醫(yī)學]超聲基礎培訓

1、超聲基礎培訓,什么是超聲波 超聲波的特性 超聲技術的發(fā)展歷程 超聲臨床應用基礎知識 探頭的種類和特性 超聲臨床應用技術簡介 現(xiàn)代醫(yī)學超聲診斷儀新技術發(fā)展特點,什么是超聲波,超聲波是機械波，由物體機械振動產(chǎn)生。頻率高于20kHz具有波長、頻率和傳播速度等物量。 超聲波需在介質(zhì)中傳播，其速度因介質(zhì)不同而異，在固體中最快，液體中次之，氣體中最慢。,超聲波的特性,直線傳播 良好的指向性 衰減性 反射性 多普勒效應

2、,多普勒效應：,聲源和接收體作相對運動時，接收體在單位時間內(nèi)收到的振動次數(shù)（頻率），除聲源發(fā)出者外，還由于接收體向前運動而多接收到（距離/波長個）振動，即收到的頻率增加了。相反，聲源和接收體作背離運動時，接收體收到的頻率就減少，這種頻率增加和減少的現(xiàn)象稱為多普勒效應,超聲技術的發(fā)展歷程,A超（Amplitude modulation display） M超 B超（Brightness modulation display）

3、 D超（多譜勒） 脈沖多譜勒（PW） 連續(xù)多譜勒（CW） C超（彩色多譜勒）,超聲臨床應用基礎知識,A型回聲圖示意圖,,A型：屬一維超聲、回聲強度以振幅顯示、探頭由單晶片構成，主要用于腹部、頭顱、眼、胸腔等檢查，現(xiàn)多已淘汰。圖15-1-7 A型回聲圖示意圖回聲圖軸  (振幅高度)代表回聲強度、X軸代表深度,M型超聲心動圖示意圖 和掃描示意圖,,.M型：一維、光點顯示、光點的亮度代 表回聲強弱、探頭為單晶片，

4、用于心臟、胎心、血管檢查、顯示心臟、血管結構的活動規(guī)跡曲線圖又稱M型超聲心動圖。圖15-1-8 M型超聲心動圖示意圖 掃描示意圖M型心動圖 Y軸代表深度，X軸代表時間,B型：即使我們所說得B超，它是以二維、光點顯示。圖中 切面超聲心動圖示a、快速扇形掃描示意，b、切面超聲心動圖Y軸代表深度，X軸代表心臟長軸。,a、線陣儀掃描示意，b聲象圖顯示，Y軸代表深度。X軸代表上下或左右,圖15-1-10 B型電子線陣顯示示意圖,超

5、聲多普勒,利用多普勒效應原理檢測運動物體。當發(fā)射超聲傳入人體某一血液流動區(qū)，被紅細胞散射返回探頭，回聲信號的頻率可增可減，朝向探頭運動的血流，探頭接收到的頻率較發(fā)射頻率增高，背離探頭的血流則頻率減低。 接收頻率與發(fā)射頻率之差稱多普勒頻移或差頻。多普勒頻移（fd）與發(fā)射頻率（fo）、血流速度（V）、超聲束與血流間夾角（θ）的余弦成正比，與聲速（C）成反比，,公式為：V=fd C cosθ/2fo,式中fd、cosθ儀器均

6、可顯示，fo及C為已知，可以計算出V。聲束與血流方向平行時可記錄到最大血流速度，聲束與血流方向垂直時則測不到血流信號。,,目前常用的超聲多普勒有連續(xù)波多普（CWD）、 脈沖波多普勒（PWD）及彩色多普（CDFI）。（1）連續(xù)波多普勒：一維頻譜顯示、探頭內(nèi)有二個晶片一收一發(fā)，用于檢測高速血流。連續(xù)波多普勒以頻譜顯示，可單獨使用，亦可與二維超聲心動圖結合。接收取樣線經(jīng)過部位上所有頻移信號，其優(yōu)點為可以測定高速血流，常用于測定心臟瓣口

