超声诊断的基本原理和应用课件整理.ppt
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- 超声 诊断 基本原理 应用 课件 整理
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1、超声诊断的基本原理和应用优选超声诊断的基本原理和应用一、基本概念一、基本概念超声波(超声波(ultrasound wave)是每秒振荡次是每秒振荡次数(即振动频率)在数(即振动频率)在20000赫兹(赫兹(HZ)以)以上,超过人耳听阈的声波,简称超声。上,超过人耳听阈的声波,简称超声。人耳可听到振荡频率在人耳可听到振荡频率在2020000HZ的声的声波,医用超声波是在波,医用超声波是在0.810兆赫兹(即每兆赫兹(即每秒振荡秒振荡0.810百万次)的超声波,低于百万次)的超声波,低于20HZ的叫次声波。的叫次声波。医用超声是由探头(即换能器)内的特制晶医用超声是由探头(即换能器)内的特制晶片在
2、主机所加的高频(在片在主机所加的高频(在20000HZ以上)交变电以上)交变电场作用下沿一定的方向作强烈的压缩和拉伸振动,场作用下沿一定的方向作强烈的压缩和拉伸振动,使电振荡转换为机械运动,从而产生纵波。这种使电振荡转换为机械运动,从而产生纵波。这种由逆压电效应产生的高频脉冲波或连续波即为超由逆压电效应产生的高频脉冲波或连续波即为超声波。声波。压电效应(在兽医超声诊断方面)可简单解释压电效应(在兽医超声诊断方面)可简单解释为机械压力和电能通过超声波的介导而相互发生为机械压力和电能通过超声波的介导而相互发生能量转换。压电效应的发生必需借助具有良好压能量转换。压电效应的发生必需借助具有良好压电性质
3、的晶体物质,即压电晶片(电性质的晶体物质,即压电晶片(Piezoelectric wafer),如石英、钛酸钡、锆钛酸铅、硫酸锂),如石英、钛酸钡、锆钛酸铅、硫酸锂等,最常见的是锆钛酸铅。等,最常见的是锆钛酸铅。二、超声的传播特点 向其它物理波一样,超声波在介质向其它物理波一样,超声波在介质中传播时亦发生透射、反射、绕射、中传播时亦发生透射、反射、绕射、散射、干涉及衰减等现象。散射、干涉及衰减等现象。(一)透射一)透射 Transmission 超声可以穿过某一介质或通过两种介质的超声可以穿过某一介质或通过两种介质的界面而进入第二种介质内称为超声的透射界面而进入第二种介质内称为超声的透射(Tr
4、ansmission)。)。除介质外,决定超声透射能力的主要因素除介质外,决定超声透射能力的主要因素是超声的频率和波长。超声频率越大,其是超声的频率和波长。超声频率越大,其透射能力(穿透力)越弱,探测的深度越透射能力(穿透力)越弱,探测的深度越浅;超声频率越小,波长越长,其穿透力浅;超声频率越小,波长越长,其穿透力越强,探测的深度越深。因此,临床上进越强,探测的深度越深。因此,临床上进行超声探查时,应根据探测组织器官的深行超声探查时,应根据探测组织器官的深度及所需的图像分辨力选择不同频率的探度及所需的图像分辨力选择不同频率的探头。头。超声波反射的强弱主要取决于形成声学界超声波反射的强弱主要取决
5、于形成声学界面的两种介质的声阻抗差值,声阻抗差值面的两种介质的声阻抗差值,声阻抗差值越大,反射强度越大,反之则小。两种介越大,反射强度越大,反之则小。两种介质的声阻抗差值只需达到质的声阻抗差值只需达到0.1%,即两种物,即两种物质的密度(质的密度(Density)差值只要达到)差值只要达到0.1%,超声就可在其界面上形成反射,反射回来超声就可在其界面上形成反射,反射回来的超声称回声(的超声称回声(Echo)。)。反射强度通常以反射系数表示:反射强度通常以反射系数表示:反射系数反射系数=反射的超声能量反射的超声能量/入射的超入射的超声能量。声能量。空气的声阻抗值为空气的声阻抗值为0.000428
6、,软组织的声,软组织的声阻抗值为阻抗值为1.5,二者声阻抗值相差约,二者声阻抗值相差约4000倍,倍,故其界面反射能力特别强。临床上在进行故其界面反射能力特别强。临床上在进行超声探测时,探头与动物体表之间一定不超声探测时,探头与动物体表之间一定不要留有空隙,以防声能在动物体表大量反要留有空隙,以防声能在动物体表大量反射而没有足够的声能达到被探测的部位。射而没有足够的声能达到被探测的部位。这 就 是 超 声 探 测 时 必 须 使 用 耦 合 剂这 就 是 超 声 探 测 时 必 须 使 用 耦 合 剂(Coupling Medium)的原因。)的原因。超声诊断的基本依据就是被探测部位回声超声诊
