超聲成像

1、發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代建立，70年代廣泛發(fā)展應(yīng)用的超聲診斷技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是從靜態(tài)向動態(tài)圖像(快速成像)發(fā)展，從黑白向彩色圖像過渡，從二維圖像向三維圖像邁進(jìn)，從反射法向透射法探索，以求得到專一性、特異性的超聲信號，達(dá)到定量化、特異性診斷的目的。

近三十年來，醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)發(fā)生了一次又一次革命性的飛躍，80年代介入性超聲逐漸普及，體腔探頭和術(shù)中探頭的應(yīng)用擴(kuò)大了診斷范圍，也提高了診斷水平，90年代的血管內(nèi)超聲、三維成像、新型聲學(xué)造影劑的應(yīng)用使超聲診斷又上了一個新臺階。其發(fā)展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，并成為一種非常重要的多種參數(shù)的系列診斷技術(shù)。

2、基本原理

聲波

能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ，人的感覺器官感覺不到的聲波，叫做超聲波。

聲波的基本物理性質(zhì)如下：

(一)聲波的頻率、周期和速度

聲源振動產(chǎn)生聲波，聲波有縱波、橫波和表面波三種形式。而縱波是一種疏密波，就像一根彈簧上產(chǎn)生的波。用于人體診斷的超聲波是聲源振動在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的縱波。聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)在平衡位置來回振動一次，就完成一次全振動，一次全振動所需要的時間稱振動周期(T)。在單位時間內(nèi)全振動的次數(shù)稱為頻率(f)，頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T，聲波在介質(zhì)中以一定速度傳播，質(zhì)點(diǎn)振動一周，波動就前進(jìn)一個波長(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。

(二)聲阻抗

聲波在媒介中傳播，其傳播速度與媒質(zhì)密度有關(guān)。在密度較大介質(zhì)中的聲速比密度較小介質(zhì)中的聲速要快。在彈性較大的介質(zhì)中聲速比彈性較小的介質(zhì)中要快。這就引出了聲阻抗的定義，聲阻抗為介質(zhì)密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示，Z=ρ·C。

超聲波

超聲波就是頻率大于20KHZ，人耳感覺不到的聲波，它也是縱波，可以在固體、液體和氣體中傳播，并且具有與聲波相同的物理性質(zhì)。但是由于超聲波頻率高，波長短，還具有一些自身的特性。

束射性

超聲波具有束射性。這一點(diǎn)與一般聲波不同，而與光的性質(zhì)相似，即可集中向一個方向傳播，有較強(qiáng)的方向性，由換能器發(fā)出的超聲波呈窄束的圓柱形分布，故稱超聲束。

反射和折射

當(dāng)一束超聲波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質(zhì)的交界面上時，就會發(fā)生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角，因此超聲波探查疾病時要求聲束盡量與組織界面垂直。超聲波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關(guān)，兩介質(zhì)聲阻抗差越大，入射超聲束反射越強(qiáng)。聲阻抗差越小反射越弱。

穿過大界面的透射聲，可能沿入射聲束的方向繼續(xù)進(jìn)行，亦可能偏離入射聲束的方向而傳播，后一種現(xiàn)象稱超聲折射，是由于兩種介質(zhì)內(nèi)聲速的不同所致。

散射與衍射

超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，如果所遇到的物體界面直徑大于超聲波的波長則發(fā)生反射，如果直徑小于波長，超聲波的傳播方向?qū)l(fā)生偏離，在繞過物體以后又以原來的方向傳播，此時反射回波很少，這種現(xiàn)象叫衍射。因此波長越短超聲波的分辨力越好。如果物體直徑大大小于超聲波長的微粒，在通過這種微粒時大部分超聲波繼續(xù)向前傳播，小部分超聲波能量被微粒向四面八方輻射，這種現(xiàn)象稱為散射。

超聲波的衰減

超聲波在介質(zhì)中傳播時，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱作超聲波的衰減。

衰減有以下兩個原因：(1)超聲波在介質(zhì)中傳播時，聲能轉(zhuǎn)變成熱能，這叫吸收；(2)介質(zhì)對超聲波的反射、散射使得入射超聲波的能量向其他方向轉(zhuǎn)移，而返回的超聲波能量越來越小。

