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声波的基本物理性质 一、声波 (一）声波的频率、周期和速度声波的频率、周期和速度 声源的振动产生声波，声波又有纵波、横波和表面波三种形式。其中纵波是一种疏密波，就好像一根弹簧上产生的波。用于人体诊断的超声波是声源振动在弹性介质中产生的纵波，声波在介质中传播，介质中质点在平衡位置来回震动一次，就完成一次全振动，一次全振动所需要的时间成为振动周期，在单位时间内全振动的次数称为频率。 （二）声阻抗 声波在媒介中传播，其传播的速度与媒质密度有关。 二、超声波 超声波就是频率大于20KHz，它也属于纵波，可以在固体、液体和气体中传播，并且具有与声波相同的物理性质。 三、束射性 四、反射和折射 五、散射与衍射 六、超声波的衰减 超声发展和原理 一、超声诊断学 现代科技（电子技术、计算机科学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。 二、超声发展史 A型：超声示波诊断法——幅度调制型，以波形显示界面回波。纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播深度。属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于1958年应用于临床。 M 型：超声光点扫描法——M型超声心动图。纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强度。属一维显示，反应界面随时间的运动曲线，1961年应用于临床。 B型：超声显像诊断法——辉度调制型。即以光点的形式显示二维切面图形。仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、显示器。20世纪70年代初应用于临床，70年代中后期采用了灰阶及DSC技术，实时超声图像质量大大改善，于80年代迅速发展并普及，90年代后期进入全数字化时代。 DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器,使数字信号转变成标准电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。 D型：超声频移诊断法——Doppler频谱、CDFI、CDE、DTI等，1983年日本Aloka公司研制出世界 上第一台彩超，并首先规定朝向探头与背向探头的血流分别以红色及蓝色显示。20世纪90年 代彩超迅速普及，90年代后期进入全数字化时代。 三维超声：20世纪90年代开始应用于临床。 三、超声诊断的优点、局限性及临床应用 1、超声与普通X-CT等影像技术相比有以下优点： （1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。 （2）直观实时显示检查器官与病灶的切面图像。 （3）对活动脏器（如心脏）能实时动态显示其切面图像，便于观察。 （4）能发挥管腔造影功能，而无需任何造影剂。 （5）对软组织内的病灶有良好的分辨力，能清晰显示实质性器官中2—3mm的囊性或实质性病灶。 2、超声诊断的局限性： 超声对含气性器官透射率太低,诊断受到限制。 四、 压电效应 压电晶体在机械应力的作用下,会在晶体表面产生电荷,反之，若对晶体施以交变电场，晶体也会产生应力变形，这种机械能与电能互相转变的现象称压电效应。前者称正压电效应，后者称逆压电效应。 五、超声波的发射和接收：电—声转换 1、 超声波的发射利用了逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将在厚度方向上产生胀缩变形，即振动。这个振动的晶片即成了超声波的声源，当振动频率超过2万Hz时即为超声波。 2、 超声波的接收利用了正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上时，相当于对其施加一外力，晶体表面将产生携带回声信息的微弱电信号，这种电信号经放大、处理后即能在显示器上以光点形式显示用于诊断的声像图。 六、 超声探头的基本结构和功能结构 （1）压电晶体：产生压电效应，与发射及接收超声有关。目前常用压电陶瓷材料是锆钛酸铅。 （2）吸声背块（背材）：吸收背向辐射的超声，提高纵向分辨力。 （3）匹配层（面材）： A、导声作用（声阻抗匹配） B、保护电极与晶体。 声阻抗匹配条件： A、匹配层厚度d=1/4λ。 B、匹配层声阻抗Z22= Z1*Z3。 （4）聚焦件：在匹配层前方加聚焦件（几何、电子），使声束聚焦，从而提高横向分辨力。 （5）电极与电路： 发射及接收超声波，起换能器作用。 