7、狹窄或返流的高速血流。 缺點為不能區(qū)分信號來源深度。,超聲多普勒顯示示意圖a、多普勒取樣部位顯示。B多普勒頻譜圖。Y軸代表頻移（血流速度）。X軸代表時間。,脈沖波多普勒：一維、頻譜顯示，探頭由單晶片組成、兼收、發(fā)。常與二維超聲相結合，用于檢測血流速度、方向、性質(zhì)等。 脈沖波多普勒亦以頻譜顯示，與二維超聲相結合，可以選擇心臟或血管內(nèi)任一部位的小容積血流顯示血流實時頻譜。頻譜可顯示血流方向（朝向探頭的血流在基線上，背離探頭的血

8、流在基線下），血流性質(zhì)（正常的層流呈空窗型如圖14-1-5，湍流則呈充填型如圖15-1-6），血流速度（頻譜上信號的振幅）、血流持續(xù)時間（橫座標顯示時間）?？晒┒ㄐ?、定量分析。其特點為所測血流速度受探測深度及發(fā)射頻率等因素限制。通常不能測高速血流。,圖15-1-5 正常脈沖多普勒頻譜左圖示超聲束經(jīng)血管內(nèi)層流血流 右圖為所顯示正常血流頻譜（空窗型）,圖15-1-6 脈沖多普勒湍流頻譜左圖示超聲束經(jīng)狹窄后的湍流血流。右圖為湍流

9、頻譜（充填型）,,彩色多普勒：二維、光點顯示、以偽彩色代表血流方向、性質(zhì)及速度。它利用脈沖多普勒原理，在心臟或血管內(nèi)多線、多點取樣，回聲經(jīng)處理后進行彩色編碼，顯示血流速度剖面圖，以紅色代表朝向探頭的血流、蘭色代表背離探頭的血流、與二維超聲心動圖套疊顯示，可直觀地顯示心臟或血管的形態(tài)結構及血流信息的實時動態(tài)圖像，信息最大，敏感性高，并可引導脈沖或連續(xù)多普勒取樣部位，進行定量分析。,,多普勒主要用于檢測心腔及血管內(nèi)血流。彩色多普勒儀都

10、具有B型、M型、連續(xù)波、脈沖波多普勒功能、根據(jù)需要任意選擇使用。,探頭的種類和特性,（一）機械扇掃探頭,將單個圓盤形振子(其直徑為12mm—20mm)安置在扇形擺動架上，由電機驅(qū)動作扇形擺動掃描的機械扇掃探頭．機械扇掃探頭己是八十年代使用的最多的技術；由于超聲振子附著在一個機械擺架上，擺動的角度和擺動頻率都受到一定限止，如它的最大擺動角度只有６０度，比不上現(xiàn)代電子相控陣凸陣探頭的扇掃角度90度，更比不上微凸陣探頭170度，和曲陣探頭24

11、0度的扇掃角度．在機械扇掃探頭內(nèi)必須充有探頭油，探頭油要具有良好聲透性，又要是低密度、低阻力、絕緣性好的液體．機械扇掃探頭的使用壽命也不如相控陣凸陣探頭；但是在使用上，兩者都不需要移動時，就可獲得一幅圖像．,(二)線陣探頭,線陣探頭有64、128、256和512振元組成的多種探頭；由于振元晶片切割的厚度不同，它的使用頻率不同，它的線陣排列的長度也不同 ，工作頻率低的,其尺寸就長一些．,（三）凸陣探頭,凸陣探頭有不同頻率、不同弧面尺寸的通

12、用凸陣探頭和變頻凸陣探頭,還有一種適用小器官的微凸陣探頭．凸陣探頭的扇掃角度達80多度,微凸陣探頭可應用于小器官探查,其扇掃角度大于90度.　目前在彩色多普勒超聲診斷儀使用變頻探頭,變頻探頭的設計主要適用于一次探掃中，能進行多部位掃描,也適用于不同體形的超聲探查．,(四)相控陣探頭,相控陣探頭有多種形狀,如圖3-1-7-7展示了六種相控陣探頭,其中第1至第4是4種不同頻率的相控陣探頭；圖中笫６號是一種5.0MHz的經(jīng)食道對心臟進行探查