3、基本設(shè)備

多普勒超聲

基本原理：多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家克里斯汀·約翰·多普勒于1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對運(yùn)動時，光波頻率升高或降低的現(xiàn)象。這種相對運(yùn)動引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差別稱為多普勒頻移或多普勒效應(yīng)。

聲波同樣具有多普勒效應(yīng)的特點(diǎn)，多普勒超聲最適合對運(yùn)動流體做檢測，所以多普勒超聲對心臟及大血管血流的檢測尤為重要。

多普勒超聲心動圖的基本方式

1 脈沖式多普勒(PW)

2 連續(xù)式多普勒(CW)

3 彩色多普勒血流顯像(CDFI)

超聲診斷儀

（一）A型超聲診斷儀

A超是一種幅度調(diào)制型，是國內(nèi)早期最普及最基本的一類超聲診斷儀，目前已基本淘汰。

（二）M型超聲診斷儀

M超是采用輝度調(diào)制，以亮度反映回聲強(qiáng)弱，M型顯示體內(nèi)各層組織對于體表(探頭)的距離隨時間變化的曲線，是反映一維的空間結(jié)構(gòu)，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動圖，目前一般作為二維彩色多普勒超聲心動圖儀的一種顯示模式設(shè)置于儀器上。

(三)B型超聲診斷儀

B型顯示是利用A型和M型顯示技術(shù)發(fā)展起來的，它將A型的幅度調(diào)制顯示改為輝度調(diào)制顯示，亮度隨著回聲信號大小而變化，反映人體組織二維切面斷層圖像。B型顯示的實(shí)時切面圖像，真實(shí)性強(qiáng)，直觀性好，容易掌握。它只有20多年歷史，但發(fā)展十分迅速，儀器不斷更新?lián)Q代，近年每年都有改進(jìn)的新型B型儀出現(xiàn)，B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設(shè)備。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、復(fù)合掃查；掃查的驅(qū)動方式：手動掃查、機(jī)械掃查、電子掃查、復(fù)合掃查。

(四)D型超聲診斷儀

超聲多普勒診斷儀簡稱D型超聲診斷儀，這類儀器是利用多普勒效應(yīng)原理，對運(yùn)動的臟器和血流進(jìn)行探測。在心血管疾病診斷中必不可少，目前用于心血管診斷的超聲儀均配有多普勒，分脈沖式多普勒和連續(xù)式多普勒。近年來許多新課題離不開多普勒原理，如外周血管、人體內(nèi)部器官的血管以及新生腫瘤內(nèi)部的血供探查等等，所以現(xiàn)在彩超基本上均配備多普勒顯示模式。

(五)彩色多普勒血流顯像儀

彩色多普勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質(zhì)量的彩色顯示要求有滿意的黑白結(jié)構(gòu)顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎(chǔ)上，打開“彩色血流顯像”開關(guān)，彩色血流的信號將自動疊加于黑白的二維結(jié)構(gòu)顯示上，可根據(jù)需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國際市場上彩超的種類及型號繁多，檔次開發(fā)日新月異，更具高信息量、高分辨率、高自動化、范圍廣、簡便實(shí)用等特點(diǎn)。

4、圖像特點(diǎn)

不同類型的超聲儀有不同的圖像特點(diǎn)，因B型超聲是最重要的診斷方法，故對其圖像特點(diǎn)做以下介紹：

切面聲像圖的回聲描述

1 回聲強(qiáng)弱的描述：根據(jù)圖像中不同灰階將回聲信號分為強(qiáng)回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強(qiáng)弱或高低的標(biāo)準(zhǔn)一般以該臟器正?；芈暈闃?biāo)準(zhǔn)或?qū)⒉∽儾课换芈暸c周圍正常臟器回聲強(qiáng)度的比較來確定。如液體為無回聲，結(jié)石氣體或鈣化為強(qiáng)回聲等。正常人體軟組織的內(nèi)部回聲由強(qiáng)到弱排列如下：腎竇>胎盤>胰腺>肝臟>脾臟>腎皮質(zhì)>皮下脂肪>腎髓質(zhì)>腦>靜脈血>膽液和尿液。

