超声成像的物理原理

第二节  人体组织对超声的作用

1. 声阻抗及界面
   

⑴声阻抗（z） 介质的密度(ρ)×声速(c)   z=ρc

                        不同组织Z不一样

⑵界面  两种具有不同声阻抗的介质的接触面

 大界面：界面尺寸大于超声波长，大界面产生反射、折射

 小界面：界面尺寸小于超声波长，小界面反射、散射

     人体软组织及脏器结构声阻抗的差异构成很多界面，折射、散射，才能收到各层组织回声信息，才能形成声像图

     2. 反射与折射

1）反射：

   入射声束与大界面的作用，一部分超声能量会返回到原来的介质中

   反射信号是声像图的主组成部分

·    反射的示意图

三个条件：

  同一平面

  位于法线两侧

  入射角=反射角

2）折射：

  入射声束与大界面作用时，一部分进入的另一面的介质

    第二种介质的声速大于第一种时，折射角大于入射角；

    如果折射角大于90°时，入射声能全部返回，称全反射。

    折射声束可作为入射声束进入下一种介质，多次折射过程会产生折射声影效应→声像图误差

    对声像图的影响：折射声影/侧后声影 。胃肠及肺探测时多见

3）散射 超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物时，将有一部分能量被散射

    红细胞是散射体，其背向散射是多普勒超声诊断的基础

4）绕射

    界面/障碍物尺寸与入射超声波长大小相当时，声束可绕过界面/障碍物前进、基本不发生反射

    绕射使入射声束发生方向偏转

5）衰减

   定义：超声在介质内的传播过程中，声波能量随传播距离的增大而逐渐减少的现象

   ◆ 主要原因：大界面的反射

                        小界面的散射

                        介质的吸收

                        声束的扩散

   ◆不同组织，衰减程度不同。

       蛋白质衰减比水大，含水多的组织衰减小

   ◆相同组织，入射深度越大，衰减越大

   ◆相同组织，入射超声频率越高，衰减越大

   ◆仪器调节时，可以调节“深度增益补偿”

第三节 超声对人体组织的作用

1. 超声生物效应     热效应  

                                 机械效应 

                                 空化机制 

                                 化学作用

     概念：

    当一定剂量的超声波在生物体内传播时，通过超声与生物组织的相互作用，可以引起生物体的功能、结构或状态的变化，称之超声生物效应，会导致人体组织的损伤

        低声强长辐照时间————热效应

        高声强短辐照时间————空化效应

        两者之间————机械效应

1）热效应 

  超声传播时，部分能量被介质吸收→热量→介质温度升高    

  用于：理疗、加温治癌

2）机械效应 

  生物组织在声场作用下

     →剧烈机械运动

     →影响生物组织的结构、功能、生理活动

3）空化机制

   超声声能使生物组织中的气泡活性改变

      →局部高压、高温、放电现象           

   用于：超声造影

4）化学作用 

  增加化学反应速度，促进氧化、分解

2.超声诊断的安全性

  非电离辐射  能量作用于人体产生作用

 1）超声强度的计算方式

    空间平均时间平均声强；

    空间峰值时间平均声强；为多个国家和组织采用

    空间平均时间峰值声强；

    空间峰值时间峰值声强。

 2）安全声强（美国FDA，我国超声标准化委员会推荐）

   空间峰值时间平均声强：＜100毫瓦/平方厘米

3.超声诊断的注意事项

   ①医学上具有明确理由时——√

  ②商业显示、获得实验图像——×（特别对孕妇）

  ③在获良好图像质量和取得必要信息前提下，尽可能减小超声诊断设备的输出强度

  ④超声探测应遵循的原则

     在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术

     必须坚持最小剂量原则

     拒绝一切与诊断无关的胎儿超声显像

     早孕胚胎不做或少做超声探测；对胎儿定期超声探测时控制在3～5分钟之内完成

⑤超声探测的注意事项

  成人超声探测

                      每一固定切面持续检查时间

          颅脑                    ＜2min

          眼球                    ＜0.5min

          卵巢、睾丸          ＜1min

产科超声探测

    早孕孕妇 ——不作为常规

    习惯性流产/先兆流产症状者 ——3个月内不建议做，必要时，＜1min

    胎儿 ——脑、心、眼、脊髓，＜2min， 检查时不断移动探头

新生儿超声探测

     颅脑       ＜1min

     心脏       ＜2min

小结

知识点：超声波的定义

              正压电效应

              逆压电效应

              衰减

重点：超声对人体的作用

           超声安全性问题

难点：人体组织对超声的作用