超聲醫(yī)學(xué)總論一、超聲波的定義一、超聲波的定義

振源介質(zhì)感受器超聲波(ultrasound)

是聲源高速振動(dòng)，頻率很高，每秒次數(shù)在20000次(Hz)以上，超過(guò)人的聽覺(jué)范圍，不能被人感受的機(jī)械波。

一、超聲波的定義二、超聲與壓電晶體二、超聲與壓電晶體當(dāng)在石英等晶體上施加壓力時(shí)，晶體表面上即出現(xiàn)異名電荷。這種物理現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)(piezoelectriceffect)。ABC反之，如將此晶體置于交變電場(chǎng)時(shí)，則可發(fā)現(xiàn)晶體厚度有所改變，出現(xiàn)強(qiáng)烈的壓縮或擴(kuò)張。這種物理現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)ABC二、超聲與壓電晶體三、超聲波的發(fā)射與接收

利用逆壓電效應(yīng)，診斷超聲儀將高頻交流電壓信號(hào)加在壓電晶體上，使晶體片推動(dòng)周圍介質(zhì)使之振動(dòng)，形成疏密波，產(chǎn)生1-15MHz之超聲波。三、超聲波的發(fā)射與接收(一)超聲發(fā)射(transmit)

當(dāng)超聲遇有聲阻不同之界面而發(fā)生的反射返回后，作用于壓電晶體,使晶體兩側(cè)產(chǎn)生異名電荷，經(jīng)儀器接收放大后，在示波屏上形成代表界面反射強(qiáng)弱的光點(diǎn)與波幅。三、超聲波的發(fā)射與接收(二)超聲接收(receive)

四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量

單位時(shí)間內(nèi)聲波在介質(zhì)中傳播的距離稱聲速。其傳播速度在氣體中較小,360m/s左右；在液體和人體軟組織中較大，1500m/s左右；在固體中最大，約為4500m/s左右。(一)聲速(velocityofsound,c)四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量

頻率為單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射源振動(dòng)的次數(shù)，亦即超聲波通過(guò)介質(zhì)中某點(diǎn)的疏密波的數(shù)目。(二)頻率(frequency,f)四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量超聲發(fā)射頻率：成人一般用2.25-3.5MHz嬰幼兒用5MHz腔內(nèi)超聲用3.75-7MHz皮膚與表淺器官超聲頻率為7-10MHz冠脈內(nèi)超聲的頻率可達(dá)20-30MHz

四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量(三)波長(zhǎng)(wavelength,λ)

指聲波在傳播過(guò)程中一個(gè)完整周期內(nèi)所通過(guò)的距離。四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量

波長(zhǎng)λ四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量波長(zhǎng)、聲速與頻率之間有密切的關(guān)系，可用公式表示：

聲速(c)波長(zhǎng)(λ)＝--------------

頻率(f)四、有關(guān)聲波的幾個(gè)物理量五、超聲波的物理性能五、超聲波的物理性能(一)方向性(指向性

direction)(二)反射(reflection)與透射(transmission)

五、超聲波的物理性能超聲在傳播中，經(jīng)過(guò)兩種不同介質(zhì)的界面時(shí)，一部分能量由界面處返回第一介質(zhì)，此即反射(reflection)。另一部分能量穿過(guò)界面，進(jìn)入第二介質(zhì)，此即透射(transmission)。五、超聲波的物理性能

反射與透射之總值不變，二者之和與入射總能量相等，但反射之多少則隨界面前后介質(zhì)的聲阻(acousticimpedance)差異而有所不同。設(shè)：Z為聲阻，ρ為密度，c為聲速則：聲阻(Z)＝密度(ρ)

X

聲速(c)

五、超聲波的物理性能X五、超聲波的物理性能

反射系數(shù)之大小決定在界面處兩介質(zhì)聲阻之差。設(shè)Z1為第一介質(zhì)之聲阻，Z2為第二介質(zhì)之聲阻。以式表之：

Z1

-

Z2

聲強(qiáng)反射系數(shù)

R1

=(------------)2

Z1

+Z2五、超聲波的物理性能大界面與界面反射大界面指長(zhǎng)度大于聲束波長(zhǎng)的界面，入射聲束垂直于大界面時(shí)，回聲反射強(qiáng)入射聲束與大界面傾斜時(shí)，回聲反射減弱甚至消失。五、超聲波的物理性能小界面與后散射小界面指長(zhǎng)度小于聲束波長(zhǎng)的界面，聲束遇紅細(xì)胞時(shí)產(chǎn)生微弱的散射波，散射波向四面八方分散能量，只有朝向探頭方向的散射（后散射，又稱背向散射）才能被儀器檢測(cè)到。。五、超聲波的物理性能(三)吸收與衰減