7、断的基本依据就是被探测部位回声状况。状况。(三)(三)绕射绕射Diffraction 超声遇到小于其波长一半的物体时,会绕超声遇到小于其波长一半的物体时,会绕过障碍物的边缘继续向前传播,称绕射或过障碍物的边缘继续向前传播,称绕射或衍射(衍射(Diffraction)。实际上,当障碍物)。实际上,当障碍物与超声的波长相等时,超声即可发生绕射,与超声的波长相等时,超声即可发生绕射,只是不很明显。只是不很明显。根据超声绕射规律,在临床检查时,应根根据超声绕射规律,在临床检查时,应根据被探查目标的大小选择适当频率的探头,据被探查目标的大小选择适当频率的探头,使超声波的波长比探查目标小得多,使超使超声波
8、的波长比探查目标小得多,使超声波在探查目标上不发生绕射,把比较小声波在探查目标上不发生绕射,把比较小的病灶也检查出来,提高分辨力。的病灶也检查出来,提高分辨力。(四)(四)超声的散射与衰减超声的散射与衰减Attenuation 超声在介质内传播时,会随着传播距离的超声在介质内传播时,会随着传播距离的增加而减弱,这种现象称作超声衰减增加而减弱,这种现象称作超声衰减(Attenuation)。)。引起超声衰减的原因是:引起超声衰减的原因是:(1)超声束的扩散以及在不同声阻抗街面)超声束的扩散以及在不同声阻抗街面上发生的反射、折射、散射等,使主声束上发生的反射、折射、散射等,使主声束方向上的声能减弱
9、;方向上的声能减弱;(2)超声在传播介质中,由于介质的粘滞)超声在传播介质中,由于介质的粘滞性(内摩擦力)、导热系数和温度等的影性(内摩擦力)、导热系数和温度等的影响,使部分声能被吸收(声能吸收),从响,使部分声能被吸收(声能吸收),从而使声能降低。而使声能降低。声能的衰减与超声频率和传播距离有声能的衰减与超声频率和传播距离有关。超声频率越高,传播距离越远,关。超声频率越高,传播距离越远,声能的衰减,特别是声能的吸收衰减声能的衰减,特别是声能的吸收衰减越大;反之,声能衰减越小。越大;反之,声能衰减越小。动物体内血液对声能的吸收最小,其动物体内血液对声能的吸收最小,其次是肌肉组织、纤维组织、软骨
10、和骨次是肌肉组织、纤维组织、软骨和骨骼。骼。(五)(五)多普勒效应多普勒效应 Hristian Doppler(1803-1853)发现,)发现,声源与反射物体之间出现相对运动时,声源与反射物体之间出现相对运动时,反射物体所接收到的频率与声源所发反射物体所接收到的频率与声源所发出的频率不一致,当声源向着反射物出的频率不一致,当声源向着反射物体运动时,声音频率升高,反之降低,体运动时,声音频率升高,反之降低,此种频率发生改变(频移)的现象称此种频率发生改变(频移)的现象称为多普勒效应(为多普勒效应(Doppler Effect)。)。频移的大小取决于声源与反射物体间频移的大小取决于声源与反射物体
11、间相对运动速度。相对运动速度。速度越大,频移越大,反射物体所接速度越大,频移越大,反射物体所接收的声音频率增高的越多,声响越强;收的声音频率增高的越多,声响越强;声源与反射物体反向运动时,反射物声源与反射物体反向运动时,反射物体所接收的声音频率比声源发射的频体所接收的声音频率比声源发射的频率要小,故反射物体所接受的声音比率要小,故反射物体所接受的声音比实际音响要小。实际音响要小。三、超声的分辨性能三、超声的分辨性能(一)超声的显现力(一)超声的显现力Discoverable Ability 显现力是指超声能检测出物体大小的能力。能被显现力是指超声能检测出物体大小的能力。能被检出物体的直径大小常
12、作为超声显现力的大小,检出物体的直径大小常作为超声显现力的大小,能被检出的最小物体直径越大,显现力越小;能能被检出的最小物体直径越大,显现力越小;能被检出的物体直径越小,显现力越大。被检出的物体直径越小,显现力越大。理论上讲,超声的最大显现力是波长的一半,如理论上讲,超声的最大显现力是波长的一半,如5.0MHz的超声波长为的超声波长为3.0mm,其显现力为,其显现力为1.5mm。实际上,病灶要比超声波波长大数倍时。实际上,病灶要比超声波波长大数倍时才能发生明显的反射,故超声频率越高,波长越才能发生明显的反射,故超声频率越高,波长越短,其显现力也越高,但穿透能力会降低。短,其显现力也越高,但穿透
