第四章 超声成像
超声是超过正常人耳能听到的声波，频率在20 000赫兹(Hertz，Hz)以上。超声检查是利用超声的物理特性和人体器官组织声学性质上的差异，以波形、曲线或图像的形式显示和记录，借以进行疾病诊断的检查方法。40年代初就已探索利用超声检查人体，50年代已研究、使用超声使器官构成超声层面图像，70年代初又发展了实时超声技术，可观察心脏及胎儿活动。超声诊断由于设备不似CT或MRI设备那样昂贵，可获得器官的任意断面图像，还可观察运动器官的活动情况，成像快，诊断及时，无痛苦与危险，属于非损伤性检查，因之，在临床上应用已普及，是医学影像学中的重要组成部分。不足之处在于图像的对比分辨力和空间分辨力不如CT和MRI高。本教材只介绍灰阶超声成像(grey scale ultrasonic tomography)。
第一节 USG的成像基本原理与设备
一、超声的物理特性
超声是机械波，由物体机械振动产生。具有波长、频率和传播速度等物理量。用于医学上的超声频率为2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超声需在介质中传播，其速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为150m/s。介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。
超声在介质中以直线传播,有良好的指向性.这是可以用超声对人体器官进行探测的基础。当超声传经两种声阻抗不同相邻介质的界面时其声阻抗差大于0.1%,而界面又明显大于波长,即大界面时,则发生反射,一部分声能在界面后方的相邻介质中产生折射,超声继续传播,遇到另一个界面再产生反射,直至声能耗竭。反射回来的超声为回声。声阻抗差越大，则反射越强，如果界面比波长小，即小界面时，则发生散射。超声在介质中传播还发生衰减，即振幅与强度减小。衰减与介质的衰减系数成正比，与距离平方成反比，还与介质的吸收及散射有关。超声还有多普勒应(Doppler effect)，活动的界面对声源作相对运动可改变反射回声的回率。这种效应使超声能探查心脏活动和胎儿活动以及血流状态。
二、超声的成像基本原理
人体结构对超声而言是一个复杂的介质，各种器官与组织，包括病理组织有它特定的声阻抗(表1-4-1)和衰减特性。因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。超声射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射与衰减。这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。将接收到的回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点依次显示在影屏上，则可显出人体的断面超声图像，称这为声像图(sonogram或echogram)。
表1-4-1 人体不同介质的声速与声阻抗
|
介 质 |
密度(g/cm3) |
超声纵波速度(m/s) |
特征阻抗(105R*) |
测试频率(MHz) |
|
空 气 |
0.001293 |
332 |
0.000429 |
2.9 |
|
水 |
0.9934 |
1523 |
1.513 |
2.9 |
|
血 液 |
1.055 |
1570 |
1.656 |
1.0 |
|
软组织 |
1.016 |
1500 |
1.524 |
1.0 |
|
肌 肉 |
1.074 |
1568 |
1.684 |
1.0 |
|
骨 |
1.658 |
3860 |
5.571 |
1.0 |
|
脂 肪 |
0.955 |
1476 |
1.410 |
1.0 |
|
肝 |
1.050 |
1570 |
1.648 |
1.0 |
*R(Rayls)=1kg/m2.s
人体器官表面有被膜包绕,被膜同其下方组织的声阻抗差大,形成良好界面反射,声象图上出现完整而清晰的周边回声,从而显出器官的轮廓。根据周边回声能判断器官的形状与大小。
超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以是无回声、低回声或不同程度的强回声。
无回声：是超声经过的区域没有反射，成为无回声的暗区(黑影)，可能由下述情况造成：①液性暗区：均质的液体，声阻抗无差别或差很小，不构成反射界面，形成液性暗区，如血液、胆汁、尿和羊水等。这样，血管、胆囊、膀胱和羊膜腔等即呈液性暗区。病理情、况下，如胸腔积液、心包积液、腹水、脓液、肾盂积水以及含液体的囊性肿物及包虫囊肿等也呈液性暗区，成为良好透声区。在暗区下方常见回声增强，出现亮的光带(白影)。②衰减暗区：肿瘤，如巨块型癌，由于肿瘤对超声的吸收，造成明显衰减，而没有回声，出现衰减暗区。③实质暗区：均质的实质，声阻抗差别小，可出现无回声暗区。肾实质、脾等正常组织和肾癌及透明性变等病变组织可表现为实质暗区。
低回声：实质器官如肝，内部回声为分布均匀的点状回声，在发生急性炎症，出现渗出时，其声阻抗比正常组织小，透声增高，而出现低回声区(灰影)。
强回声：可以是较强回声、强回声和极强回声。①较强回声：实质器官内组织致密或血管增多的肿瘤，声阻抗差别大，反射界面增多，使局部回声增强，呈密集的光点或光团(灰白影)，如癌、肌瘤及血管瘤等。②强回声：介质内部结构致密，与邻近的软组织或液体有明显的声阻抗差，引起强反射。例如骨质、结石、钙化，可出现带状或块状强回声区(白影)，由于透声差，下方声能衰减，而出现无回声暗区，即声影(acoustic shadow)。③极强回声：含气器官如肺、充气的胃肠，因与邻近软组织之声阻抗差别极大，声能几乎全部被反射回来，不能透射，而出现极强的光带。
三、超声设备
超声设备类型较多。早期应用幅度调制型(amplitude mode)，即A型超声，以波幅变化反映回波情况。灰度调制型(brightness mode)，即B型超声，系以明暗不同的光点反映回声变化，在影屏上显示9～64个等级灰度的图像，强回声光点明亮，弱回声光点黑暗。
根据成像方法的不同，分为静态成像和动态成像或实时成像(real timeimagimg)两种。前者获得静态声像图，图像展示范围较广，影像较清晰，但检查时间长，应用少，后者可在短时间内获得多帧图像(20～40帧/s)故可观察器官的动态变化，但图像展示范围小，影像稍欠清晰。
超声设备主要由超声换能器即探头(probe)和发射与接收、显示与记录以及电源等部分组成(图1-4-1)。
图1-4-1 脉冲回声式超声设备基本结构示意图
换能器是电声换能器，由压电晶体构成，完成超声的发生和回声的接收，其性能影响灵敏度、分辨力和伪影干扰等。B型超声设备多用脉冲回声式。电子线阵式多探头行方形扫描，电子相控阵式探头行扇形扫描(图1-4-2)。为了借助声像图指导穿剌，还有穿剌式探头。
图1-4-2 实时扫查探头
a.电子线阵式 b.电子相控阵式
探头性能分3.0、3.5、5.8MHz等。兆赫越大，其通透性能越小。根据检查部位选用合适的探头。例如眼的扫描用8MHz探头，而盆腔扫描，则选用3.0MHz探头。一个超声设备可配备几个不同性能的探头备选用。
显示器用阴极射线管,记录可用多帧照相机和录像机等。
最近修改日期：00-10-08 16:36:4420 Mar 2001 21:23:37 +0800
校对：1999-12-03 何翠红
, 百拇医药