2 回聲分布的描述：按圖像中光點(diǎn)的分布情況分為均勻或不均勻，密集或稀疏。在病灶部的回聲分布可用“均質(zhì)”或“非均勻”表述。

3 回聲形態(tài)的描述：光團(tuán)：回聲光點(diǎn)聚集呈明亮的結(jié)團(tuán)狀，有一定的邊界。光斑：回聲光點(diǎn)聚集呈明亮的小片狀，邊界清楚。光點(diǎn)：回聲呈細(xì)小點(diǎn)狀。光環(huán)：顯示圓形或類圓形的回聲環(huán)。光帶：顯示形狀似條帶樣回聲。

4 某些特殊征象的描述：即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征，用以強(qiáng)調(diào)這些征象，常用的有“靶環(huán)”征、“牛眼”征、“駝峰”征、“雙筒槍”征等。

5 彩色多普勒血流顯象還可對臟器內(nèi)或腫塊內(nèi)、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細(xì)、形態(tài)以及血流速度等多項參數(shù)加以顯示。

超聲圖像的常見偽像

1 多次反射

超聲垂直照射到平整的界面而形成聲波在探頭與界面之間來回反射，出現(xiàn)等距離的多條回聲，強(qiáng)度漸次減弱，尤其與薄層氣體所構(gòu)成的界面上，如肝左葉與胃內(nèi)氣體之間、膀胱回聲前部分的細(xì)小回聲。

2 多次內(nèi)部混響

超聲在靶內(nèi)來回反射，形成彗星尾征，如子宮內(nèi)節(jié)育環(huán)。

3 切片厚度偽像又稱部分容積效應(yīng)。

因聲束寬度較寬(即超聲切面圖的切片厚度較厚)引起。如膽囊內(nèi)假膽泥樣圖像。

4 旁瓣偽像

由聲束主瓣外的旁瓣反射造成，在結(jié)石和腸氣等強(qiáng)回聲兩側(cè)呈現(xiàn)“狗耳”樣或稱“披紗”樣圖像。

5 聲影

由于前方有強(qiáng)反射或聲衰減很大的物質(zhì)存在，以致在其后方出現(xiàn)聲束不能到達(dá)的區(qū)域即縱條狀無回聲區(qū)稱為聲影區(qū)，利用聲影可識別結(jié)石、鈣化灶和骨骼等。

6 折射聲影

超聲從低聲速介質(zhì)進(jìn)入高聲速介質(zhì)，在入射角超過臨界角時，產(chǎn)生全反射，以致其后方出現(xiàn)聲影，見于球形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)后方或器官的兩側(cè)邊緣，又稱邊緣聲影。

7 鏡面?zhèn)蜗?/p>

超聲束投射到表面平滑的人體強(qiáng)回聲大界面如橫膈面上時，猶如光投射到平面鏡上一樣，產(chǎn)生相似的實(shí)、虛兩圖像，如橫膈兩側(cè)出現(xiàn)對稱的兩個腫塊回聲。

5、檢查技術(shù)

裝置

1 實(shí)時線陣超聲診斷儀：適用于一般的腹部檢查，可有多種不同頻率探頭。主要缺點(diǎn)是探頭與人體接觸面較大，檢查時需要大的透聲窗才能使聲束有效地經(jīng)過檢查目標(biāo)。

2 實(shí)時扇型超聲診斷儀：心臟探查最常用，探頭小，便于肋間掃查，缺點(diǎn)是近場視野小。

3 實(shí)時凸陣超聲診斷儀：凸陣探頭具有比扇型探頭近場視野大，又比線陣探頭遠(yuǎn)場視野廣的優(yōu)點(diǎn)。

4 彩色和頻譜多普勒超聲診斷儀：用于探查心血管、各種器官及病變相關(guān)血管，外周血管的血流速度、血流量等血流動力學(xué)改變。

探測前準(zhǔn)備

一般不必作探測前準(zhǔn)備，在探測易受消化道氣體干擾的深部器官時，需空腹檢查或作更嚴(yán)格的腸道準(zhǔn)備。膽囊檢查需前晚進(jìn)清淡飲食，當(dāng)天禁早餐；婦產(chǎn)科和膀胱前列腺檢查要求充盈膀胱；經(jīng)直腸檢查前需排便或灌腸；某些特殊檢查另有特別的檢查前準(zhǔn)備要求，將在具體章節(jié)中介紹。

