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全国大型医疗设备使用人员彩色多普勒技术考试辅导材料(第一章—第四章)中国医学科学院基础医学研究所袁光华中国医学科学院阜外医院程克正第一章物理基础第一节超声显像物理基础一、超声波基本物理量：1、超声波是声源振动的频率大于20000Hz的机械波2、超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（λ），声速（c），它们的关系是：c=f·λ或λ=c/f，传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同。在人体软组织中声速为1540m/s。探测1cm深度目标所需的时间约13.4μs.3、相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同，人体软组织中超声波速度总体差异约为5%。利用超声方法进行测距的误差也是5%左右。4、临床常用的超声频率在2MHz—10MHz之间。二、超声波的物理性能1、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面，会产生反射和折射，反射的能量由Z2-Z12反射系数RI=决定。Z2+Z1Z1、Z2为两种介质的特性声阻抗，Z=p·c（密度·声速）当Z1=Z2，为均匀介质，则RI=0，无反射。当Z1Z2(如水和气)则RI很大，产生强反射。当Z1≠Z2，RI≠0，则反射存在。2、人体软组织声阻抗差异很小，但只要有1‰的声阻抗差，就会产生反射回波，所以超声波对软组织分辨力很高。3、当超声波垂直于不同声抗阻分界面入射时，可得到最佳的反射效果。4、当分界面两边的声速不同时，超声波透入第二种介质后，其传播方向将发生改变—即产生折射。5、超声波在介质中传播时，有声能占据的空间，叫做声场。6、多振子探头的声场分布呈“花瓣”状，其“主瓣”越细（窄）越好，而“副瓣”在声束扫描时将产生伪象。声束处理技术之一就是消除“副瓣”，突出“主瓣”。7、超声波在介质中传播时，随着距离增加，声能将随之减弱，这就是衰减。引起衰减的原因主要有：①由于“内磨擦”，超声波机械能变为热能被组织“吸收”。②波束发散，能量的散射及反射，使得保持在介质中原始前进方向上的能量减小。8、为了使深度回声信息清楚，在诊断中要使用STC（TGC）调节，补偿声能的衰减。衰减用IX=I0e-2αx来描述。IX是距离声源X点的声强，X是距离声源的距离。I0是X=0处的声强α为衰减的系数e为自然对数之底，e=2.71声强或声压的衰减吸收以分贝（dB）作单位，组织的衰减系数用dB/cm表示。在人体组织中衰减程度一般规律是：骨组织肝组织血液若进一步细分：骨（或钙化）肌腱（或软骨）肝（或肾）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，液体内含蛋白成分的声衰减大。9、超声波在介质中传播时，如遇声阻不同的障碍物（目标点）则声束方向和声强将发生改变，其改变程度与障碍物之大小及声阻抗有关。当障碍物的直径大于1/2λ，在该障碍物表面产生回声反射。10、当障碍物的直径等于或小于1/2λ，超声波将饶过该障碍物而继续前进，反射很少，这种现象称为衍射，故超声波波长越短，能发现障碍物越小。这种发现最小障碍物的能力称为显现力。从单纯理论上计算，能测到物体的最小直径，称做最大理论分辨力，在数值上为1/2λ，但实际显示的分辨力要低于理论分辨力5—8倍。11、超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物（或一组小障碍物形式）时，这时将有一部分能量被散射，散射声波可进行组合，等频同相波迭加后能量（幅度）加强，等频反相迭加后能量减弱。红细胞的直径比超声波要小得多，红细胞是一种散射体，其反（后）向散射信息是研究、分析红细胞运动规律的极有用的信息，声束内红细胞数量越多，后向散射强度就越大。