超声基础知识总结|超声基础知识入门

超声基础知识总结 物理基础 基本概念――人耳听觉范围：20-20000HZ 超纵声波频率＞20000HZ――纵波（疏密波）：粒子运动平行于波传播轴；

诊断最常用超声频率：2-10MHZ 基本物理量：频率（f）、波长（λ）、声速（c）；
三者关系：λ＝c／f 人体软组织的声速平均为1540m/s，与水的声速相近；
骨骼的声速最高，相当于软组织平均声速的2倍以上。

超声场：发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间；
简称声场，又称声束。

声束的影响因素：探头的形状、大小；

阵元数及其排列；

工作频率（超声的波长）；

有无聚焦及聚焦的方式；

吸收衰减；

反射、折射和散射等。

声束由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声的成像主要依靠探头发射高度指向性的主瓣并接收回声；
旁瓣的反向总有偏差，容易产生伪像。

声场可分为近场和远场两部分 （1）近场声束集中，呈圆柱状；

直径――探头直径（较粗）；

（横断面声能分布不均匀） 长度――超声频率和探头半径。

公式：L＝（2r·f）／c L为近场长度， r为振动源半径， f为频率， c为声速 （2）远场声束扩散，呈喇叭状；
声束扩散角越小，指向性越好。

（横断面声能分布较均匀） 声束两侧扩散的角度为扩散角（2θ）；
半扩散角（θ）。

超声波指向性优劣指标是近场长度和扩散角。

影像因素：增加超声频率；
――近场变断、扩散角变小；

增加探头孔径（直径）――但横向分辨率下降。

采用聚焦技术――方法：固定式声透镜聚焦；

电子相控阵聚焦；

声束聚焦：采用声束聚焦技术，可改善图像的横向和（或）侧向分辨力。

固定式声透镜聚焦――将声透镜贴附在探头表面。

常用于线阵探头、凸阵探头；

可提高横向分辨力，但远场仍散焦。

电子相控阵聚焦――（1）利用延迟发射是声束偏转，实现发射聚焦或多点聚焦；
可提高侧向分辨力；

常用于线阵探头、凸阵探头；

（2）动态聚焦：在长轴方向上全程接收聚焦。

（3）利用环阵探头进行环阵相控聚焦；

可改善横向、侧向分辨力；

（4）其他聚焦技术：如二维多阵元探头。

    超声物理特性：
一、束射特性（方向性）――是诊断用超声首要的物理特性；

（如反射、折射、聚焦、散焦） 大界面：指长度大于声束波长的界面；
大界面的回声反射有显著的角度依赖性。

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。

两种介质存在真声阻抗，是界面反射的必要条件。

声强反射系数（R1）＝（Z2－Z1）2／（Z2＋Z1） Z1，Z2代表两种介质的声阻抗；
声阻抗＝密度×声速 界面回声反射的能量与界面形状密切相关：垂直于凹面――聚焦；

垂直于凸面――散焦；

垂直于不规则面――乱散射。

超声界面反射的特点：非常敏感。

人体许多器官如肝、脾、胆囊的包膜、腹壁各层肌肉筋膜以及皮肤层都是典型的大界面。

小界面：指小于声束波长的界面。其后散射（背向散射）回声无角度依赖性。

后散射：超声遇到肝、脾等实质性器官或软组织内的细胞、包括成堆的红细胞（称散射体），会发生微弱的散射波。散射波向四面八方分散能量，只有朝向探头的微弱散射信号――后散射（背向散射），才会被检测到。

现代超声诊断仪正是利用大界面反射原理，能够清楚显示体表和内部的表面和轮廓；
还利用无数小界面后散射的原理，清楚显示人体表层，以至于内部器官、组织复杂而细微的结构。

二、衰减特性――衰减与超声传播距离和频率有关；

衰减的原因主要有吸收、散射、声束扩散。

软组织平均衰减系数：1dB/cm·MHz；

蛋白质成分是人体组织衰减的主要因素（占80%）。

衰减规律：骨＞软骨＞肌腱＞肝、肾＞血液＞尿液、胆汁；

超声的分辨力：显示器上能区分声束中两个细小目标的能力或最小距离。

影像因素：超声波得频率；

脉冲宽度；

声束宽度（聚焦）；

声场远近和能量分布；

探头类型；

仪器功能（二维图像中像素多少、灰阶的级数多少等）。

分类：空间分辨力（与声束特性有关） ――轴向（纵向）分辨力：与超声频率（正）和超声宽 度（负）有关；
理论值：λ／2 横向分辨力：与探头厚度方向上声束的宽度和曲面聚焦性能有关；
――常采用透镜聚焦 侧向分辨力：与探头长轴方向上声束的宽度有关；