(absorption&attenuation)

當(dāng)聲波穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，由于“內(nèi)摩擦”或所謂“粘滯性”，使聲能被吸收、散射而逐漸減弱，聲波的振幅隨之減低，此即衰減。五、超聲波的物理性能

吸收與衰減的多少和超聲的頻率、介質(zhì)的粘滯性、導(dǎo)熱性、溫度及傳播的距離等因素有密切關(guān)系。五、超聲波的物理性能頻率低者穿透性好，透入較深，但分辨力較低頻率高者穿透性差，透入較淺，但分辨力較高聲能隨著透入距離增加而減弱五、超聲波的物理性能0.18五、超聲波的物理性能

組織、體液中蛋白成分尤其膠原蛋白成分愈高，鈣質(zhì)成分愈多，衰減愈顯著；反之，組織、器官之中水分含量愈多，衰減愈少。

五、超聲波的物理性能

衰減程度的一般規(guī)律是：骨(或鈣化)>軟骨>肌腱>肝、腎組織>脂肪>血液>尿液與膽汁。五、超聲波的物理性能(四)分辨力(Resolution)分辨力是指超聲檢查時(shí)能在熒光屏上被分別顯示為兩點(diǎn)的最小間距。依方向不同可分為縱深分辨力與橫向分辨力(depthresolutionandlateralresolution)。五、超聲波的物理性能

縱深分辨力是指聲束通過(guò)介質(zhì)中能被顯示為前后兩點(diǎn)的最小間距，高低與發(fā)射脈沖寬度(即持續(xù)時(shí)間)有關(guān)五、超聲波的物理性能當(dāng)發(fā)射脈沖(持續(xù)時(shí)間)較寬，超過(guò)兩點(diǎn)的間距兩倍時(shí)，由于第一點(diǎn)與第二點(diǎn)回波相重疊，故在熒光屏上相混成一長(zhǎng)形光點(diǎn)。五、超聲波的物理性能只有當(dāng)脈沖寬度小于兩點(diǎn)的間距時(shí)，兩點(diǎn)回波之間有一間隔，才能在示波屏上形成兩個(gè)獨(dú)立的光點(diǎn)。五、超聲波的物理性能脈沖寬度大時(shí)縱深分辨力低；脈沖寬度小時(shí)縱深分辨力高。又因頻率高者脈沖較窄，頻率低者脈沖較寬，故頻率高低間接影響縱深分辨力。現(xiàn)用2MHz者，其分辨力可達(dá)1mm左右。五、超聲波的物理性能橫向分辨力乃指與聲束相垂直之界面上，能在熒光屏上被分別顯示之左右兩點(diǎn)的距離五、超聲波的物理性能橫向分辨力大小與聲束寬窄有密切關(guān)系。當(dāng)聲束直徑小于左右兩點(diǎn)間的距離時(shí)，此兩點(diǎn)即可分別顯示；而大于左右兩點(diǎn)間的距離時(shí)，則兩個(gè)物體合二為一，橫向分辨力差，線條變粗，圖像模糊，常可導(dǎo)致誤診。五、超聲波的物理性能探頭頻率越低，分辨力越低探頭頻率越高，分辨力越高除縱深和橫向分辨力外，實(shí)際上還有厚度分辨力。因?yàn)槁暿手鶢睿琘軸指圖像上的左右方向，另在Z軸前后位上即圖像的厚度也影響其分辨力，故Z軸上聲束粗者分辨力低，聲束細(xì)者分辨力高。五、超聲波的物理性能此外超聲檢查時(shí)尚需注意時(shí)間的分辨力問(wèn)題。在M型曲線上時(shí)間分辨力高低，決定于脈沖發(fā)射的頻率；在二維超聲圖像上時(shí)間分辨力高低，決定于圖像的幀數(shù)。五、超聲波的物理性能(五)多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)由于發(fā)射超聲的聲源或反射體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使反射回來(lái)聲波頻率和發(fā)射聲波頻率之間出現(xiàn)差異(頻移)，這種現(xiàn)象即多普勒效應(yīng)。五、超聲波的物理性能五、超聲波的物理性能六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)超聲在生物組織內(nèi)傳播過(guò)程中，推動(dòng)介質(zhì)分子微粒發(fā)生高頻機(jī)械振蕩，此即由于超聲的能量傳遞或超聲的功率作用，使電能(電功率)轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷?聲功率)。六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)聲功率(acousticpower):單位時(shí)間內(nèi)從超聲探頭內(nèi)發(fā)出的功率(W)聲強(qiáng)(intensity):單位面積上的電功率(W/cm2

