超声诊断物理基础ppt课件.ppt
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1、超声基础,超声医学(Ultrasonic medicine) 是声学、医学和电子工程技术相结合的一门学科,是研究超声对人体的作用和反作用规律并加以利用,达到诊断、保健和治疗等目的的学科。包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程。 超声诊断学(Ultrasound diagnostics)研究和应用超声的物理特性,以某种方式扫查人体、诊断疾病的科学称为超声诊断学 超声检查(ultrasonic examination)指运用超声波原理,对人体软组织的物理特性、形态结构与某些功能状态作出判断的非创伤性检查方法,超声医学基础,一、超声诊断的物理基础,声波的定义及分类,声波的定义: 物体的机械性振
2、动在具有质点和弹性的媒介中的传播现象称为波动,而引起听觉器官有声音感觉的波动则称为声波。,声波的定义及分类,横波:指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波。 除骨骼、肺外人体组织均以纵波传播,声波的定义及分类,纵波:指介质中的质点都沿着传播方向运动的波。在纵波通过的区域内,介质的各点发生周期性的疏密变化,因此纵波是胀缩波,目前医用超声的研究和应用主要是纵波传播方式。,超声波的定义,人耳听觉范围为162万Hz(赫兹、赫)。 超声波声波频率超过2万Hz(赫),超出人耳听力范围的高频声波称为超声波。 目前应用于医学诊断超声波频率在120兆赫(MHz),其中又以214MHz最为常用。,基本物理量,超声波
3、有三个基本物理量,即频率(f)、波长(),声速(c),它们的关系是:cf,或c/f。 上式中由于声速不变,故频率和波长成反比。频率越高,波长越短,穿透力越差,但分辨力越高,适合于浅表器官的探查。频率越低,波长越长,分辨力越低,但穿透力越好,适合于心脏等深部脏器的探查。 频率为单位时间内质点振动的次数,一般以每秒振动次数表示,以Hz为单位,每秒振动一次为1Hz。 声速为单位时间波动传播的距离,常用单位为m/s。 人体软组织平均声速为:1540m/s,或近似于是1500m/s。 波长为两个相邻振动波峰间的距离,常用单位为m。,基本物理量,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
4、播时,声速基本相同,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,目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1540m/s,通过该速度可测量软组织的厚度。,声波的特性反射(reflection),超声波在传播过程中,遇到两种介质所形成的界面,如介质间具有足够的特性阻抗差(0.1%),而界面又大于超声波的波长,即可发生反射。 反射声能的大小,则取决于特性阻抗差的大小。,声波的特性折射(refraction),折射(refraction) 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折射。 声波从一种小声速介质向大声速介质入射时,声
5、波经过这两种介质的分界面后出现折射波的折射角大于入射角。,声波的特性散射(scattering),散射(scattering) 若界面小于超声波波长,则声波向物体的四面八方辐射,产生散射。散射是多向性的,朝向探头者称为背向散射,可被探头接收。红细胞的直径比超声波要小得多,是一种散射体。红细胞的背向散射是多普勒超声诊断的基础。,声波的特性衍射,衍射:当障碍物的直径等于或小于2,超声波将绕过该障碍物而继续前进,反射很少,这种现象称为衍射或绕射。,声阻抗(impedance),声阻抗(z)指阻挡声波在介质中传播的力。公式: z = c c 声速 介质的密度 可见声速越快,介质密度越高,声阻抗越大。
6、超声波在界面上反射的大小与界面两边介质的声阻抗差及超声波的入射角有关,人体软组织的声阻抗差异很小,只要有1。的声阻抗差,便可产生反射。 通过接收反射和散射产生的回波,从而获得人体组织各层界面的位置、形态及组织内部结构的信息,分析其特征及规律,可判断组织或脏器病变的物理特征(如囊性、实性及囊实混合性),从而作出诊断。,声衰减(attenuation),超声波在介质内的传播过程中,随着传播距离的增大,声波的能量逐渐减少的现象。其与介质对声波的吸收、散射及声束扩散等原因有关,其中介质对声波的吸收是主要因素。,不同人体组织中的衰减系数,人体组织的衰减与组织所含的成分有关。通常含液者衰减甚低,实质性组织