――常采用相控聚焦 细微分辨力――宽频带和数字化声束处理；

对比分辨力――与灰阶级数有关；

时间分辨力――单位时间成像速度即帧频 超声的生物学效应――声功率：单位时间内探头发出的功率。单位：W或mW；

声强：单位面积上声功率。单位：W/cm2或mW/cm2；

ISPTA：空间峰值时间平均声强（mW/cm2） ISPPA：空间峰值脉冲平均声强（W/cm2） 分贝：两个声强的比值；
超声系统可控制的最大能量与最小能量之比为动态范围。

生物学分类――热效应：诊断用超声一般不会造成明显的温度升高；
（mW/cm2级） 空化效应：可形成气体微泡；
诊断用超声尚未得到证实；

对细胞畸变、染色体、组织器官的影响；

高强聚焦超声（HIFU）：热凝固和杀灭肿瘤细胞作用；

（KW/cm2级） 强烈机械震荡――用于碎石治疗；

在物理治疗学方面的作用（W级，一般0.5-3 W/cm2） 超声辐射剂量是超声强度与辐射时间的乘积。

热指数（TI）：1.0以下无致伤性，胎儿应调至0.4以下；
眼球应0.2以下；

机械指数（MI）：指超声驰张期的负压峰值（MPa数）与探头中心频率（MHz） 的平方的比值。1.0以下无致伤性，胎儿应调至0.3以下；
眼球应0.1以下；

超声声学造影应采用低机械指数，可以防止微气泡破裂，提高造影效果。

多普勒超声技术的基础及应用 多普勒效应的公式：fd＝2Vcosθf0／c――V＝fd c／2f0cosθ   在超声医学诊断中，V为红细胞运动速度；
fd为多普勒效应产生的红细胞散射回声的 频移；
c探头发射的超声在人体组织中的传播速度；
f0为探头发射的超声频率；
θ为探头发 射的超声的传播方向与红细胞运动方向间的夹角。

分类――脉冲多普勒：选择性接收回声信号，所需检测位置的深度用延迟电路完成；

连续多普勒：无选择检测深度的功能，但可测很高速的血流；

高脉冲重复频率（HPRF）多普勒：增大检测血流的能力；
可有多个取样容积。

多普勒超声所检测的不是一个红细胞，而是众多的红细胞，各个红细胞的运动速度及方向不可能完全相同，因此，出现多种不同颜色的频移信号，被接受后成为复杂的频谱分布（波形），对它用快速傅立叶转换技术（FFT）进行处理后，把复杂的频谱信号分解为若干个单频信号之和，以流速-时间曲线波形显示，以便于从中了解血流的方向、速度、时相、血流性质等问题。

脉冲多普勒技术的局限性：
（1）最大频移即最大测量速度受脉冲重复频谱频率的限制（fd＝PRF/2） （2）PRF与检测深度（d）的关系：d＝c/2PRF，说明检测深度受PRF的影响；

（3）检测深度（d）与速度（v）关系：vd＝c2/8f0cosθ，为常数，v、d相互制约；

（4）当被检测目标的运动速度超过PRF/2时，出现混迭现象。

增大脉冲波多普勒技术检测速度、检测深度的方法：
       降低发射频率；

       移动零位基线；

       减低检测深度；

       增大超声入射角（θ），但cosθ在分母位置，值越小计算出速度值误差越大，所以此法不可取。

       用HPRF的频谱多普勒：fd＝HPRF/2     彩色多普勒――原理：以脉冲多普勒技术为基础，用运动目标显示器（MTI），自相关函数 计算（自相关处理技术），数字扫描转换、彩色编码等技术，达到对血流的彩色现象。

