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目前，临床上超声心动图主要是通过观察心脏的结构，判断心脏的功能，以及评价心内血流情况，为临床诊治提供重要的参考依据。其中对于先心病、瓣膜病等结构性异常有着明显的优势，而对于心脏功能的研究从早期的M型超声，到如今的三维容积、时空关联成像、组织多普勒以及心肌应变等新技术的广泛应用，可谓方兴未艾。 虽然当前的诊断技术日新月异，但归根结底，所有的技术都离不开超声波的反射、折射、衍射、散射等基本特性。因此，为了能够深入形象地了解超声心动图，并为今后的理论学习和实践操作打好基础，我想首先应该了解一些超声波的常用术语以及相关原理。 超声常见术语及相关成像原理 这部分内容主要涉及一些物理基础，内容比较枯燥，我会尽量躲开那些让人头疼的物理公式，也会尽量使用“白话文”，虽然不够准确，但作为入门的基础，理解至关重要。 医用超声设备主要由三个部分组成，超声波发射系统、接收系统和成像系统。简单的说就是由超声探头发射并接收反射波，再将反射波的机械信号转换成电信号并成像于显示屏。因此，要想获得高质量的超声图像，不仅仅与超声设备的硬件相关，也与操作者的手动调节密切相关，就像照相机一样，不同场景需要更换不同的镜头，使用不同的光圈、快门等参数。超声成像亦是如此。 A型超声和B型超声 Amplitude-mode Ultrasound and Brightness-mode Ultrasound 超声波在人体内传播具有一定的方向性，传播过程中不断的发生反射、散射、折射等（图1），其中反射波被接收器接收，并被转换成电信号后，以振幅的形式显示于显示屏上，则称之为A型超声（Amplitude-mode Ultrasound），也就是说，A型超声只发射一条声束，显示器上也只显示该声束方向上所有反射点的反射强度，强度越大，振幅就越高（图2）。若反射波以灰度的形式显示于显示屏上，则称之为B型超声（Brightness-mode Ultrasound）。可以简单的理解为B型超声也只发射一条声束，但此条声束像探照灯一样在同一平面（切面）内呈扇形往返扫描，从而形成二维图像（图3）。  图1 超声波反射  图2 A型超声示意图，横坐标为扫差深度，纵坐标为回声强度，A型超声通过振幅的高低来表示回声强度。图中振幅较高的部位发生于肝脏的表现，而肝内组织均匀，振幅较小。A型超声主要用于测量脏器大小以及病变的声学性质。  图3 B型超声图像，图中蓝色箭头代表整体图像中的一条扫描线（可以理解成一维图像），整体图像是由数条扫描线拼接而成的二维图像，线的数量越多图像质量越高。 回声与透声 Echoes and Sound transmission 超声报告中常常有“高回声”“强回声”“透声良好”等术语。为了理清这些概念，我们要先了解一下反射和折射（图4），超声声束在传播过程中会发生反射和折射，在能量一定的情况下，反射越多，折射就会越少，反之亦然。反射越多，显示器相应位置的灰度就越亮，回声也就越高。一般情况下，根据回声强度，大体分为强回声、高回声、等回声、低回声和无回声。这里需要注意的是，回声的强度不能代表组织的密度，仅能代表反射界面前后组织的密度差异。因为反射的强度主要与反射界面的声阻抗差异相关，声阻抗差异又与反射界面的前后组织密度差异有关，也就是说，组织密度差异越大，声阻抗差异就越大，产生的反射就越多，回声也就越高（见表1）。 例如，人体内骨骼的密度明显高于周围组织，而气体的密度又远远低于周围组织，骨骼和气体均可与周围组织之间产生较大的密度差异，即存在较大的声阻抗差异，因此，当进入人体内的超声波遇到骨骼或者气体时都会发生全反射，即全部反射，此时显示器上相应的位置都会表现为强回声，同时，由于几乎没有声波穿透，所以反射界面的后方不再有超声波存在，也就不会显像了，此时超声图像表现为强回声的后方为无回声。 