7、中随其含蛋白质的百分数增高而增高,蛋白质中又以胶原蛋白的衰减最大,钙化体的衰减更高,密质较钙化体更高,含气的脏器属人体内最高衰减。,不同人体组织中的衰减系数,人体组织中的衰减与散射有关。某些病变(如脂肪肝)时散射最大,致使传入深部的声强显著下降。脂肪单独的衰减系数甚低,但当多量的脂肪微滴集聚在肝细胞内时,由于脂肪与肝细胞质之间的声阻抗不等,造成对入射超声大量散射,致使脂肪肝的声衰减系数明显增大,造成肝脏深部的回声明显稀少及肝脏底面的模糊,不同人体组织中的衰减系数,人体组织中的衰减系数与反射有关。反射系数越高则反射声强愈大,以致透入界面深部介质的声能下降。例如,某些胆囊结石与胆汁的界面反射系数可
8、达50%以上,则透过结石后声能下降,再加结石的声能吸收,产生清晰的后方声影。,多普勒效应(Doppler Effect),当声源与反射体之间存在相对移动时,使声源频率发生变化的现象称为 Doppler效应。当声源与反射体作相向运动时,所接收到的声波频率高于声源所发出的频率,如这两者作相反方向运动时,则接收频率低于声源所发出的频率,两者的频率差(即频移)与它们之间的相对运动的速度成正比。,多普勒效应(Doppler Effect),多普勒频移的表达公式为: fdfRf02Vcosf0/C。 在公式中fd为多普勒频移,fR为反射频率,f0为入射频率,V为反射物体运动速度,C为声速,为运动方向与入射
9、波之间的夹角。,频谱多普勒的应用,多普勒超声利用活动的目标产生频移,再从频移计算出运动的速度。其中必须作角度的校正,否则,计算出的流速全无意义, 角必须在60度以下,否则,即使作角度校正其测值的可信度不高。 超声入射角恒定时,多普勒频移与血流速度成正比关系,如果血流速度=0,则无多普勒频移。,频谱多普勒的应用,频谱多普勒血流检测技术主要用于:测量动、静脉血流速度;确定血流的种类;如层流、湍流、射流等;获得血流速度积分、压差、流速曲线上的多种指数等等有关的参数。,频谱多普勒: 正频移为正向波,负频移为负向波。,多普勒效应,彩色多普勒: 正频移设为红色, 负频移设为蓝色。,超声波的发生与接受,压电
10、效应(piezoelectric effect)对某些非对称结晶材料进行一定方向的加压或拉伸时,其表面将会出现符号相反的电荷,这种现象称为压电效应。具有此性质的材料称为压电材料,主要有压电晶体,极化陶瓷,高分子聚合物等。当在压电材料上加机械振动时,材料表面产生电荷(即将机械能转变为电能),称为正压电效应。当在压电材料上加交变电信号时,材料几何变形,产生与交变信号同样频率的机械振动(即将电能转变为机械能),称为逆压电效应。产生超声波就是晶体的逆压电效应。,超声波的发生与接受,医用超声换能器 任何超声诊断仪均由以下三个组成部分组成:超声换能器(探头)部分、基本电路(包括计算机信号处理)部分、显示部
11、分。超声换能器是发生超声波和接收超声回波的仪器。将电振荡变成超声,发射到人体内是换能器的发射作用,将超声回波转换成电信号回馈给接收电路是换能器的接收作用。在医用超声仪中,超声换能器被称为探头。医用超声换能器由三个部分组成:由外到内为:面材、压电材料和背材。,二、超声诊断基础,B型超声诊断基础(Brightness Mode),B型超声诊断法为辉度调制型,即把回声信号以光点的形式显示出来,回声强则光点亮,回声弱则光点暗。,声像图中人体组织的回声强度顺序,肾中央区(肾窦)胰腺肝、脾实质肾皮质肾髓质(肾锥体)血液胆汁和尿液; 正常肺(胸膜肺)、软组织骨骼界面的回声最强,软骨回声很低,甚至接近于无回声
12、; 病理组织中,结石、钙化最强;纤维化次之;典型的淋巴瘤回声最低,甚至接近无回声。,声像图分析,外形:脏器的外形正常、肿大或缩小,形态变胖或表面不平对疾病的诊断有价值。肿块外形是圆球形、条状、分叶状或不规则。肿瘤往往呈圆球形或椭圆球形,在探测时有球体感。 边界回声:肿块有边界回声且平滑者,说明存在明显包膜。反之,无明显边界回声或形态不规则者,多为无包膜的浸润性病变。,声像图分析,内部回声:器官和肿块的内部回声来自其内部结构的界面反射和微细结构的散射。 人体组织超声回声强度分级,分为以下五个等级。 强回声 强回声后方常伴声影,见于结石、含气肺(胸膜肺界面)、骨骼表面等; 高回声 高回声与强回声不
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