1、,超声波 彩超 2013医学影像学 130102110 冯大川,超声成像设备,触摸屏,显示器,控制台,DVD光驱,探头插槽,制动器,黑白打印机,电源开关,超声诊断设备的发展历史,1880年发现晶体压电效应。1917年利用压电原理进行超声探测（超声探头的出现）。 1942年出现首台A型超声检测仪。属于一维超声。,1954年发明B超诊断仪，同年产生M超。实时二维切面 灰阶超声显像仪（B型）的问世是超声技术发展史上第一个里程碑。,1959年研制出脉冲多普勒超声（D超）。,1996年后，发展进入第四阶段全数字化多功能信息化时代，形成具有综合图像形成及处理功能的全数字一体化工作站。这就是 “彩超”的新面
2、貌。1990年3D超声进入研究阶段1999年3D超声诊断仪进入商品化和临床实用化阶段,超声诊断设备的发展历史,彩色血流图（CFM）的问世是超声技术发展史上又一个新的里程碑。它标志着超声诊断技术从此跨入了彩超时代。1989年以后是彩超技术发展的第二阶段改进和提高阶段，在这段时间，彩超的临床应用得到很大的发展，成为超声医学的重要阶段彩色多普勒时代。1990年以来，进入彩超发展的第三阶段由模拟数字混合处理到全数字化处理的发展阶段即步入数字化时代。,超声波成像技术,超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声探测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官
3、的功能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了解器官的组织形态学方面的状况和变化。,超声成像的物理基础,在超声成像中，探头晶片发射时即产生超声，所以探头晶片就是波源。声波必须在介质中传播，在固体、液体、气体中均可传播，但在真空中声波 是不能传播的。在超声诊断中，人体脏器、器官都是介质超声波的传播依赖于做高频机械振动的“波源”和传播机械振动的弹性介质，所以机械振动和弹性介质是超声检测的物理基础。,在声源与观察者作相对运动时，声波密集，频率增高；在背向运动时声波疏散，频率减低，这种引起声波频率
4、变化的现象为多普勒效应。,多普勒效应,（一）定义： 当振源（声源）与接受器之间出现相对运动时，接到的振动（声波）频率与振源（声源）的发射频率有一定差异，这种现象称为多普勒效应。其变化的频差称频移，如界面朝向探头运动，频率升高；若界面背离探头运动，则频率减低；界面运动越快，频移数值越大。心壁、血管壁、瓣膜等的运动和血液流动均可引起多普勒效应。,人体内的多普勒效应,产生条件：超声进入人体后，只要遇到运动界面即产生多普勒效应。（一）层流（朝向探头-红，背离探头-蓝）（二）湍流：(正向-黄 红+绿，负向-青 蓝+绿)（三）射流：,超声成像基本原理 超声回波法,把几兆赫至几十兆赫的高频声脉冲发射到生物体
5、内，再接收反射波（回波），这种方法称为超声脉冲回波法。脉冲宽度：几微秒脉冲间隔：几百微秒（接收放大器处理回波的时间）脉冲回波法最早较早是应用于雷达和声纳。回波时间 t、探测距离 L 的关系，c 为声速,超声回波法示意图,发射通道：时钟电路（同步脉冲发生器）、发射器（高频脉冲发生器）、换能器（探头）接收通道：接收换能器、射频放大器（RFA）、检波及抑制电路、视频放大器（UFA）,超声成像的物理基础,超声波应用范围 20100KHz 很多动物都用超声波进行交流、导航及追捕它们的猎物。 100 KHz（105Hz） 1MHz（106Hz） 超声波最重要的应用就是声呐（声音导航及测距）。 2.5 MH
6、z 5 MHz 用于心脏、腹部及软组织成像。这些频率能穿透组织可到达20-15cm的深度。 5 10MHZ 用于对小器官的成像，例如：腮腺、甲状腺、颈部血管及眼睛显像，它只需要4-5cm的穿透深度。 10 30MHz 用于皮肤及血管内检查，可以获得高分辨力的图像。 40 100MHz 用于生物显微镜成像，对眼活组织的显微诊断。,医学诊断常用的超声频率是210MHZ之间，对于浅表器官多采用7MHZ,对于腹部和心脏分别采用3.55MHZ和23MHZ, 指向性 反射、折射、散射和绕射 吸收与衰减 分辨力与穿透力 多普勒效应,超声的物理特性,彩超,狭义上指彩色多普勒血流显像(CDFI) 广义上包括有：