因此，只凭借一“强回声”就判断该部位组织密度增高或减低是不科学的。超声之所以不会常规检查骨骼、肺以及胃肠等脏器，其原因就是骨骼和气体相对于人体内其他组织密度差异过大，无法顺利通过其表面，进而无法清晰成像。这里，我们也可以思考一下，超声波检查时，耦合剂的作用又是什么？  图4 反射与折射，入射波的能量有限，反射波越多，折射波就越少  表1 组织密度差异与回声强弱的关系 此外，根据上述理论，液体内由于密度均一，几乎没有反射界面的存在，所以超声波在该区域畅行无阻，不发生反射，显示器上相应的部位也就没有回声，此时我们称之为无回声，比如正常的胆汁、尿液以及某些病理状态下的囊肿等均表现为无回声。若液体内存在一些组织碎片、血凝块等结构，就会产生反射，此时我们称之为透声差。比如，一般情况下，肝囊肿和肾囊肿内的液体密度均匀一致，透声良好，若囊肿合并出血，液体内出现血细胞聚集甚至血凝块等反射物，此时可描述为透声较差。 声窗 Acoustic window 也叫透声窗，顾名思义，是指声波能穿透的窗口。超声心动图检查时，由于心脏周围有肺气和骨骼的遮挡，超声波难以穿透。因此，临床上根据解剖特点，找到了几处可以避开骨骼和气体的部位，称之为声窗。一般常用的声窗包括胸骨上窝、胸骨旁肋间隙、剑突下等部位（图5）。经食道超声心动图则完全避开骨骼的干扰，显示更为清晰可靠（图6）。  图5 常用经胸超声心动图检查声窗  图6 经食道超声心动图示意图，超声探头位于心脏后方的食道内，避开了骨骼及绝大部分肺气的干扰，图像质量更高。 M型超声 M-mode ultrasound 是指在一条声束上所有反射光点随时间的运动曲线，横坐标代表时间，纵坐标代表组织深度（图7）。M型超声自1954年诞生以来，一直应用于临床一线，经久不衰，除了测量便捷以外，主要原因是其时间分辨率非常高，可以发现心脏运动过程中肉眼难以辨别的短暂异常。如今，随着科学技术的进步，曲线M型，彩色M型，组织多普勒M型等技术亦已得到广泛应用，并发挥着强大的作用。  图7 M型超声心动图：左图显示左心长轴切面，其中白色虚线为M型取样线；右图为取样线上所有反射点的时间运动曲线，本图显示的是二尖瓣前叶运动曲线。 增益 Gain 本意是指功率、电流等的放大倍数，医用超声领域中指的是反射波电信号的放大倍数，即通过放大反射波电信号来增加图像的亮度（切不可与调节显示器亮度相混淆）。超声波在人体内传播过程中，随着距离的增加，能量逐渐衰减，以至于较深的位置超声波的能量较低，此时我们可以通过增加增益的方法，增强图像质量。一般分为总增益和节段增益（图8）。总增益是通过调节整体图像的电信号，从而调整整体图像的亮度。节段增益是通过调节不同距离（深度）反射波电信号的强度，从而调整图像中某个感兴趣深度的亮度，进而更加清晰的显示感兴区域的图像质量。   图8 超声总增益和节段增益。总增益可调节图像整体亮度，图a至图d总增益逐渐增加；阶段增益是指调整某个或某几个深度的亮度；图e为近场增高，图f为远场增高，图g为三个不同深度增高。（近场是指声源附近的辐射场，超声心动图中是指离探头较近的区域，相反，离探头较远的区域称为远场） 分辨率与扫差深度 Resolution and sweep depth 众所周知，超声波的分辨率要远远低于X线，这主要是因为光波的波长比声波短，因此分辨率较高。但超声波的波长是可以调节的。根据公式【声速=波长x频率】可知，在声速恒定的情况下，提高超声的频率，就可以缩短波长，进而提高其分辨率。但超声波的频率又与穿透力呈负相关，即频率越高，穿透力越差，因此，在观察近距离组织（浅表组织）时，我们可以采用高频超声波（高频探头或线阵探头），在观察远距离组织（心脏、腹部脏器等）就需要通过降低频率来增加其穿透力，此时就不得不牺牲分辨率了。因此，面对各式各样琳琅满目的超声探头，我们选择的依据不仅仅是探头的名称，还要依据观察的部位、内容等灵活选择。