或mW/cm2)六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)

超聲生物學(xué)效應(yīng)及其產(chǎn)生機(jī)制：

1、由于組織的黏滯吸收效應(yīng)使部分聲能轉(zhuǎn)為熱能2、空化效應(yīng)3、使細(xì)胞、染色體畸變，器官受損4、高強(qiáng)聚焦超聲對(duì)生物組織的破壞六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)診斷用超聲的安全性和應(yīng)用原則：1、目前使用的超聲成像裝置的聲功率甚小，一般不產(chǎn)生有害的熱效應(yīng)2、某些

Doppler裝置在無(wú)血流灌注的實(shí)驗(yàn)條件下可能引起有一定影響的生物學(xué)效應(yīng)六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)診斷用超聲的安全性和應(yīng)用原則：3、盡可能采用最低的輸出功率，縮短掃描時(shí)間，對(duì)眼球和胎兒的檢查尤應(yīng)注意4、妊娠早期一般不宜進(jìn)行超聲檢查，彩色多普勒更應(yīng)視為禁忌六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)ISPPA：

空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)ISPTA：

空間峰值脈沖平均聲強(qiáng)IM：

最大聲強(qiáng)六、超聲的生物學(xué)效應(yīng)七、人體組織的聲學(xué)類型七、人體組織聲學(xué)類型由于各個(gè)組織的密度和聲速有所不同，其聲阻值也有差異。超聲通過(guò)聲阻有差異的界面時(shí)，將發(fā)生反射。根據(jù)反射多少，可將人體組織分為四型：(一)無(wú)反射型、(二)少反射型、(三)多反射型、(四)全反射型。

-----------------------------------------------------------------------------------------組織器官

密度(g/cm3)聲速(m/s)

聲阻抗(×105g/mm2·s)-----------------------------------------------------------------------生理鹽水

1.0021534

1.537血液

1.055

1570

1.656體液

0.9973

1495

1.492大腦

1.038

1540

1.599肝

1.050

1570

1.648肌肉(均值)

1.074

1568

1.684軟組織(均值)

1.016

1500

1.590脂肪

0.955

1476

1.410骨骼

1.800

3380

6.084肺和腸腔0.00129

332

0.000428內(nèi)的氣體-----------------------------------------------------------------------------------------

人體組織密度、聲速及聲阻抗數(shù)值表七、人體組織聲學(xué)類型(一)無(wú)反射型液體內(nèi)無(wú)聲阻明顯差異之界面，如假設(shè)有一界面，因其前后聲阻值相似，其反射系數(shù)為0或接近于0，超聲通過(guò)相應(yīng)區(qū)域時(shí)無(wú)何反射。此乃液體的特點(diǎn)，故稱無(wú)回聲區(qū)或液性暗區(qū)。七、人體組織聲學(xué)類型(二)少反射型超聲經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)比較均勻的實(shí)質(zhì)組織如肝臟、脾臟、甲狀腺、睪丸等器官和組織時(shí)，在相應(yīng)區(qū)域即或有些界面，但聲阻差較小，回聲較少，此即少反射型或稱低回聲區(qū)。七、人體組織聲學(xué)類型(三)多反射型超聲經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)雜亂的實(shí)質(zhì)組織如乳腺時(shí)，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，界面甚多，其前后聲阻差大，故反射較多且強(qiáng)，光點(diǎn)更為密集，回聲強(qiáng)度亦大，此稱多反射型或謂高回聲區(qū)。七、人體組織聲學(xué)類型七、人體組織聲學(xué)類型七、人體組織聲學(xué)類型(四)全反射型在軟組織與含氣組織(如肺、腸腔)交界處，界面前后聲阻相差3000多倍，反射系數(shù)達(dá)99.9％，接近于全部反射，故不能透入第二介質(zhì)，使界面后的組織結(jié)構(gòu)則無(wú)法顯示，故稱全反射型。七、人體組織聲學(xué)類型七、人體組織聲學(xué)類型八、超聲偽像偽像又稱偽差（Artifact）

超聲成像中可出現(xiàn)多種形式的偽差。其成因多與超聲的物理特性有關(guān)，有的與儀器設(shè)計(jì)性能及調(diào)節(jié)有關(guān)，有的與人體生理或病理等情況有關(guān)。混響偽像

(reverberations)

鏡面型大界面如其兩側(cè)聲阻抗差別較大，而第一界面中物質(zhì)的衰減甚小或