三、超声多普勒效应1、当声源与反射界面（或散射体）作相对运动时，由于超声波在一定介质中传播的速度是恒定的，故可看作超声的波长被压缩或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动（改变），它仍需满足C=f·λ的关系，这种现象称之为多普勒效应。2VcosQ其多普勒公式为：fd=fR-f0=±·fOCfd为多普勒频移，fO为入射频率，fR为反射频率，V为反射物体运动速度，C为声速，Q为运动方向与入射波间的夹角。2、当fO=3MHzfR=3.005MHz则fd=fR-fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所以多普勒频移属于声波范畴。四、超声波分辨力，穿透力1、分辨力指能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小间距的能力，一般可分为轴（纵）向和侧（横）向两种。2、轴向分辨力系指声束方向，能被分辩前后两点间的最小间距，它与超声波的频率有关，频率越高，波长越短，则轴向分辨越好。3、侧向分辨力系指与声束相垂直的面上，能被分辨两点的最小间距，它与超声束的宽窄有关。声束越窄（细），其侧向分辨越好。4、穿透力是指超声在介质中传播能到达最大深度的能力，它与声衰减系数有关，并与频率成正比，用dB/cm/MHz表示，所以频率高的超声波在人体中衰减也越大。一、超声显像的一般规律1、回声来源：来自大界面的反射和散射体的散射。2、界面反射与声束角度：界面与声束角度对图像影响较大，球形病灶常仅有前后壁回声，侧壁声常常消失—形成侧声影。3、衰减对成像的影响：物体衰减特征主要表现在后方的回声。4、囊性物体的声像图特征：内部为无回声区；前壁和后壁回声增强；侧壁回声消失；后方有回声增强和侧声影。5、多重反射：超声遇强反射界面，在界面后出现一系列的间隔均匀的依次减弱的影像，称为多重反射，这是声束在探头与界面之间往返多次而形成。第二节超声诊断图像基础二、不同器官组织成分的显像特点1、皮肤：呈线状强回声。2、脂肪：回声强弱不同，层状分布的脂肪呈低回声。肿瘤组织中脂肪与其它组织成分混杂分布时，常呈现强回声反射。3、纤维组织：纤维组织与其它成分交错分布，其反射回声强，排列均匀的纤维瘤回声则较弱。一般纤维组织的衰减程度较明显。4、肌肉组织：回声较脂肪组织强，且较粗糙。5、血管：形成无回声的管状结构，动脉常显示明显的搏动，有时能看到红细胞散射点状回声。6、骨组织、钙化或结石，形成很强的回声，其后方留有声影。7、实质脏器：形成均匀的低回声。以肝脏为标准：脾脏回声较肝脏低而均细肾脏实质较肝脏实质回声也低胰腺回声较肝脏高而且粗糙8、空腔脏器：其形状，大小和回声特征因脏器的功能状态改变而有不同充满液体时可表现为无回声区充满含有气体的肠内容物可形成杂乱的强回声反射气体反射常曳有多重反射的斑纹状强回声，称为彗星尾征三、病理声像图的特点1、实质脏器的弥漫病变急性与慢性病变回声表现急性病变慢性病变脏器大小增大增大或减少脏器边缘饱满、圆钝不平或结节状脏器回声减低增加脏器结构变化不大变形或显示不清2、占位病变①囊性或实性病变的鉴别囊性病变实性病变病变形态球状或类球状团块状边界回声清晰光滑可不清楚不光滑内部回声无有后方回声回声增强回声增强或出现声影周围组织可有压迫推移压迫推移或浸润破坏②良性或恶性病变的鉴别良性病变恶性病变病变形态多规则多不规则边界回声清楚光滑不清楚或浸润状内部回声均匀、中等回声不均匀低回声周围组织可有挤压可有浸润破坏四、超声诊断的基本要求1、针对性客观性独立性系统性科学性2、客观性：病变的解剖定位，病变形态大小，数目，临近结构病变回声特点，边界回声，内部回声的特点及透声特性病变的动态变化。重要的阴性所见，以供鉴别诊断时参考3、独立性：任何结论不能离开回声图像的客观表现，切忌随意附和或臆测4、科学性：（1）超声图像的拍摄存储，图像具有代表性、对比性、系列性。灰阶回声图像的方位及对病变的描写方法。（2）图像的方位：美国超声医学会1976年规定（大多数国家采用），并与X线摄影、X-CT、放射性同位素成像方位一致。图像左侧代表头侧（H），右侧代表足侧（F）；上方在仰卧位时代表腹侧，俯卧位时代表背侧；在额状切面的回声图像上，上则上方代表头侧，右侧代表左侧。