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超声诊断学 第一章 超声诊断的成像原理与应用 第一节 超声成像的物理基础 超声拨是指波震动频率每秒超过2万赫兹(Hz),即超过人耳听觉频率的一种声波.医学常用的诊断性超声波频率范围一般在2-30兆赫(MHz). 超声成像(ultrasonography,USG)就是利用超声波的物理特性与人体组织器官的声学特性相作用而产生的信息,经放大和处理后形成图象和曲线,用来探测人体病变的部位,性质和范围的一种检查方法. 一,声波的周期,频率,波长与声速 超声波在介质中一次全振动,也就是质点在平衡位置往返摆动一次所需的时间为超声波的周期(T).在1秒时间内完成全振动的次数为频率(f),频率单位为Hz(赫兹),既每秒振动1次.频率与周期的关系互为倒数,既f=1/T. 声波在介质中每秒传播的距离为声波的传播速度,简称声速(c),单位为米/秒(m/s)或厘米/秒(cm/s).超声的声速大小与介质的密度及弹性有密切关系. 在人体内影响声速的主要因素是组织密度.密度较大的组织,声速也较快,例如人体软组织声速平均为1540m/s,而骨与软骨约为4500m/s. 一个振动周期内超声波波动传播的距离称为波长(λ).波长(λ),声速(c)与频率(f)关系可以下列表达λ=c/f,频率越高则波长越短,反之亦然. 二,超声波的束射性,声阻抗与声衰减 由于超声波频率很高,波长很短,故在介质中呈直线传播,具有良好的束射性或称指向性.但超声声束在远场区有一定的扩散,在声场的两侧边缘形成扩散角.超声成像中多使用聚焦式声束,以提高成像质量. 声阻抗(Z)是介质密度(g/cm3)与声速(cm/s)的乘积,表达式为声阻抗(Z)=密度(p) ＊声速(c).超声检查时回声水平的强弱取决于构成界面的各种组织之间声阻抗值的大小,差值越大,回声水平越强,否则相反. 声衰减是指超声在介质中传播时声能随着传播距离而减弱的现象.声衰减的原因有三: 一是由于介质的粘滞性,导热性和弛豫性使声能吸收耗损; 二是超声束在远场因扩散角而导致能量分散; 三是超声在声阻抗不同的介质分界面上产生反射和折射. 超声衰减的程度在生物组织中主要与组织中蛋白质和水的含量有关,在蛋白质中又以胶原蛋白的吸收最为显著,而水的吸收系数最小.对于同一种组织,其超声衰减则随频率的增高而增大. 三,超声波的反射,折射,透射与散射 超声波在介质中传播入射至声阻抗不同的两种介质的界面上时,如果介质面的线度大于声束波长,便产生反射(声束与界面垂直时)或折射(声束与界面不垂直时). 超声波若透过下一介质界面向深层传播称为透射.如遇到界面远小于波长的微小粒子并相互作用后,大部分超声能量继续向前传播,小部分能量激发微粒振动,形成新的点状声源以球面波方式发射,称为散射. 人体内的散射源主要是血液中的红细胞和脏器官内的微细结构.超声检查就是利用这些细胞和结构产生的反射和散射,对人体各组织的信息进行诊断分析 四,超声波的分辨力,透射性与波长,频率的关系 超声波能够区分两个相邻界面之间最短距离的能力称为分辨力,亦既超声波所能探测物体的最小直径.超声波的分辨力,透射性均与超声频率有关,频率越高,波长越短,分辨力越强,透射性越弱;反之则频率低,波长长,分辨力低,透射性强. 因此检测表浅脏器如甲状腺,乳腺,眼球等,多采用10兆赫以上的高频探头,以提高其分辨力;而对心脏,腹部等深部脏器,则采用2.5-3.5兆赫的低频探头,以增加其穿透性. 五,超声多普勒效应 等声源和介质发生相对运动时,介质接受到的频率与声源的固有频率之间会产生一定差异(频移),这种现象称为多普勒效应(Doppler effect). 如果面朝向探头运动,频率升高;若界面背离探头运动,则频率减低;界面活动越快,频移数值越大.心壁,血管壁,瓣膜等的运动和血液(主要是红细胞)流动均可引起多普勒效应 声阻抗特性,声衰减特性和多普勒特性是超声成像的最基本的物理特性. 六,人体组织的声学特征 体内各种组织结构复杂,声学特性有很大差异.如胆汁,胸腹水,尿液等均质物体,超声对其不产生界面反射,故表现为无回声暗区(无反射型). 肝,脾等实质性组织因密度不一,B型超声表现为低-中等强度的均匀细颗粒光点回声,为低-中等回声区(少反射型).心瓣膜,血管壁,结石等与其周围组织形成明显界面,多形成高回声区(多反射型). 肺,胃,肠道等含气组织器官,由于软组织与空气间形成的界面声阻差太大,声波几乎全部反射,而界面后