頻率高、波長短，因而在傳播時能定向成束傳導，具有很好的方向性，稱為超聲束。在超聲診斷中正是根據超聲波的方向性來探查聲束傳導方向上的組織或器官。超聲波雖然具有束射性，但隨著傳播距離的增加，聲束向四周擴散，形成擴散角。第1章超聲的物理基礎10/18/2023152、反射與折射

第1章超聲的物理基礎聲阻抗(acousticimpedance)定義：介質對聲波傳播的阻礙作用叫聲阻抗，它等于介質中的密度ρ與該介質中的聲速C的乘積，以Z表示。意義：反映了介質中的密度與彈性。是介質傳播超聲波能力的重要物理量。Z=ρ·c單位為Kg／m2·s

超聲波在介質中傳播與介質的聲阻抗密切相關。當超聲傳經兩種聲阻抗不同的相臨介質的界面時，其聲阻抗差大于0.1%時，既可產生反射。10/18/2023162、反射與折射超聲波在傳播過程中遇到兩種不同介質構成的界面時，由于前后兩種介質的聲阻抗不同，部分聲束會折返回來，產生反射。而部分聲束可穿過界面繼續向前傳播，稱為透射，透射的角度發生改變時則為折射。界面：兩個介質的分界面聲阻差：兩個介質聲阻抗的差值入射角：聲波入射到界面的角度

第1章超聲的物理基礎10/18/202317反射(reflection)兩種介質的聲阻抗只要相差0.1%,便產生反射,聲阻差越大,反射越強烈，透射越弱；聲阻差越小則反之。反射時遵循反射定律。RI與界面兩邊介質的聲阻抗Z1和Z2的關系公式如左：結論：超聲波在界面上反射的大小取決于界面兩邊介質的聲阻差及超聲波的入射角。當Z1＝Z2時，無反射→均質性物體當Z1≠Z2，有反射→不均質性物體如Z1》Z2或Z1《Z2時，全反射→氣體利用反射，提取信息，進行診斷皮膚與空氣聲阻差大，用耦合劑不適肺、腸、骨等組織器官檢查

第1章超聲的物理基礎10/18/202318折射(refraction）當聲波從一種介質向另一種介質入射時，聲波經過這兩種介質的分界面后出現折射。當折射角為90°時的入射角稱為臨界角，當入射角超過臨界角時，相應的折射波消失，出現全反射。作超聲檢查時，需盡可能將聲束垂直于界面，否則將會引起：側方聲影——誤診；錯位——影響穿刺；全反射——無法檢查。

第1章超聲的物理基礎10/18/202319衍射(diffraction)定義：當障礙物的直徑等于或小于λ／2，超聲波將繞過該障礙物而繼續前進，這種現象稱為衍射。超聲波波長越短，能發現障礙物越小。這種發現最小障礙物的能力，稱為顯現力。

第1章超聲的物理基礎10/18/202320散射(scattering)定義：超聲波在傳播中遇到粗糙面或極小的障礙物(或一組小障礙物形式)時，則聲波將使其成為新的聲源，使得聲波能量向四面八方發射，這種現象稱為聲波的散射。紅細胞是一種散射體，聲束內紅細胞數量越多，背向散射強度就越大。血流中的紅細胞是多普勒超聲檢測血流的基礎。

第1章超聲的物理基礎10/18/2023213、吸收、衰減(attenuation)定義：當聲波在彈性介質中傳播時,因介質本身的粘滯性、導熱性等多種因素使聲能轉變成其他形式的能，使聲能減少，這種現象稱為吸收。聲波隨傳播距離增加而減少的現象稱超聲波的衰減

人體組織中衰減程度的一般規律為：骨(或者鈣化)＞肌腱(或軟骨)＞肝臟＞脂肪＞血液＞尿液(或膽汁)組織中含膠原蛋白和鈣質越多，聲衰減越大。

第1章超聲的物理基礎10/18/202322衰減(attenuation)

為了使深部回聲信息清晰，在診斷中要使用STC或TGC調節，補償聲能的衰減。影響因素：吸收：組織特性使聲能轉換反射：反射使得能量減弱散射：散射使得能量減弱頻率：衰減與頻率四次方呈正比聲束擴散：單位面積內的能量減少

第1章超聲的物理基礎10/18/2023234、多普勒效應(Dopplereffect)定義:當聲源與被探測物體之間存在相對運動時，則反射的頻率不同于發射的頻率，這種現象稱為多普勒效應。界面向聲源移近時，反射頻率增高，界面遠離聲源者反射頻率減低，反射頻率與發射頻率的差值叫頻移。頻移絕對值的大小與相對運動的速度成正比，頻移值的正負決定了運動的方向，由頻移值的變化則可了解到界面的活動情況。

第1章超聲的物理基礎10/18/202324多普勒效應(Dopplereffect)

在超聲醫學診斷中，超聲多普勒技術可用于檢測心血管內的血流方向、流速和湍流程度、橫膈的活動以及胎兒的呼吸等。

第1章超聲的物理基礎10/18/202325多普勒效應(Dopplereffect)當血流流向換能器時，頻移為正值(接收頻率高于發射頻率)；當血流背離換能器時，頻移為負值。當θ角為π／2時，fd＝0。頻譜多普勒超聲儀上常將正頻移設為正向波，負頻移為負向波；而彩色多普勒則將正頻移設為紅色，負頻移為藍色。超聲儀將頻移轉換成速度的公式如下：

第1章超聲的物理基礎10/18/202326正常人體組織和器官是一個復雜的介質，由于各種組織的聲學特性不同，其聲阻差也不一樣，當組織、器官發生病變時可使組織失去應有的反射規律，但按其聲學特性可分為以下四種，即無反射型、少反射型、多反射型、全反射型。三人體組織的聲學類型