7、 (1)彩色多普勒血流显像(CDFI) (2)彩色多普勒组织成像(CDTI) (3)经颅彩色多普勒血流显像(TCD) (4)彩色多普勒能量图(CDE) （5）频谱多普勒等 其基本原理是依赖于多普勒效应。,人体多谱勒效应,多谱勒效应是由于声波频率发生变化而产生的。在超声系统中，由探头产生并采集声波信号。红细胞游向探头时，声波的反射频率会高出其原始频率；而游离探头时，频率会降低。多谱勒超声技术在医学领域中多用于对人体血流的探测和测量，其主要反射物为血红细胞。,彩色血流成像（彩色多普勒）,平均值,宽的速度范围,逆流,时间,慢,快,快,迎向,背向,色标,彩色血流成像（CFM）是在二维声像图上叠加彩色实
8、时血流显像。每一个彩色的点表示小区域内血液流量的平均值。不同的颜色代表血液流量的速度及检测方式的不同。通常，红色表示迎向探头的血流方向，蓝色表示离向探头血流方向。,原理,多谱勒效应是由于声源与接收者之间的运动而产生的声波频率变化，或者是由于反射体运动而使反射波发生变化。多谱勒效应受三个因素的影响。,多谱勒方程式,多谱勒频移受声波频率、血流速度、声束与血流方向之间的角度等因素的影响，其间的关系如下列多谱勒方程式所示。,2 f v cos c,Df =,Df = 多谱勒频移频率 (发射频率与接收频率之间的差)f = 发射频率v = 血流速度 = 声束与血流之间的角度c = 声波速度(1540m/s
9、),角度()的重要性?,从多谱勒方程式中，我们可以看到，有几个重要方面会影响多谱勒在临床检查中的性能。从上面的公式中，我们可以看到，多谱勒效应会因为cos 值的不同而发生变化。,1. 声波作用的角度始终保持在60以下，因为60度以上时，cos函数的曲线很陡。很明显，控制角度对于精确测定多谱勒频移和血流速度十分重要。,2. 因为cos90 的值是0，所以，如果超声波与血流成直角，应不可能产生多谱勒频移，系统也就无法检测到血管中实际存在的血流。,probe,flow display,vessel,Sampling volume,Df =,2 f v cos c,If = 90, cos = 0 D
10、f = 0,对于血流成像，有数种医用多谱勒成像技术，如：彩色多谱勒、能量多谱勒、脉冲多谱勒、连续多谱勒。,COLOR,SPECTRUM,Color Flow Mapping,Power Doppler,Pulsed Wave Doppler,Continuous Wave Doppler,Doppler Effect,医用多谱勒超声技术,彩色多谱勒能量图,彩色血流图中指示的是血流速度的大小与方向。彩色多谱勒能量图则反映血流对入射的超声波产生的背向散射的能量，一般不区分血流的方向。 能量图能较敏感的指示小血管中血流的存在。对不同方向的血流标记不同的颜色的能量图称为“方向能量图”应用：肾脏血流的研
11、究（肾皮质血流）；阴囊病变的血流改变；卵巢细小血管、胎盘内的细小血管；小器官、肿瘤、软组织和肌肉疾病的血流。评价：二维造影及三维重建,能量多谱勒,彩色多谱勒与能量多谱勒,脉冲/连续多谱勒影像,脉冲多谱勒,连续多谱勒,连续多谱勒,单独用于接收和发射超声波的晶体。,通过配置单独的晶体可以实现以某一特定频率连续发射超声波并连续接收反射的超声波。所以，可以通过配置有传送换能器和接收换能器的探头实现超声波信号的连续发送和连续接收。连续多谱勒技术没有深度对比度，所以，它提供的是观察线路（或层面）上的综合血流信息。此技术可用于测量所有的（高速和低速）血流速度。,脉冲多谱勒,此技术类似于B模下的影像采集技术：
12、ultrasound is emitted from a single crystal with a certain. The sample volume theory of detecting the moving red blood cells at any depth in applied.,同一个晶体接收和发射超声波。,Pulsed Doppler allows a sampling volume respectively(or gate) to be positioned in a vessel visualized on the gray-scale image, and disp