13、的相控陣探頭；圖中笫５號是一種探測平面寬度很小，表面接觸式相控陣探頭，可用于心臟手術．,(五) 矩陣式探頭,矩陣式探頭的振元塊是由切割成數(shù)百個方塊到數(shù)千個方塊的矩陣組成．如Philips×4 Matrix型超極矩陣式探頭,是由3000個陣元塊組成；它要有150多個計算機電子板進行接,（六）超聲多普勒探頭,（六）超聲多普勒探頭,測量血流的超聲多普勒探頭是雙晶片分隔式或分離式的簡易式換能器。探測多普勒頻譜的超聲多普勒探頭也是專用的

14、.現(xiàn)在許多凸陣、線陣、相控陣及腔內(nèi)探頭均具有PWD(脈沖多普勒)和HRPF超聲多普勒探掃功能,相控陣探頭還具有CWD(連續(xù)多普勒) 探掃功能.脈沖多普勒的脈沖重復頻率的應用范圍是1kHz—29kHz.,,C5,-,2,,,P2,-,5,,Ec4,-,9,,P3,-,7,,C3,-,7,,S,-,VAW4,-,7,-臨床應用-,腹部產(chǎn)科婦科胎兒心臟,泌尿科小器官胸部血管兒科,成人心臟兒科回波顱腦橫斷肌肉與骨骼,超聲臨床

15、應用技術簡介,數(shù)字波束成形技術 諧波成像技術 復合閃爍自動消除技術 三維成像技術,數(shù)字波束形成的原理,,模擬波束形成存在的問題,不精確的時間延遲非線性衰減多重反射,,,,,S,,,,,,,,,,,,S,數(shù)字時間延遲,反射器,陣元,信號加法器,顯示,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字波束形成的意義,全程像素聚焦寬頻帶穩(wěn)定性可編程性,多聲束成像技術,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多聲束成像技術,圖

16、中所示為多聲束成像的基本理論。傳統(tǒng)的單聲束掃描儀在處理信號時一次只可發(fā)射和接收一個聲波脈沖信號，而多聲束掃描儀發(fā)射一次信號可接收四個聲脈沖信號，從而得到一無偽影的運動影像。,,,,,,,,,,,,,,,,,多聲束是如何工作的?--技術背景,探頭接到信號后，4個聲束成形器以并行的方式處理反射信號，產(chǎn)生高幀頻、高分辨率的二維或三維圖像。,諧波成像技術,OHI最佳諧波成像雙向諧波成像反向脈沖諧波成像,造影劑和非造影劑諧波成像

17、二次諧波 最佳組織諧波,最佳諧波成像技術（OHI）,,非造影式和造影式諧波成像,沒有使用造影劑 使用造影劑,,它是通過檢測超聲造影劑微泡產(chǎn)生的二次諧波來顯示微血管低速血流的聲學顯像方法，它具有去除背景噪聲，突出檢測目標的優(yōu)點。,,,二次諧波,,它不需要使用造影劑，通過檢測人體組織的諧波成分提供高對比分辨力的優(yōu)質(zhì)圖像。組織諧波技術可有效的提高空間分辨力，對于普通顯像困難的肥胖人、老年人、心

18、臟掃查窗很差的病人尤為有效。,,,提高空間分辨率和對比度圖像的中心區(qū)域更為清晰使用于老人和肥胖病人,濾除原始的反射回波信號接收4MHz的信號,雙向諧波成像技術,反相脈沖諧波傳送的是兩個同類但極性截然相反的脈沖，采用實時數(shù)字存儲和相取消技術，生成一真正的諧波信號?？梢蕴岣哽`敏度和空間分辨率，使心臟結構更為清晰，尤可提高微量造影劑在影像上顯示的清晰度，為臨床醫(yī)生提供診斷所需的信息。,反向脈沖諧波成像技術,復合閃爍自動消除技術,新型的