第1章超聲的物理基礎10/18/202327無反射型（無回聲echoless）：液體為人體最均質的介質，超聲波通過時無聲阻差，顯示呈液性暗區回聲，如血液、膽汁、尿液，羊水，病理狀態下的胸水、腹水、卵巢囊腫等。第1章超聲的物理基礎10/18/202328少反射型（低回聲Lowlevelecho）：實質性器官雖較均勻，但其纖維支架與組織間的聲阻抗略有不同，超聲波通過時出現稀疏的微小光點回聲,隨著靈敏度增大，回聲數量相應增多，如肝、脾、子宮等。第1章超聲的物理基礎10/18/202329多反射型（強回聲Highlevelecho）：結構復雜的組織器官或臟器發生病變時失去它原有的聲學特性，表現為多反射，如乳房、葡萄胎、肝癌、畸胎瘤等。第1章超聲的物理基礎10/18/202330全反射型（極強回聲Strongecho）軟組織與氣體或骨骼之間聲阻抗差相差3000多倍，超聲通過此界面時99.9%反射回來，形成全反射，即超聲無法通過軟組織與氣體之間的界面。第1章超聲的物理基礎10/18/202331（一）超聲波的發射與接受四、超聲診斷的基本原理第1章超聲的物理基礎10/18/2023321、壓電效應與壓電材料對某些非對稱性結晶材料在一定方向上加壓或拉伸時，其表面將會出現正負的電荷，反之,將這種晶體置于交變電場中，則晶體的厚薄出現劇烈變化，這種壓力與電荷之間相互轉換的現象稱為壓電效應。具有此性質的材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復合材料等。

第1章超聲的物理基礎晶體在其兩個受力界面上引起內部正負電荷中心相對位移，在兩個界面產生等量正負電荷。10/18/2023332、逆電效應與超聲波的發生定義：在交變電場（電能）的作用下，晶體將產生劇烈的收縮膨脹，產生振動（機械能），稱之為逆壓電效應。

第1章超聲的物理基礎10/18/202334超聲換能器(探頭)由壓電晶體構成

具有:

機械能(聲能)電能聲能電能正壓電效應電能

聲能逆壓電效應

10/18/2023353、超聲波的發生

診斷用的超聲波，是將高頻交流電壓信號加在壓電晶體上，利用逆壓電效應，使晶體片發生機械性的體積膨脹與壓縮，推動周圍介質使之振動，形成疏密波，即超聲波。——逆壓電效應第1章超聲的物理基礎10/18/202336超聲波的接收

當超聲波在介質中傳播時→遇到聲阻不同的界面→產生反射→

反射波形成機械振動→

作用于壓電晶體表面→晶體片兩側產生正負電荷→

換能器把這個電荷轉換成相應的脈沖信號→儀器接收、處理、放大后顯示在示波屏上。

——正壓電效應

→第1章超聲的物理基礎10/18/202337任何一臺超聲儀都由主機及探頭組成。

主機：完成電信號的發生、回收、放大、運算、處理和顯示等功能。

探頭：又稱換能器，能將電信號轉換成超聲波發射出去，又可將回波轉換成電信號，它兼有發射和接收超聲波的雙重功能。根據儀器的顯示類型，將超聲診斷儀分為以下幾種：A型超聲M型超聲B型超聲D型超聲（二）超聲診斷儀的類型

第1章超聲的物理基礎10/18/202338屬幅度調制型，以探頭接收到的超聲脈沖信號的幅度為縱坐標，而以超聲脈沖的傳播時間為橫坐標的一種顯示方式。基本已淘汰。Ａ型超聲適用于簡單解剖結構的檢查、線度測量，如腦中線檢查、眼科檢查。1、A型超聲診斷儀（Amplitude）

第1章超聲的物理基礎10/18/202339

屬輝度調制型，它是B型超聲的一種，是在水平偏轉板上加入一隊慢掃描鋸齒波，使聲束上各點隨時間掃描成時間軌跡曲線。橫坐標代表掃描時間，縱坐標代表縱深距離。2、M型超聲診斷儀(Motion)

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第1章超聲的物理基礎10/18/202340屬輝度調制型，即以不同的輝度來表示反射信號的強弱，它由不同輝度的點組成二維切面。類同相應部位的斷面解剖圖，直觀、準確。

3、B型超聲診斷儀(Brightness)

第1章超聲的物理基礎10/18/2023414.D型超聲診斷儀（Doppler）

即多普勒超聲頻移顯示法。是應用多普勒原理，將探頭與運動的反射體之間所產生的頻移值檢出，利用不同類型的多普勒超聲儀，獲得多普勒信號音、多普勒頻譜圖、多普勒彩色血流圖等供分析，對疾病做出診斷第1章超聲的物理基礎10/18/202342彩色多普勒血流顯像

人體和血流的反射信號經分析處理后，可在顯示屏上顯現黑白的實時二維聲像圖上疊加彩色的實時血流顯像。彩色多普勒顯像是將多普勒頻移信號以彩色編碼的形式疊加在二維圖像上，色彩代表了血流的方向、速度及性質，即血流的方向用紅藍來表示，紅色表示血流迎向探頭，藍色表示血流背離探頭，強弱以色彩的明亮來表示表示，色彩明亮處－血流速度快，色彩暗淡處－血流速度慢。血流的性質：層流－色彩單一，湍流－五色鑲嵌的血流束。

第1章超聲的物理基礎10/18/202343第1章超聲的物理基礎彩色多普勒血流顯像10/18/202344彩色多普勒血流狀態分類(1).層流(2) .湍流