三基色――红、蓝、绿三色；
三基色混合时，可产生其他彩色，称为二次色；

红色加绿色产生黄色（二次色），就以红-黄表示正向高速血流。

种类――速度型彩色多普勒：以红细胞运动速度为基础；

能量型彩色多普勒：以红细胞散射能量（功率）的总积分进行编码；

速度能量型彩色多普勒：
显示方式――速度-方差显示：朝向探头―黄色；
背向探头―青蓝色。

速度显示：朝向探头―红色；
背向探头―蓝色；
明暗表示快慢。

方差显示：高速血流显示时从单一彩色变为五彩镶嵌。

能量显示：适应于对低速血流的显示；
明亮度表示多普勒振幅。

局限性――（1）受入射角的影响；

（2）超过尼奎斯特频率极限（PRF/2）时，彩色信号发生混迭；

（3）检测深度与成像帧频及可检测流速间的互相制约；

（4）对二位图像质量的影响；

（5）湍流显示的判断误差。

彩色多普勒技术的调节方法：
1、彩色标尺（PRF）的选择：中、低速血流――速度显示方式；

高速血流――速度-方差及方差显示方式；

2、发射超声频率：检测较浅表的器官、组织及经腔道检测――高频超声；

对高速血流的检测――低频超声；

对低速血流的检测，达到被检测深度的情况下―高频超声；

3、滤波器调节：低速血流――低通滤波；
高速血流――高通滤波；

4、速度标尺：腹部及外周血管――低速标尺；
心血管系统――高速标尺；

5、增益调节：检测开始时，用较高的增益调节，使血流易于显示；
然后再降低增益使血流现象最清楚而又无噪音信号。

6、取样框调节：取样框应包括需检测区的血流，但不宜太大，使帧频及显像灵敏度下降；

7、零位基线的调节：零位基线下移，可增大检测的速度范围；

8、余辉调节：persistence调节钮可使帧频图像重叠，增大信/噪比，使低速度、低流量的血流更易于显示清楚；

9、扫查范围与方向的调节：较小的扫查范围（角度）可增加帧频，彩色显像更清楚。与血流方向相同的扫查方法，可使彩色显像更敏感，更清晰。

10、消除彩色信号的闪烁：可选用高速度标尺、高通滤波抗干扰，最佳方法是令病人屏住呼吸 频谱多普勒 血流流动学基础知识――一般规律：当雷诺数（Re）＞2000时成为湍流 能量守恒定律：ΔP＝4V2max；
估算跨瓣压、心腔及肺动脉压；

质量守恒定律：ρAV＝恒定（连续方程），计算瓣膜口面积；

频谱多普勒技术的调节方法：
1、多普勒种类的选择：中、低速血流――脉冲多普勒；

高速血流――连续多普勒 2、滤波条件：检测低速血流，用低通滤波；
对高速血流，用高通滤波；

3、速度标尺：选择与被检测血流相匹配的速度标尺；

4、取样容积：对血管检测，取样容积应小于血管内径；

5、零位基线：可增大频移测量范围；

6、频谱信号上下翻转：便于测量及自动包络频谱波形；

7、超声入射角：心血管系统检查θ≦20°；
外周血管检测θ≦60° 频谱宽度（频带宽度）：表示在某一瞬间取样容积中红细胞运动速度分别范围的大小。

层流――窄频谱；

湍流――宽频谱；

取样容积小――窄频谱；

取样积大――宽频谱；

大动脉――窄频谱；

外周小动脉――宽频谱；

超声诊断仪 超声探头―核心部分：压电材料，如天然石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅、压电有机聚合物；

吸声材料（压电晶片背面）：产生短促的超声脉冲信号，提高纵向分辨率；

匹配层（声能压电晶片前面）：保护压电材料；
使压电材料与人体皮肤之间的声阻抗相近；
减少声能损失，提高探头灵敏度；

种类――电子扫描探头：线阵探头:采用电子开关控制；
阵子呈直线排列；

凸阵探头：采用电子开关控制；
阵子呈弧形排列；

相控阵探头：扫描角度80-90，最大深度20cm；
用于心脏检查 机械扫描探头：扇形扫描探头；
单晶片；
电机驱动；

环阵（相控）探头；
电子相控聚焦；
电机驱动；

其他 旋转式扫描探头等 频率――单频探头：中心频率固定的探头（频带较窄）；

变频探头：可根据临床需要选择2-3种发射频率；

宽频探头：采用宽频带复合电材料（发射频率范围：2-5MHz、5-10MHz、6-12MHz）；
接收时分三种情况：
       选频接收：选择某一特定的1-3个中心频率；

       动态接收：随深度变化选取不同的频率；

       宽频接收：接收宽频带内所有频率回声；

高频探头：频率高达40-100MHz，如皮肤超声成像、超声生物显微镜等。

阵子数――是超声探头质量的重要标志。

1个阵元由4-6个阵子分组构成；

阵子数愈多，理论上成像质量愈好。

采用高密度探头，可提高声束扫描线的密度，图像分辨率显著提高。

超声成像原理 声束扫描――利用探头发射的聚焦束进行的断层扫描。

聚焦超声的特点：声束形态特殊，聚焦区较细，远、近区即两端均较粗，呈喇叭形；

超声波长取决于所用探头频率，故其分辨率、穿透力随之改变。

声像图――将探头在体表（横向或纵向）移动，示屏上的超声扫描线（系列回声信号）作相应的移动，如此构成一幅（横向或纵向）超声声像图，也称声像图（B型超声）或二维超声。