比如，在观察心尖部附壁血栓时，由于常规心脏探头频率较低，穿透力较好，但对于近距离的心尖部位显示不够清晰，此时我们可以提高超声波频率甚至可以更换高频探头以便更清晰的显示血栓的形态及位置（图9）。综上所述，分辨率与扫差深度呈负相关，一定要根据观察内容的变化随时调节频率、深度等参数，以便获得更清晰的超声图像。 注：本文所讲的分辨率是指与波长相关的纵向分辨率，此外，还有横向分辨率，它与线密度和帧频等参数有关，这部分内容会在以后的学习中详细讲解。  图9 心尖部血栓，图a使用的是常规心脏探头（相控阵探头），心尖部血栓隐约可见，不够清晰；图b使用的是高频探头，心尖部血栓清晰可见，但由于频率较高，深部结构无法显示。 C型超声和D型超声 Color Doppler flow imaging and Dopler spectrum 1） 彩色多普勒和能量多普勒 彩色多普勒血流显像(color Doppler flow imaging，CDFI)是利用多普勒原理，对血流进行显像，并通过彩色编码显示血流的方向，即红色代表血流朝向探头，蓝色代表血流背离探头。同时彩色编码的亮度代表血流的速度（图10）。由于开头字母为C，所以也有人称之为C型超声，但这种叫法并不广泛。这里需要提到的是，人体内的血流大多以层流为主，红细胞的流速在同一层面的速度基本均匀一致，而在瓣膜狭窄或关闭不全时，层流遭到破坏，形成湍流、涡流等的非均匀状态，此时红细胞的流速和方向杂乱无章，相应的彩色血流显象则表现为五彩相间，借此我们可以判断病变所在（图11）。 图10 四腔心切面左心室内血流图像，白色箭头所示为血流标尺，位于上方的红色代表朝向探头的血流被编码为红色，相反，位于下方的蓝色代表背离探头的血流被编码为蓝色，并且颜色越亮，流速越高。图a中红色区域为舒张期二尖瓣口血流（朝向探头），图b中蓝色区域为收缩期左室流出道血流（背离探头）。 图11 二尖瓣狭窄时，舒张期二尖瓣口原有的单一红色血流变为明亮的五彩相间的花色血流信号。 能量多普勒又称为功率型彩色血流成像（Power-based color flow imaging），虽然也对血流信号进行彩色编码，但它只与观测范围内的红细胞的浓度相关，并且只有一种颜色。优点是可观测低速血流，缺点是无法分辨血流方向。该技术主要应用于腹部脏器、浅表组织等检查，超声心动图中很少用到。 2） 频谱多普勒 也是利用多普勒原理，将检测区域内血流的速度以时间-速度曲线的形式展现出来，横坐标代表时间，纵坐标代表血流的方向和速度（图12）。由于Dopler的开头字母为D，因此也称为D型超声。包括脉冲多普勒（PW）和连续多普勒（CW）两种形式。脉冲多普勒的特点是距离选通，即可以测量某一部位的血流速度，但测量范围受到一定的限制，无法测量较高的血流速度。连续多普勒的特点是速度选通，虽然不能定位测量，但测量范围不受限制，一般应用于瓣膜的狭窄和反流等的评估（图13）。 图12 频谱多普勒 图像显示的正常二尖瓣口频谱波形（PW），横坐标为时间，纵坐标为速度，中间的黄色横线为基线，基线以上的波形为朝向探头的血流，基线以下的波形为背离探头的血流。 图13 连续多普勒与脉冲多普勒 图像示肥厚型梗阻性心肌病，收缩期左心室流出道血流频谱，图a为CW测量，检测范围超过8m/s,图b为PW测量，检测范围不超过5m/s，无法完整测量。 附 超声心动图常用英文对照表 魏相东 主治医师、硕士研究生 河北燕达医院心内二科、原解放军第306医院 从事超声诊断工作20年，擅长心脏、腹部、浅表器官、外周血管及妇产等各类超声检查工作，其中以先天及后天性心脏病为主要研究方向。曾参与并获得全军科技进步三等奖两项（2011年，2013年）。 |
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