乳房回声图像将乳头居上，胸壁居下，并注明头侧（H）或右侧（R）（3）图像的描述：a)回声强弱的描述：根据图像中灰度不同，可分为强或高回声，中等回声，低或弱回声，无回声。回声的高低，强弱应根据病灶回声与周围正常脏器的回声强度作比较来确定。b)后方回声的描述：病灶界面有较强的反射以及有较强的衰减特性时，后方回声减弱乃至消失，称为声影。当病灶或组织液体或衰减不明显时，其后方回声强于周围组织，称为回声增强；当病灶本身形成低回声强度或无回声区，而其后方有回声增强出现时称为透声区。c)回声分布的描述：可以按分布情况描述，“密集”、“稀”、“分布均匀”、“分布不均匀”综观病灶内回声分布的状况可用“均质”或“不均质”来形容。d)回声图像上病变形态的描述：应当根据不同切面的回声图像特征描述病变的整体形态，不仅描述回声图像的平面特点，而且要注意描述病灶的立体形态，一般不直接作出具体的病理诊断的结论。e)一些征象的描述：形象化地把某些病变的回声图像特征命名为某征。“靶环征”、“驼峰征”、“平行管征”、“双筒抡征”、“蝌蚪尾征”等。第四节、超声生物效应一、超声声强概念：对超声诊断设备的超声辐射，针对人体不同部位，规定了限定值人体不同部位超声强度的限定值FDA（美国食品药品局）规定Isppa(W/cm2)Ispta(mw/cm2)Im(w/cm2)心脏190430310脉管190720310眼部281750胎儿19094310Isppa：空间峰值脉冲平均声强Ispta：空间峰值时间平均声强Im：最大声强度Iob：真实声束声强国际电工委员会：IEC1157-92规定Iob20mw/cm2胎儿Ispta100mw/cm2超出这些规定值应公布其声强输出，超声强度超出规定,将造成若干生物效应，如：育龄妇女早熟排卵，受孕率下降，胎儿体重减轻，产后儿童发育迟缓等。名称限定值部位二、超声对生物体影响的作用原理1、空化作用：在液体中产生强超声时，会出现一种类似雾状的气泡，就如轮船推进器在产生推动力的同时会溅出气泡那样，这就是空化作用。生物组织由于超声空化作用而产生不能复原的破坏性形变，以至使细胞坏死和整个生物组织坏死。2、热作用：生物组织在超声机械能作用下，由于沾滞吸收，将一部分超声能转化为热能，使生物组织的温度上升。3、超声的生物作用：①超声对组织器官的影响在强超声作用下，将使坐骨神经、脊髓、淋巴细胞、肝组织损伤。②超声对细胞的影响超声诊断声强较强时对子宫癌HELA细胞，人羊膜的FK细胞，三个月胎儿脑组织的胎生纤维细胞有影响。③超声对染色体的影响超声诊断声强较强时，对白细胞、淋巴、成纤维细胞有影响④超声对精子的影响强超声对精子活动力及受精卵易发生危害。三、超声诊断的安全因素：超声剂量（声强）的限定值Ispta100mw/cm2超声照射时间：通常一次超声10-20分钟超声波形的形态：脉冲占空比为0.001，1μs发射，1ms接受。第二章彩色多普勒基础第一节多普勒超声基础一、多普勒基本概念1、多普勒超声血流检测技术主要用于测量血流速度，确定血流方向，确定血流种类：如，层流、射流等；获得速度、时间积分，压差等有关血流的参数。2、多普勒方式表达血流速度的公式如下：c(±fd)V=2cosQfo式中C为声速（1540m/s）fo：发射频率（已知）⑴COSQ是血流与声束夹角的余弦函数，当相对固定时，则fd与流速成正比，fd即影响流速值V。⑵当多普勒入射角（Q）恒定时，频移fd仅决定于发射频率fo。对于某一定的fd，fo越小，则可测的血流速度V就越大。欲测高速血流，fo就应选择低频率的探头。⑶当血流速度保持恒定时，如：100cm/s（以及恒定的fo和C），那影响fd的参数只有COSQ，即频移的数值依赖于入射角的变化，而速度的数值与入射角无关。Q角改变的一般规律：a)当OOQ900时，COSQ为正值，即血流迎超声探头而来，频率增加，fd为正向频移。b)当900Q1800时,COSQ为负值,即血流背离超声探头而去，频衰减低，fd为负向频移。c)当时Q=0或Q=1800时,COSQ=±1,即血流与声束在同一线上相向或背向运动，这时fd最大。d)当时Q=900,COSQ=0时,