帧频（f）――每秒所成声像图的帧数；
帧频数目不应低于16f/s；

理想帧频:20cm深宜达到20-30f/s；
浅表成像宜超过30f/s；

制约因素：脉冲重复频率（PRF）；

所需观察声像图的深度；

多点聚焦的数目等。

增加彩色多普勒血流显示，帧频可能下降；
彩色取样框愈大，帧频更低。

超声诊断装置基本组成：发射与接收单元（包括探头），即超声扫描器；

数字扫描转换器（DSC）；

超声图像显示装置；

超声图像记录装置；

超声电源。

超声诊断仪器的类型：静态超声诊断仪（已被淘汰）；

实时灰阶超声诊断仪；

双功超声诊断仪：实时灰阶超声诊断仪兼有血流多普勒显示 彩色多普勒超声诊断仪（三功超声诊断仪）：可以彩色编码；

超声新技术和新方法 三维超声成像――种类：静态三维超声成像；

动态三维超声成像；

显示方式：表面成像；
（高档彩色三维模式中还包括三维血流显像） 透明成像；

结构成像。

超声造影――基本原理：超声造影的散射回声源（微气泡）；

散射回声信号强度――与微气泡、发射功率大小成正比；

与检测的深度成反比；

造影剂在血液中持续时间――与微气泡密度、最大截面成正比；

与微气泡弥散度、饱和度成反比；

途径：右心造影――直径大于红细胞（大于8um）；

左心造影――直径小于红细胞（小于8um）；

心肌造影――与左心造影相同，但需使用彩色能量多普勒谐波成像、反向脉冲谐波成像以增强造影剂显示；

如造影剂直径小于1-2um，用二次谐波成像、间歇式超声成像技术即可；

全身血管及外周血管超声造影：采用的造影剂参考上述。

成分：以人血白蛋白、脂类、糖类及有机聚合物作包裹；

以空气、氧、二氧化碳、氟烷类、氟碳类、六氟化硫等为微气泡。

注入人体的方法：弹丸式注射；
――一次性注入；

连续性注射；
――与静脉输液法相似；

增强超声造影效果的技术：
1、二次谐波成像：超声的传播及散射存在非线性关系，可出现两倍于发射波（基频）的反射频率，即二次谐波；
其强度比基波低，但频率高。信/噪比高，分辨力高。

2、间歇式超声成像：用心电触发或其他方法使探头间歇发射超声，使造影剂避免连续性破坏而大量积累于检测区，再次触发能瞬间产生强烈的回收信号。

3、能量多普勒谐波成像：对低速低血流量能成像；

4、反向脉冲谐波成像：在甚短的时间间隔内相继发射两组相位相反的超声（基波），在反射回声时基波因相位相反而被抵消；
而谐波相相加因而信号更增强。

5、实时超声造影成像：其方法是交替发射高功率和低功率超声，能实时显示微气泡在血管内的充盈情况。

自然组织二次谐波成像：原理与造影剂谐波成像不同。超声在人体组织中传播时，在压缩期声速增加，而驰张期声速减低。此即产生声速的非线性效应而可提取其二次谐波。自然组织二次谐波成像具有分辨力高，噪声信号小，信/噪比高等特点。

多普勒组织成像：改变滤波条件为低通，速度低、能量高的组织被显像，而血流不显像。

显示方式――速度型：用于显示心肌活动速度、方向；

能量型：以单一彩色显示室壁的运动，但不能表示方向和速度。

速度型的显示方式――二维成像：以彩色编码显示和测量心肌运动速度的分布情况（心内膜＞心肌＞心外膜） M型：以彩色编码表示心肌在一定的运动速度与时相变化，可表示室壁运动方向及运动速度；

