1、第八章 超声成像主要内容 第一节 超声的物理基础 第二节 超声成像的基本原理 第三节 超声波成像技术第一节 超声的物理基础 （一）超声波的概念 频率在 2万赫兹以上的机械振动波，称为超声波（ultrasonic wave），简称超声（ ultrasound）。能够传递超声波的物质，称为传声介质，它具有质量和弹性，包括各种气体、液体和固体；传声介质有均匀的、不均匀的；有各向同性的、各向异性的等。超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。 （二）超声波的产生 医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的，这种换能器又称为探头，能将电能
2、转换为超声能，发射超声波，同时，它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。探头具有发射和接受超声两种功能。常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型。 （三）超声波的基本物理量 1频率（ f）：是指单位时间内质点振动的次数。单位是赫兹（ Hz）、千赫（ KHz）、兆赫（ MHz）。超声的频率在 20KHz以上，而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级，称为高频超声波，常用频率范围 2 10兆赫。频率越高，波的纵向分辨力越好。周期（ T）则是一个完整的波通过某点所需的时间。有 fT = 1 。 2波长（ ）：表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离，也就是一个波周期在空间里的长度。波的纵向
3、分辨力的极限是半波长，因此了解人体软组织中传导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。 3声速（ C）：人体各种软组织之间声速的差异很小，约 5%左右，所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时，假设各种软组织的声速是相等的，即采用了人体软组织平均声速的概念。目前，较多采用人体软组织平均声速的数值是 1540m/s。实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的，因此声像图上显示的目标，无论是脏器或病灶，其位置及大小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论，一般可忽略。 4声强（ sound intensity）：声强是指超声波在介质中传播时，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的平
4、均能量。 声强的物理意义为单位时间内在介质中传递的超声能量，或称超声功率。声强小时超声波对人体无害，声强超过一定限度，则可能对人体产生伤害，目前规定临床超声诊断仪安全剂量标准为平均声强小于 10mW/cm2。 （四）超声波的传播 1. 声特性阻抗（ acoustic characteristic impedance）：声特性阻抗（ Z）定义为平面自由行波在介质中某一点处的声压（p）与质点速度（ u）的比值。在无衰减的平面波的情况下，声特性阻抗等于介质的密度（ ）与声速（ C）的乘积。 2. 声特性阻抗差与声学界面：两种介质的声特性阻抗差大于1 时，它们的接触面即可构成声学界面。入射的超声波遇声
5、学界面时可发生反射和折射等物理现象。人体软组织及脏器结构声特性阻抗的差异构成大小疏密不等、排列各异的声学界面，是超声波分辨组织结构的声学基础。 3. 声波的界面反射与折射：超声入射到声学界面时引起返回的过程，称为声反射（ acoustic reflection）。射向声学界面的入射角等于其反射角。而声波穿过介质之间的界面，进入另一种介质中继续传播的现象，称为声透射（ acoustic transmission）。当超声的入射方向不垂直于两种介质的界面时，它通过界面进入另一种介质后改变传播方向的过程，称为折射（ acoustic refraction）。 4. 声波的衍射和散射：界面反射的条件是
6、界面的尺寸要比声波的波长大得多，当声波传播过程中遇到大小与波长相当的障碍物，声波将绕过该障碍物而继续前进，这种现象称为声衍射（ acoustic diffraction），超声仪无法检测这类目标。因此，超声波波长越短，能发现障碍物越小。 5. 声衰减：声波在介质内传播过程中，由于介质的粘滞性、热传导性、分子吸收以及散射等因素导致声能减少、声强减弱的现象称为声衰减（ acoustic attenuation）。在绝大多数软组织中，引起声衰减的主要原因是声吸收。在人体组织中衰减程度一般规律是：骨组织（或钙化） 肌腱（或软骨） 肝脏 脂肪血液 尿液（或胆汁）。组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大；液体内含蛋白成分多时声衰减大。在超声诊断的频率范围内，生物软组织的声衰减系数大多与频率成正比。超声波频率越高，分辨力越好，但衰减越强，穿透力越差；反之，频率越低，分辨力越差，但衰减越弱，穿透力越强。