探測方法和體位

(一)探測方法

1 直接探測法：探頭與受檢者皮膚或粘膜等直接接觸，是常規(guī)采用的探測方法。

2 間接探測法：探頭與人體之間灌入液體或插入水囊、Proxon耦合(延遲)塊等使超聲從發(fā)射到進(jìn)入人體有一個時間上的延遲。目的有三：①使被檢部位落入聚集區(qū)，增加分辨力；②使表面不平整的部位得到耦合；③使嬌嫩的被檢組織(如角膜)不受擦傷。

(二)體位

超聲探測的體位因探測部位需要不同，可采用各種體位，如仰臥位、左右側(cè)臥位、俯臥位、坐位、立位、截石位、膝胸位等等，無一定限制。將在各論中分別介紹。

6、診斷與臨床應(yīng)用

B型超聲檢測技術(shù)的臨床應(yīng)用

超聲診斷基礎(chǔ)著眼于詳盡的觀察與分析。捕捉各種特征，綜合分析病因，研究各種生理情況下的改變，以及結(jié)合其他形式進(jìn)行診斷。

(一)超聲圖像觀察

1 臟器外形及大小、柔度或可動度 各種臟器均有其自然的解剖形態(tài)及大小尺寸。觀察臟器的輪廓有無形態(tài)失常，腫塊的形狀、位置、大小、數(shù)目、范圍等，腹腔臟器的活動度等。

2 病灶邊緣回聲 發(fā)現(xiàn)病灶后，觀察病灶的邊緣回聲，有無包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周邊是否有暈圈等。

3 后壁及后方回聲 由于人體各種正常組織和病變組織對聲能吸收衰減不同，故表現(xiàn)后方不同的回聲。如含液性的囊腫或膿腫，則出現(xiàn)后壁回聲“增強(qiáng)”；而鈣化、結(jié)石、氣體等，則其后方形成“聲影”。某些酷似液性病灶的均勻?qū)嵸|(zhì)性病灶，后方則無回聲增強(qiáng)效應(yīng)。

4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征 可分為結(jié)構(gòu)如常，正常結(jié)構(gòu)消失，界面的增多或減少、界面散射點(diǎn)的大小與均勻度的不同以及其他各種不同類型的異?；芈暤取?/p>

5 周鄰關(guān)系 根據(jù)局部解剖關(guān)系判斷病變與周鄰臟器的連續(xù)性，有無壓迫、粘連或浸潤。

6 功能性檢測 如應(yīng)用脂餐試驗(yàn)觀察膽囊的收縮功能?？崭癸嬎螅瑴y定胃的排空功能及收縮蠕動狀態(tài)等。

(二)常見的病理性圖像特點(diǎn)

1囊性與實(shí)質(zhì)性病變

超聲對液體與實(shí)質(zhì)組織有著顯著的圖像差別，因而很好鑒別。

2 均質(zhì)性與非均質(zhì)性病變

均質(zhì)性病變呈均勻一致的低回聲、等回聲或強(qiáng)回聲，非均質(zhì)性病變則呈復(fù)雜的回聲結(jié)構(gòu)。

3 鈣化性與含氣性病變

鈣化性病變圖像穩(wěn)定，聲影清晰，含氣性病變圖像不穩(wěn)定，聲影混渾。

4 炎性與纖維化病變

急性炎癥早期以水腫為主，局部回聲減低，臟器腫脹，經(jīng)線值增大；慢性炎癥纖維組織增加，回聲增粗增多。

纖維化病變多呈強(qiáng)回聲，按其病變程度不同而表現(xiàn)不同。如血吸蟲肝纖維化呈典型的“地圖”樣改變。

5 良性與惡性病變

一般而言，良性病變質(zhì)地均勻、界面單一故回聲均勻、規(guī)則。惡性病變因生長快，伴出血，變性，瘤內(nèi)組織界面復(fù)雜不均勻，表現(xiàn)為不規(guī)則的回聲結(jié)構(gòu)。