19、 CAFE 數(shù)字信號處理,CAFE ——“復合自動噪聲消除” 在用彩色多普勒檢查期間,消除人為噪聲的干擾。,表面成像模式三維容積成像模式（VOCAL、MagiCut）,三維成像技術,真實的、自如旋轉(zhuǎn)的、帶有豐實表面信息的胎兒面部圖，栩栩如生。,表面模式,,在三個相交平面上自動進行前列腺的容積測量,,VOCAL,TM,虛擬人體器官計算機輔助分析技術,圖中所示為X線斷層掃描方式逐層顯示胎兒腦部的掃描影像

20、。,Magi Cut Plus TM可以剪切掉影像中不需要的部分。并可在已存檔的三維影像上以X線斷層掃描成像的方式逐層顯示，可以逐層觀察腫瘤以下的結構。,MAGICUT PLUS TM先進的電子編輯軟件,現(xiàn)代醫(yī)學超聲診斷儀新技術發(fā)展特點,從20世紀70年代到90年代，多陣元超聲換能器技術、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換技術、超聲多普勒檢測技術、數(shù)字聲束成形技術等重大技術的突破，有力地促進醫(yī)學超聲診斷儀的發(fā)展，促進了醫(yī)學超聲圖像診斷的蓬勃發(fā)展和深入應用

21、。由于低強度超聲對人體組織不產(chǎn)生損傷，使超聲圖像診斷成為醫(yī)學圖像診斷的首選技術?，F(xiàn)代醫(yī)學超聲診斷儀已是最新醫(yī)學超聲基礎理論研究、新型壓電材料和超聲換能器研制、計算機處理、聲成像技術與信息傳輸技術相結合的產(chǎn)物。70年代以B型超聲顯像技術為特征，80年代彩色多普勒血流成像技術為特征，90年代則以超聲體成像為特征。而當今醫(yī)學超聲診斷的新技術發(fā)展特點主要體現(xiàn)在寬頻帶化、數(shù)字化、多功能化、多維化及信息化等五個方面的綜合應用上，這一發(fā)展趨勢在90年

22、代后期已日漸明顯，也引導著未來先進醫(yī)學超聲診斷設備研制的創(chuàng)新思維。,一 寬頻帶化,80年代中期，人們根據(jù)超聲在生物組織中的衰減規(guī)律及其對超聲圖像的影響，開發(fā)了寬頻帶探頭，如中心頻率為3.5MHz的探頭，可以產(chǎn)生2.5~6MHz的超聲波，其有效帶寬可達到3MHz左右，檢測表淺組織時由于高頻率可以提高分辨率，而對深部組織時由有較低頻形成衰減較少的回聲信號，從而使深部組織結構得以較清晰的圖像顯示，因此在寬頻帶探頭的檢測下可以形成多頻率構成的圖

23、像，又稱為融合圖像技術。這也是與動態(tài)濾波信號處理技術的應用密不可分的，同時整個信號處理通道響應帶通也應提高到相應寬帶的程度。,90年代，變頻寬帶探頭和超寬頻帶探頭獲得應用，例如同一只探頭可以變換產(chǎn)生2.5、3.5、6MHz為中心頻率的超聲波，小器官探頭可以產(chǎn)生5、7、9MHz中心頻率的超聲波，其頻帶寬度可以達到8MHz以上。超寬頻帶探頭已可以產(chǎn)生1.8~12MHz的超聲波，術中探頭則能發(fā)射6~15MHz的超聲波，可以準確顯示淺表血管壁與

24、內(nèi)膜。超高頻探頭可產(chǎn)生60~100MHz的超聲波，極大地提高了皮膚及表淺組織的分辨率。變中心頻率寬頻帶探頭的應用為診斷醫(yī)師提供了方便，也可以更容易獲得更為清晰的圖像，提高了檢測靈敏度和動態(tài)范圍。但信噪比則略有下降?！　掝l帶化是醫(yī)學超聲診斷儀的重要技術發(fā)展。實際上超聲二次諧波信號接收與處理，也是擴展信號的帶寬,二 數(shù)字化,80年代中期，國際出現(xiàn)了將原來單一信號通道發(fā)展成同時發(fā)射和接收處理128路回聲信號，并由微機控制，由模、數(shù)混合運算