13、能力会降低。不同频率超声与显现力的关系不同频率超声与显现力的关系频率(频率(MHz)2.25 2.5 5.0 7.0 10显现力(显现力(mm)3.35 3.0 1.5 1.05 0.75探测的组织或病灶与探头的距离应大于1/2脉冲宽度,才能被检出,小于1/2脉冲宽度的近场称为盲区,实际上,盲区深度比脉冲宽度的1/2要大数倍。810百万次)的超声波,低于20HZ的叫次声波。于左侧肘下5-8肋间可清晰地显现心跳,不同切面可找到心房、心室、房室间隔及二、三尖瓣,配合M超可辩别各部位的活动情况。(三)绕射Diffraction1、横向分辨力LateralResolution实际上,当障碍物与超声的波
14、长相等时,超声即可发生绕射,只是不很明显。(三)超声的透入深度TransmittingdepthB型超声诊断法是将回声信号以光点明暗,即灰阶(Grayscale)的形式显示出来。1)液性暗区:超声不在液体中反射,加大灵敏度后暗区内仍不出现光点:如为浑浊的液体,加大灵敏度后出现少量光点。较强回声或回声增强:指辉度高于正常组织器官的回声强度(辉度)。兽医超声诊断仪的种类很多,不论什么样的超声诊断仪都是由探头、主机、信号显示、编辑及记录系统组成。压电效应的发生必需借助具有良好压电性质的晶体物质,即压电晶片(Piezoelectricwafer),如石英、钛酸钡、锆钛酸铅、硫酸锂等,最常见的是锆钛酸铅
15、。0MHz的超声波长为3.810百万次)的超声波,低于20HZ的叫次声波。能被检出的物体直径越小,显现力越大。声源与反射物体反向运动时,反射物体所接收的声音频率比声源发射的频率要小,故反射物体所接受的声音比实际音响要小。810兆赫兹(即每秒振荡0.B型(Brightnessmode)超声诊断法:声源与反射物体反向运动时,反射物体所接收的声音频率比声源发射的频率要小,故反射物体所接受的声音比实际音响要小。超声遇到小于其波长一半的物体时,会绕过障碍物的边缘继续向前传播,称绕射或衍射(Diffraction)。(二)超声的分辨力(二)超声的分辨力 超声的分辨力(超声的分辨力(Resolution o
16、f Ultrasound)是在超声能够区分两个物体)是在超声能够区分两个物体间的最小距离。间的最小距离。根据方向不同,将分辨力分为:根据方向不同,将分辨力分为:横向分辨力或侧分辨力(横向分辨力或侧分辨力(Lateral Resolution););纵向分辨力(纵向分辨力(Depth Resolution)或轴)或轴向分辨力(向分辨力(Axial Resolution)。)。1、横向分辨力、横向分辨力 Lateral Resolution 横向分辨力是指超声能分辨与声束相垂直横向分辨力是指超声能分辨与声束相垂直的界面上两物体(或病灶)间的最小距离,的界面上两物体(或病灶)间的最小距离,以以mm计
17、。计。决定超声横向分辨力的因素是声束直径,决定超声横向分辨力的因素是声束直径,声束直径小于两点间的距离时,就能区分声束直径小于两点间的距离时,就能区分这两个点;这两个点;声束直径大于两点间的距离时,两个点在声束直径大于两点间的距离时,两个点在屏幕上就会变为一个点。屏幕上就会变为一个点。决定声束直径的主要因素是探头中的决定声束直径的主要因素是探头中的压电晶片界面的大小和超声发射的距离。压电晶片界面的大小和超声发射的距离。压电晶片发射出的超声以近圆柱体的压电晶片发射出的超声以近圆柱体的形式向前传递,这被称为超声波的束射性;形式向前传递,这被称为超声波的束射性;随着传播距离的加大,声束直径会因为声随
18、着传播距离的加大,声束直径会因为声束的发散而加大,但近探头处声束直径略束的发散而加大,但近探头处声束直径略同于压电晶片的直径。如用聚焦探头,超同于压电晶片的直径。如用聚焦探头,超声发出后,声束直径会逐渐变小,在焦点声发出后,声束直径会逐渐变小,在焦点处变的最小,随后又增大。高频超声可以处变的最小,随后又增大。高频超声可以增加近场。因而,为提高横向分辨力,可增加近场。因而,为提高横向分辨力,可使用高频聚焦探头。使用高频聚焦探头。2、纵向分辨力、纵向分辨力Depth Resolution:纵向分辨力是指声束能够分辨位于超声轴纵向分辨力是指声束能够分辨位于超声轴线上两物体(或病灶)间的最小距离。决线
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