脉冲多普勒：用于检测室壁及瓣环的运动速度、方向。

用途：室壁运动异常的检测诊断；

收缩功能及舒张功能减低；

心脏传导系统的电生理研究；

心肌超声造影，能量型多普勒成像，可增强心肌造影的回声强度。

超声临床诊断基础 超声回声的一般规律 1、有些均质的固体如透明软骨、小儿肾椎体，可以出现无回声或接近无回声；

典型的淋巴瘤呈圆形或椭圆形，接近于无回声，有时酷似囊肿；

2、非均质性液体及软骨等均质性组织如果纤维化、钙化，则由无回声变成有回声；

3、人体不同组织回声强度顺序：肺、骨骼＞肾中央区（肾窦）＞胰腺、胎盘＞肝、 脾实质＞肾皮质＞肾髓质（肾锥）＞血液＞胆汁和尿液；

4、脂肪组织的特殊性：由于其中胶原纤维含量和血管成分的多少的不同，回声不同。

皮下脂肪组织――典型的低回声回声；

肾中央区――呈高水平回声或强回声；

腹腔动脉和肠系膜上动脉周围脂肪组织――高回声；

大网膜中的脂肪组织（含血管、纤维成分）――高回声；

不同组织声衰减程度的一般规律   组织内含水分愈多，声衰减愈低；

  液体中含蛋白成分愈多，声衰减愈高；

  组织中含胶原蛋白和钙质愈多，声衰减愈高；

超声伪像（伪差）――超声显示中的断层图像与其相应解剖断面图像之间存在的差异。

产生原因――反射、折射：混响、多次内部混响、镜面反射、回声失落、折射声影、棱镜现象；

衰减：衰减声影、后方回声增强；

断层厚度（扫描厚度）伪像：部分容积效应伪像；

旁瓣效应；

声速伪像：实际组织声速与仪器设定的平均速度（1540m/s）差别所造成伪像和测量误差；

仪器设备：仪器和探头的质量；

操作者技术因素：增益、DCG、聚焦调节不当、测量不规范；

分类――混响：产生的条件超声垂直照射到平整的界面；

识别混响的方法：适当侧动探头，使超声勿垂直于胸壁或腹壁；

加压探测，可见多次反射的间距缩小；

内部混响：超声在器官组织的异物内来回反射直至衰减，产生特征性的彗星尾 征，此现象称内部混响；

振铃效应：超声束在若干微气泡包裹的极少量液体中强烈地来回反射，产生很长的条状图像干扰。振铃效应在胃肠道内（含微气泡和粘液）相当多见。

切片（断层）厚度伪像：超声束形状特殊而且波束较宽，即超声断层扫描时断层较厚引起。

旁瓣伪像：由主声束以外的旁瓣反射造成。如在结石、肠气等强回声两侧出现“披纱征”或“狗耳征”图形，在低档超声仪器和探头比较常见。

声影：边界清晰的声影，对识别瘢痕、结石、钙化灶和骨骼时有帮助；

边界模糊的声影，常是气体反射或彗星尾征的伴随现象。

后方回声增强：由于距离增益补偿（DCG）对于超声进入很少的液体，仍在起作用的缘故。

侧边声影和“回声失落”：超声在通过囊肿边缘或肾上、下极侧边时，可以由于折射而产生边缘声影或侧边“回声失落”（全反射）。改变扫查角度有助于识别这种伪像。侧边声影也见于细小血管和主胰管的横断面，呈小等号征“＝”而非小圆形。

镜面伪像：声像图上的虚像总是位于实像深方（经过多途径反射形成）。

声束斜射到声阻抗很大的界面时全反射会发生镜面伪像。

棱镜伪像：仅在腹部靠近正中线横断面扫查时（腹直肌横断）才出现；

例如早孕子宫在下腹部横断扫查时，宫内的单胎囊可能出现重复胎囊伪像；
探头方向改为矢状断面扫查，上述“双妊囊”伪像消失。

声束失真：对声束过低的组织（如大的脂肪瘤）就会测值过大；

对于声束很高的组织（如胎儿股骨长），会引起测值过小的误差。

彩色多普勒超声伪像：
多普勒超声（频移）衰减伪像：彩色信号分布不均匀，即“浅表血供多，深方血供少或无血供”；
深部器官血流如肾实质、股静脉较难显示。

镜面反射伪像：在在强反射界面深方出现对称性彩色信号；

闪烁伪像：心搏、呼吸、大血管搏动；

组织震颤（高速血流、被检者发音） 快闪伪像：见于尿路结石等（位于结石声影中）。

彩色混叠：PRF过低、测速血流时采用过高频率探头或较高多普勒频率；

注意：
在使用微泡声学造影时，多普勒彩色信号或频谱幅度增加，切勿将它误认为实际血流速度的增加。

对于深部组织内的血流多普勒频移，宜选择较低的多普勒频率。

适当调节聚焦区、取样框和取样容积的大小，正确调节彩色速度标尺（PRF），适当调节多普勒增益的灵敏度，血流方向和校正角