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第一节
超声诊断的物理特性

(一)定义

1.超声:频率大于20kHz(20000Hz)的声波,为机械波。不同频率的声波定义如下,<16Hz为次声波; 16~20000Hz为可闻波;>20000Hz为超声波。

2.超声诊断:应用较高频率[(1~40)MHz,常用(2.2~10)MHz]超声,从人体内部获得某几种声学参数信息后,形成图形(声像图、血流流道图)曲线(A型振幅曲线、M型心动曲线、流速频谱曲线)或其他数据,用以分析临床疾病。

(二)声源、声束、声场与分辨力

1.声源:能发生超声的物体称为声源。

超声换能器:将电能转换成超声能,同时也可将超声能转换成电能的一种器件。

2.声束:指从声源发出的声波,一般在一个较小的立体角内传播。

声轴:声束的中心轴线,代表超声在声源发生后传播的主方向。

束宽:声束两侧边缘间的距离。

3.近场与远场 :声束各处宽度不等。在邻近探头的一段距离内,束宽几乎相等,称为近场区,近场区为一复瓣区,此区内声强高低起伏。远方为远场区,声束开始扩散,远场区内声强分布均匀。近场区及远场区都有严格的物理定义,随探头工作频率及探头发射时的有效面积而变化。实用超声仪上“near”及“far”为近段(程)及远段(程)调节,而非近场区及远场区。

4.声束的聚焦

5.分辨力:是超声诊断中极为重要的技术指标。

(1)基本分辨力:根据单一声束线上所测出的分辨两个细小目标的能力。①轴向分辨力:沿声束轴线方向的分辨力。轴向分辨力的优劣影响靶标在浅深方向的精细度。②侧向分辨力:声束轴线垂直的平面上,在探头长轴方向的分辨力。声束越细,侧向分辨力越好。③横向分辨力:声束轴线垂直的平面上,在探头短轴方向的分辨力。横向分辨力越好,图像上反映组织的切面情况越真实。

(2)图像分辨力:指构成整幅图像的目标分辨力。① 细微分辨力,用以显示散射点的大小。② 对比分辨力,用以显示回声信号间的微小差别。

(3)多普勒超声分辨力,分为以下四种类型。①多普勒侧向分辨力;②多普勒流速分布分辨力;③多普勒流向分辨力;④多普勒最低流速分辨力。

(4)彩色多普勒分辨力:彩色多普勒系统将血管或心腔内的血流状态用彩色标示并重叠在实时灰阶图上。①空间分辨力,指彩色血流信号的边缘光滑程度以及彩色信号能在正确解剖位置和管腔内显示的能力。②时间分辨力,指彩色多普勒系统能迅速地反映实时成像中不同彩色及彩色谱的能力。

(三)人体组织的声学参数

1.密度( ρ ):各种组织、脏器的密度为重要声学参数中声特性阻抗的基本组成之一。密度的单位为g/cm 3

2.声速( c ):声波在介质(或媒质)内的传播速度,单位为m/s或mm/ μ s。不同组织内的声速不同。

3.声特性阻抗( Z ),为密度与声速的乘积( Z ρ · c ),单位为g/(cm 2 ·s)。声特性阻抗可简称声阻抗,为超声诊断中最基本的物理量。

4.界面:两种声阻抗不同物体接触在一起,形成一个界面。接触面的大小为界面尺寸。

小界面:尺寸小于超声波长。

大界面:尺寸大于超声波长。

均质体与无界面区:在一个脏器、组织中如由分布十分均匀的小界面所组成,称为均质体。无界面区仅在清晰的液区中出现,液区内各小点的声阻抗完全一致。

(四)人体组织对入射超声的作用

1.散射:小界面对入射超声产生散射现象。散射无方向性。

2.反射:大界面对入射超声产生反射现象。

3.折射:由于人体各种组织、脏器中的声速不同,声束在经过这些组织间的大界面时,产生声束前进方向的改变。

4.全反射:入射角大于临界角时,折射声束完全返回至第一介质,称为“全反射”。

5.绕射:又名衍射。在声束边缘与大界面之间的距离等于1~2个波长时,声束传播方向改变。

6.衰减:声束在介质中传播时,因小界面的散射、大界面的反射,声束的扩散以及软组织对超声能量的吸收等,造成了超声的衰减。

7.会聚:声束在经越圆形低声速区后,可致声束的会聚。

8.发散:声束在经越圆形高声速区后,可致声束的发散。

9.多普勒效应:入射超声遇到活动的小界面或大界面后,散射或反射回声的频率发生改变,叫做多普勒效应。

(五)入射超声对人体组织的作用

脉冲式超声通常可分为4种超声声强:①空间平均时间平均声强;②空间平均时间峰值声强;③空间峰值时间平均声强;④空间峰值时间峰值声强。

其中,空间峰值时间平均声强(SPTAI)在生物效应中最重要。在人体组织中,对超声敏感的有中枢神经系统、视网膜、视神经、生殖腺、早孕期胚芽及3个月内早孕、孕期胎儿颅脑及胎心等。对这些脏器的超声检查,每一受检切面上的固定持续观察时间不应超过1分钟。

热指数(TI):探头输出的声功率与从计算所得使受检组织升温1℃所需声功率之间的比值。

机械指数(MI):是超声空化效应的重要参数。为声轴线上的弛张期峰值负压除以声脉冲频宽的中心频率平方根值。 m1FX8CmGzw/htspL+QBwtehDTAyisGcBn56EbZpLlNm92SmDCFg6pWvsHziePdci

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