13、lays a spectrum and a graph. The amplitude of the signal is approximately proportional to the number of red blood cells.,超声诊断仪基本结构框图,基本结构1、探头2、主控电路3、发射电路4、时基电路5、标距电路6、延时电路7、接收电路8、电源,探头,有源面阵（凸阵）探头,线阵探头,有源面阵（线阵）探头,CW探头,4D探头,A型超声,A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制(Amplitude Modulation)而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管
14、(CRT)荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度，故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，还可在一定程度上对病灶进行定性分析。,由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师的识图经验关系很大，因此其应用价值已渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。,M型超声,M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器，如心脏的探查。由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉度调制，并按时间顺序展开
15、而获得一维空间多点运动时序（motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得的图像也叫做超声心动图。,M型超声诊断仪发射和接收工作原理与A型有些相似，不同的是其显示方式。对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如果仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。因此，M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。图中可以看出，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦
16、随之发生变化，如果脏器中某一界面是静止的，活动曲线将变为水平直线。,M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。,B型超声,为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(Brightness Modulation)而得名，其影像
17、所显示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。,C型超声,C 型扫查，又称C型显示，“特定深度扫查”(constant depth mode)。与B型扫查一样都是辉度调制的二维切面象显示方式，所不同的是 B 型扫查所获得的是超声波束扫查平面本身的切面象，即纵向切面象。可惜由于 C 型扫查的灵敏度较低，显象速度不易提高，使 C 型扫查技术的发展受到限制。,D型超声,D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，它是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官的
18、运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：即连续式超声多普勒(continuous wave doppler)成像诊断仪脉冲式超声多普勒(pulsed wave doppler)成像诊断仪实时二维彩色超声多普勒血流成像(color doppler flow image)诊断仪。,F型超声,F型扫查，又称F型显示。它与C型扫进原理上是相似的。区别仅在于：在扫查一幅图像的过程中， C 型扫查平面距探头的深度是不变的，而 F 型扫查面距探头的深度是一变量，不是一个常量。根据成像需要可作相应变动，从而可获得斜面、曲面的 F 型图像,P型超声,又称 P 型显示，它可视为一种持殊的 B 型显示，超声换能