七、探头的主要参量 1、 频率：一般在2—20MHz之间，低频探头适用于深部器官检查，高频探头适用于浅表器官检查。 2、 分辨力：包括时间分辨力、空间分辨力与对比分辨力。 A、时间分辨力：指帧频，腹部实时超声要求18cm深度时，帧频大于25帧/ s，心脏实时超声要求18cm深度时，帧频大于30帧/s。 B、空间分辨力：指超声探头能分辨空间相邻两个点之间最小距离的能力。包括纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。 纵向分辨力：超声探头能区分声束轴线上相邻两点之间最小距离的能力。与探头频率有关,探头频率越高,分辨力越高,理论上约λ/2,实际上3.5-5MHz探头纵向分辨力约1mm。 侧向分辨力：指声束扫描平面内垂直于声束方向(探头长轴方向)的分辨力,与声束宽度有关。3.0-3.5MHz探头侧向分辨力约2mm。 横向分辨力：指声束扫描平面的厚度方向上（探头短轴方向）的分辨力,与声束宽度有关。 C、对比分辨力：指灰阶级数（由白到黑的灰阶等级），现代超声仪一般256级。 3、 穿透力：超声在介质中传播时，能量不断衰减，到达一定深度时，不能产生可被接收的反射。能产生有效反射回声的传播距离，就是穿透力，与频率有关，频率越高，穿透力越低。 八、 探头的种类 1、按扫描方式分：线阵、凸阵、扇扫（包括机械式与相控阵）、三维容积探头。 2、低频探头（2-5MHz）、高频探头（大于5 MHz）。 3、单频探头（一个中心工作频率）、宽频探头（工作频率范围宽,带宽系数大于0.5）、变频探头（频率可变，有二个或二个以上的中心工作频率）、宽频+变频。 九、 超声耦合剂的作用 1、排除空气，增加透声，起导声作用。 2、要求超声偶合剂的声阻抗接近于人体软组织平均声阻抗。 超 声 检 查 方 法 一、 检查前病人准备 妇科检查：充盈膀胱。经阴道超声检查不必充盈膀胱。 二、仪器准备与调节 1、探头频率选择：原则是在保证超声穿透力的前提下尽量选用频率较高的探头,以提高图像分辨力。 通常成人腹部3-3.5MHz； 经阴道或直肠检查5-10MHz。 2、扫描方式选择： 腹部与妇科：凸阵 3、显示器对比度与亮度调节：设置好后，一般不调节。 4、增益调节：包括总增益和时间增益控制（TGC），原则是在图像清晰、亮度均匀的前提下尽量调低。 5、其他调节：深度、聚焦(包括焦点位置与数量)、动态范围(一般60-80dB)、扫描线密度、声输出、帧频（FR=C/2ND，C介质声速，N扫描线密度，D扫描深度）。 三、扫查方法 1、连续滑行扫查； 2、立体扇形扫查； 3、十字交叉扫查； 4、加压扫查； 5、对比扫查； 扫查原则：选择适当声窗，全面、连续、顺序扫查，并配合体位与呼吸。 超声声像图分析 异常回声 1．实性组织：实质性组织常有明确边界或包膜，实质可呈低至高不同水平回声，内部可有管道状结构出现，提高仪器的总增益，整个结构回声水平都有不同程度提高。 完全实性或以实性成分为主（占75%以上）。局限性实性回声病因复杂如肿瘤、炎症、瘢痕、钙化等。其声像图特点是内部有回声。但是，注意内部有回声者不一定都是实性的。 2．液体：液体与周围结构之间有鲜明分界，液体的回声强度总是最低的，在声像图上表现为无回声区，其后方回声增强，提高仪器增益，液区的回声水平无改变。在超声诊断术语中，“囊性”意指任何内含液体的结构，不特定指囊肿。囊肿是囊性回声中最常见的病变。根据其内部回声，又分为单纯性囊肿和复杂性囊肿。单纯性囊肿是指囊壁薄而均匀，无实性结节；囊液透声好，内部无回声；后方回声增强。复杂性囊肿是指病变具有囊性的主要特征，即有明确地壁，内部以液体为主。但是不完全具备单纯囊肿的特征。如囊壁较厚或不均匀、有实性回声（钙化、软组织、沉积物等）、薄厚不均匀的分隔等。复杂囊肿有恶性的可能。 3．气体：气体回声强度是最强的，依气体所在部位不同，其声像图表现亦有所不同，位于消化管腔内的气体呈团、块状强回声，其后常伴不纯净的声影；位于实性脏器中小管腔内的气体呈线状或条索状强回声，其后有“混响”伪差，呈“彗星尾”征，与体内金属的“彗星尾”征相比，其形态不稳定。 4．骨骼：典型声像图特征为强回声，其表面形态可清晰显示，为条状、块状强回声，伴有完全的声影。 5．结石及钙化灶：典型的声像图特征是点状或团块状强回声伴声影，但由于结石大小、形态、成分的差别及其在超声束内的位置不同，声像图也会有所不同，例如质地松散含钙盐较少的结石，声影可不明显。 6.混合性：病变内既有液体无回声，也有实质性回声。可为肿瘤（包括实性肿瘤坏死液化、含实性成分较多的囊性肿瘤）、脓肿、血肿等。 7.局限性回声异常：多数为病理性，其中以肿瘤最为重要，其次为炎症。以其回声特征，大致可以分为囊性、实性和混合性三大类型。每一类型都有良性或恶性。 超声声像图主要分析内容被检目标的观察包括以下几方面： 1．