超声成像原理及妇产超声诊断临床基础

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1、第一章超声成像原理和妇产超声诊断临床基础第一节超声成像原理一、超声波的概念和基本特性（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（ultrasonicwave）,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

2、生的，这种换能器乂称为探头，能将电能转换为超声能，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,探头的类型不同，发射的超声束形状和大小各不相同，而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。见图l-1-lo凸阵探头三维容积探头腔内探头3.55.5MHz4.0〜7.OMHz5.0〜9.OMHz图1-1-1探头示意（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（脱）、千赫（KHz）、兆赫（MHz

3、）o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。频率越髙，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。冇彳・T=1o2.波长（入）：表示在均匀介质屮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人小的能力。3.声速(C):是指声波在介质中传播的速度。声速是由弹性介质的特性决定的，不同介质的声速是不同的。人体

4、各种软组织Z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。F1前，较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/So实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是冇差别的，因此声像图上显示的1=1标，无论是脏器或病灶，其位置及人小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论，一般可忽略声速C、波长入、频率f或周期TZ间的关系符合1.声强(soundintensity):当声波在介质中传播时,声波的能量从介质的一个体积元通过邻近

5、的体积元向远处传播。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虽，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/cm2o(四)超声波的传播1.声特性阻抗(acousticcharacteristicimpedance):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。在无衰减的平而波的情况下,声特

6、性阻抗等于介质的密度(P)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，它们的接触面即对构成声学界面。入射的超声波遇声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井异构成人小疏密不等、排列各异的声学界而，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

7、叫的过程，称为声反射(acousticreflection)。射向声学界面的入射角等于其反射角。而声波穿过介质Z间的界面，进入另一种介质中继续传播的现彖，称为声

8、透射(acoustictransmission)。当超声的入射方向不垂肓于两种介质的界面时，它通过界面述入另一种介质后改变传播方向的过程，称为折射(acousticrefraction)。见图IT-2。当两种介质的声特性阻抗相同或很接近时,为均匀介质，超声波在均匀介质中传播时，没有反射。两种介质声特性阻抗差界很大时，声波儿乎全部反射，没冇透射。这种悄况常发生在气体与软组织，或软组织和骨骼、结石所组成的交界面。虽然人体软组织声特性阻抗差异很小，但只要冇1%。的声特性阻抗差，其组成的界血产牛•的反射波都可被超声

9、诊断仪检测出來，所以超声対软组织有很高的分辨力。当超声波垂直分界面入射时，可得到最佳的反射效果。图1-1-2反射与折射示意图1.声波的衍射和散射：界面反射的条件是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(acousticdiffraction),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。这种发现最小障碍物的能