19、器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。 P 型超声诊断仪所使用的探头称为径向扫描探头，如尿道探头，直肠探头都属于径向扫描探头。扫描时探头置于体腔内，如食道、胃或直肠等。,三维超声,三维成像提供直观的立体信息,比二维的空间信息更丰富.利用光学原理与系统进行三维成像.利用光学系统和图象叠加原理的三维成像.利用计算机辅助进行三维重建成像.,四维彩超和传统超声的区别,精确,清晰立体,多方位,多角度观察实时,动态高清晰度的图像质量留影,安全四维彩色超声诊断仪出色的人体工程学设计，不存在射线、光
20、波和电磁波等方面的辐射，对人体的健康没有任何影响。,以获取信息的空间分类,(1) 一维信息设备 如型、型、型。(2) 二维信息设备 如扇形扫查型、线性扫查型、凸阵扫查型等。(3) 三维四维信息设备 即立体超声设备。,彩超临床应用,（一）血管疾病运用10MHz高频探头可发现血管内小于1mm的钙化点，对于颈动脉硬化性闭塞病有较好的诊断价值还可利用血流探查局部放大判断管腔狭窄程度，栓子是否有脱落可能，是否产生了溃疡，预防脑栓塞的发生。彩超对于各类动静脉瘘可谓最佳诊断方法，当探查到五彩镶嵌的环状彩谱即可确诊。,（二）腹腔脏器主要运用于肝脏与肾脏，但对于腹腔内良恶性病变鉴别，胆囊癌与大的息肉、慢性较重的
21、炎症鉴别，胆总管、肝动脉的区别等疾病有一定的辅助诊断价值。对于肝硬化彩超可从肝内各种血管管腔大小、内流速快慢、方向及侧支循环的建立作出较佳的判断。对于黑白超难区分的结节性硬化、弥漫性肝癌，高频探查、血流频谱探查作出鉴别诊断。对于肝内良恶性占位病变的鉴别，囊肿及各种动静脉瘤的鉴别诊断有较佳诊断价值，原发性肝癌与继发性肝癌也可通过内部血供情况对探查作出区分。彩超运用于肾脏主要用于肾血管病变，如前所述肾动静脉瘘，当临床表现为间隔性、无痛性血尿查不出病因者有较强适应征。对于继发性高血压的常用病因之一肾动脉狭窄，彩超基本可明确诊断，当探及狭窄处血流速大于150cm/s时，诊断准确性达98.6%，而敏感性
22、则为100%。另一方面也是对肾癌、肾盂移行癌及良性肿瘤的鉴别诊断。,（三）小器官 在小器官当中，彩超较黑白超有明显诊断准确性的主要是甲状腺、乳腺、眼球，从某方面来说10MHz探头不打彩流多普勒已较普通黑白超5MHz，探头清晰很多，对甲状腺病变主要根据甲状腺内部血供情况作出诊断及鉴别诊断，其中甲亢图像最为典型，具有特异性，为一“火海征”。而单纯性甲状腺肿则与正常甲状腺血比无明显变化。亚急性甲状腺炎，桥本氏甲状腺炎介于两者之间，可借此区别，而通过结节及周围血流情况又可很好地区分结节性甲状腺肿甲状腺腺瘤及甲状腺癌，所以建议甲状腺诊断不太明确，病人有一定经济承受能力者可做彩超进一步明确诊断。乳腺彩超主
23、要用于乳腺纤维瘤及乳腺癌鉴别诊断，而眼球主要对眼球血管病变有较佳诊断价值。,（四）前列腺及精囊正因为直肠探查为目前诊断前列腺最佳方法，所以在此特地提出。此种方法探查时把前列腺分为移行区、中央区、周围区，另一部分前列腺纤维肌肉基质区。移行区包括尿道周围括约肌的两侧及腹部，为100%的良性前列腺增生发源地，而正常人移行区只占前列腺大小的5%。中央区为射精管周围、尖墙指向精阜，周围区则包括前列腺后部、侧尖部，为70-80%的癌发源地，而尖部包膜簿甚至消失，形成解剖薄弱区，为癌症的常见转移通道，为前列腺活检的重点区域。通过直肠探查对各种前列腺精囊腺疾病有很好的诊断价值，当配合前列腺活检，则基本可明确诊
24、断，而前列腺疾病，特别是前列腺癌在我国发病率均呈上升趋势，前列腺癌在欧美国家发病率甚至排在肺癌后面，为第二高发癌症，而腹部探查前列腺基本无法做出诊断，所以建议临床上多运用直肠超来诊断前列腺疾病能用直肠探查就不用腹部探查。,（五）妇产科彩超对妇产科主要优点在于良恶性肿瘤鉴别及脐带疾病、胎儿先心病及胎盘功能的评估，对于滋养细胞疾病有较佳的辅助诊断价值，对不孕症、盆腔静脉曲张通过血流频谱观察，也可作出黑白超难下的诊断。运用阴道探头较腹部探查又具有一定的优势，它的优越性主要体现在对子宫动脉、卵巢血流敏感性、显示率高。缩短检查时间、获得准确的多普勒频谱。无需充盈膀胱。不受体型肥胖、腹部疤痕、肠腔充气等干扰。借助探头顶端的活动寻找盆腔脏器触痛部位判断盆腔有无粘连。,thank you 完毕,