如(1)腫瘤邊緣：①有：良性或惡性未向外伸展；②假邊緣：光暈圈，水牛眼；③規(guī)則：良性、惡性均可；④分界截然：良性為多；⑤不規(guī)則，偽足伸展：惡性為多。

(2)內(nèi)部回聲：①均勻：良性較大；②不均：惡性較大。

(3)內(nèi)部其他結(jié)構(gòu)：①正常：多為良性；②異常：多為惡性。

(4)后方回聲：①正?；蛟鰪?qiáng)：多為良性；②正?；驕p弱：多為惡性。

(5)侵入或轉(zhuǎn)移：阻塞或侵入管道、鄰近組織及/或臟器擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移者考慮為惡性。

超聲多普勒檢測技術(shù)的臨床應(yīng)用

超聲多普勒是近年來迅速發(fā)展的一種檢測技術(shù)，隨著電子學(xué)的進(jìn)步，此法在臨床上得到日益廣泛的應(yīng)用，對心臟疾病、周圍血管疾患實(shí)質(zhì)器官的血流灌注、小器官血流供應(yīng)、占位性病變血供情況及胎兒血液循環(huán)的檢查上具有重大的價值。

(一)鑒別液性暗區(qū)的性質(zhì)

在切面超聲顯像圖上常見有各種形式的液性暗區(qū)，可分別代表膿腔、積液、膽汁、尿液、羊水或血液等，一般情況下根據(jù)解剖部位、周圍輪廓、徑線長短及連續(xù)關(guān)系等，其性質(zhì)易于區(qū)分，但有時因斷面復(fù)雜，暗區(qū)較多，在鑒別時很困難。進(jìn)行多普勒檢查時因動脈、靜脈及靜止的液腔有明顯的不同，對鑒別性質(zhì)有很大幫助。如肝內(nèi)膽管高度擴(kuò)張時，某一斷面很難區(qū)分門靜脈與擴(kuò)張的膽管，彩色血流顯像加上去，門靜脈有彩色血流顯示并有典型門靜脈頻譜，而膽管無血流顯示。再如診斷下肢深靜脈血栓時，首先要用彩色多普勒鑒別并行的兩條血管哪一條為動脈，哪一條為靜脈，然后再行進(jìn)一步追蹤檢查。

(二)鑒別器官及病變組織的血供

彩色多普勒血流顯像及能量圖可以清晰顯示臟器的正常血供，當(dāng)有病變或新生占位性病灶出現(xiàn)時，通過血流顯示可以做出具有重要意義的鑒別診斷。甲亢病人甲狀腺血供異常豐富，呈典型特征的“火海”征；肝臟腫瘤如原發(fā)性肝癌則可探及腫瘤內(nèi)部及周邊血供豐富，并見動脈頻譜；如血管瘤則血流很少，無動脈頻譜。

(三)探測血流速度

人體任何一條血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常范圍，如二尖瓣口舒張期峰值速度60cm/s～130cm/s，門靜脈右支主干的峰值速度在18cm/s左右。血流速度參數(shù)有峰值速度、加速度、減速度、平均速度、速度積分等，通過以上參數(shù)可對血流動力學(xué)異常做出判斷。

(四)估計壓力差

利用數(shù)學(xué)公式-簡化的伯努利方程：P1-P2=4V2(P1、P2分別代表所測瓣口前后的壓力，V為通過瓣口時的血流速度)，可以測出瓣口前后的壓力差，間接反映血流是否通暢，有無狹窄，并可通過測三尖瓣返流速度推算肺動脈壓力。

(五)測量血流量

血流通過某一管腔時，其血流量(Q)與血流速度(V)快慢、管腔面積(A)大小及血流時間(T)長短有密切關(guān)系，Q=V·A·T。根據(jù)以上公式，大部分彩色多普勒血流顯像儀在描記血流頻譜輪廓并標(biāo)志管腔兩側(cè)壁的位置后，均能自動計算血流量，對臨床幫助很大。

7、超聲成像原理

陣列聲場延時疊加成像是超聲成像中最傳統(tǒng)，最簡單的，也是目前實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的成像方式。在這種方式中，通過對陣列的各個單元引入不同的延時，而后合成為一聚焦波束，以實(shí)現(xiàn)對聲場各點(diǎn)的成像。