位置和活动度：可通过分析目标自体表的投影位置，结合触诊和对解剖标志的识别进行定位；通过改变体位，再结合触诊了解目标活动度。 2．大小和形态特征：描述目标的形态并测量其大小。 3．内部回声：分析目标的内部回声特征及其均匀性，若内部有局灶性病变或管道结构等，要描述其部位、数目、大小、形态、回声特点等。 4．边缘回声：分析目标的边缘回声的强、弱情况以及完整与否。 5．后方回声：分析目标后方有无回声增强、衰减和声影。 6．周围组织改变：相关结构或器官的变化，包括粘连、压迫、浸润、血流改变、淋巴结肿大等。 伪像的识别 超声伪像是指超声显示的断层图像与相应解剖断面之间存在的差异，它是由超声本身的物理性质（反射、折射、散射、衰减等）、仪器性能（发射、接收、处理）和检查者操作等多种原因造成的非人体本身的声像图附加成分。它可使声像图失真，造成漏诊与误诊。另一方面，我们也可利用某些特征性的伪像诊断疾病。 常见超声伪像如下： 1、混响——即多次反射，由声束垂直入射到平整界面引起。 2、多次内部混响—－即振铃效应，指超声在靶内来回反射，形成特征性的彗星尾征。 3、厚度伪像——即部分容积效应,由声束厚度引起。是该断层容积中一定厚度范围内信息的叠加。 4、旁瓣伪像——由旁瓣反射造成，如狗耳征、披纱征。 5、声影——强反射体或声衰减大的物体产生。有干净声影、模糊声影。 6、后方声增强——反射体声衰减很小。由深度增益补偿（TGC或DGC）引起。 7、折射声影——超声入射角超过临界角，产生全反射，因此在界面之后产生声影，如侧边声影。 8、镜面伪像：在大而光滑的界面上产生，如膈肌两侧的镜面伪像。 9、声速失真：超声成像假设人体各组织声速均为1540m/s所致测量误差。 超声检查方位与声像图描述 H：显示频左侧代表左侧；F：显示频的右侧代表足部；A：显示频的上方代表腹部；P：显示频的下方代表背部； R：右侧；L：左侧。 纵断面——探头置于病人的腹部或背侧，声束平面于身体的长轴平行获取的声像图。 横断面——探头置于病人的腹部或背部声束平面与身体的长轴垂直获得的超声断层图。 冠状断面——声束平面与身体的长轴平行。左冠状断面：图像上方代表左侧，下方代表右侧。右冠状断面：探头置于身体右侧，扫描平面与身体的长轴平行所获得的超声断层图。声像图的上方代表右侧，下方代表病人的左侧；冠状断面声像图的头端和足断的表示方法与纵断面相同。 斜断面——声束平面与身体的长轴形成一定角度扫描所获得的声像图。 声像图描述 （一） 回声强弱描述： 声像图是以灰阶显示的，它所反映的是回声的有无和强弱， 根据图像的明暗，回声大致分为： 1． 高水平回声 称强回声或高回声，在声像图的灰阶等级中最亮，表示回声最强，如肾窦、结石、气体的回声。 2． 中等水平回声 亦称等回声，在声像图的灰阶等级中低于高水平回声，一般以正常肝实质回声为标准。 3． 低水平回声 亦称弱回声，在声像图的灰阶等级中低于中等水平回声，表示回声较弱，如正常的肾实质和淋巴结回声。 4． 无回声 超声在均匀的介质中传播无界面反射，在声像图上显示为暗区，亦被称为暗区或液性暗区，如膀胱内的尿液。 回声强弱的命名：a为强回声；b 为等回声；c为弱回声；d 为无回声；e为声影。 （二） 根据回声分布的均匀程度描述 按声像图中的回声分布的均匀程度分为“均匀”和“不均匀”。不均匀中有强弱的不均匀、粗细的不均匀和结构的不均匀。按回声分布的密集程度分为“密集”、“稀疏”和“散在”。 （三） 根据回声形态、大小描述 人体各个部位和病变区具有不同的回声特征，在声像图上表现为响应的形态与大小，大致有以下类型： 1． 点状回声 亦称光点，回声呈细小点状，可以是比较迷漫的、散在的或局限的。 2． 斑状回声 亦称光斑，回声可以是斑片状或者是斑点状，可以是散在的或者是迷漫分布的。通常代表非均质性结构。 3． 团块状回声亦称光团，回声聚集成结节状、团块状，有一定边界，通常用来形容较大的肿物、较大的结石和含气性内容物。 4． 带状回声 亦称光带，回声排列呈带带状或线状，有粗有细，长用来形容脏器表面的包膜和囊肿的分隔等。 5． 环状回声 亦称光环，回声排列呈圆环状。 （四） 根据回声产生的部位描述 1． 边界回声 指来自肿块或脏器边缘的回声。 2． 内部回声 指来自脏器或病变内部的回声。 3． 后方回声 指来自脏器（如子宫）或病灶（囊肿、结石等）后方的回声，如“后方回声增强”、“后方回声衰减”等。 （五） 根据声像图征象描述 某些病变在声像图上具有特征性表现，下面是常见的特殊征象： 1． 靶环征 又称牛眼征，主要指肿物周围低水平回声，中央区回声较强，形似靶心，多见于转移性肿瘤。 2． 慧星尾征 指体内的异物（如节育器）、微小钙化灶、气体等回声的后方伴随的强回声，酷似慧星尾。） |
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