25、，計算出符合聲學理論計算的每個回波聲束(即波束成形器)，由軟件控制的聲透鏡(DCLS)作動態(tài)聚焦、動態(tài)變跡、動態(tài)孔徑和增強處理，這實際上是由軟件控制實現(xiàn)回聲信號的前端數(shù)字化處理，多通道同時處理提高了成像速度。隨后，又出現(xiàn)了以全數(shù)字運算微機控制的128通道回聲信號進行前端數(shù)字處理的超聲顯像診斷儀。理論上，全數(shù)字聲束成形技術能夠進一步減少非線性衰減延遲的相關失真和信號傳輸損失，實現(xiàn)了按象素點聚焦聲束。在數(shù)字化超聲診斷儀的基礎上，進一步發(fā)展了

26、全數(shù)字化超聲診斷儀，現(xiàn)已達512路數(shù)字聲束形成器。它還包括了數(shù)字圖像管理和存檔(PACS)以及數(shù)字圖像傳輸?shù)认到y(tǒng)。,三 多功能化,根據(jù)超聲與生物相互作用基礎理論研究的最新進展，發(fā)展新的檢測參數(shù)并用于臨床醫(yī)學，始終貫穿著醫(yī)學超聲診斷儀的發(fā)展過程，如最初利用組織界面聲特性阻抗的差異，檢測界面反向回聲信號，形成了初期的黑白灰階B型超聲圖像，而后在超聲多普勒效應的基礎上，利用血流形成的超聲多普勒頻移從而檢測流速，隨即又發(fā)展成以彩色顯示流向的彩色

27、多普勒成像技術。這兩大技術檢測的分別是聲阻抗與頻移參量。新參量的發(fā)現(xiàn)與應用，將導致醫(yī)學超聲設備的發(fā)展和功能增強。90年代中期以來，一些新參量發(fā)展帶來超聲診斷儀的多功能化。,1. 能量圖,能量圖建立在利用超聲多普勒方法檢測慢速血流信號的基礎上。但除去了頻移信號，僅利用由紅血球散射能量形成的幅度信號。它可以出色地顯示細小血管分布，不受血流角度及彎曲度的影響，又稱為超聲血流造影技術。新近發(fā)展的方向性能量圖則全面利用了幅值及頻移信號，有時又稱為

28、輻合全彩色多普勒(Covergent Color Doppler，CCD)。既可以顯示血管分布，又可以檢出血流平均速度，為診斷提供了新方法。,2. 諧波成像,通常超聲換能器中的壓電振子以固有頻率諧振，發(fā)射基頻超聲波。若產(chǎn)生頻率為基頻幾倍的超聲波則稱為n次諧波。超聲二次諧波成像就是利用接收2倍于基頻的超聲信號來提取有用信息并結合到所顯示的像圖上。二次諧波信號只在特定情況下才能激發(fā)產(chǎn)生，并被高靈敏超聲換能器接收到。由于聲衰減量與頻率平方成比

29、例，通常二次諧波超聲信號是很弱的。目前利用的二次諧波成像技術主要有兩種，即自然組織二次諧波成像和造影劑二次諧波成像。前者來自于檢測組織所產(chǎn)生的非線性聲學效應。后者則來自于造影劑微氣泡突然破裂所產(chǎn)生的激波信號。利用超聲二次諧波成像可以進一步診斷心臟功能及心肌存活情況，也可為心肌密度定量分析提供依據(jù)。分諧波(Subharmonic)成像技術正在發(fā)展，它利用的是1/2或1/3基頻探測人體組織，可以減少聲衰減，提高側向分辨。,3. 組織特征參數(shù)

30、成像,診斷定量化一直是超聲醫(yī)學及工程學追求的目標。目前已對組織速度、彈性、B/A(非線性聲參數(shù))測量取得重大進展，利用超聲多普勒法除測量與顯示血流速度外，對心室壁面的快速運動同樣可以應用，形成組織速度圖像。另一種方法是采用高幀頻采集技術，其幀頻可近400Hz左右，以高速采集全部室壁的運動動態(tài)信息，然后再將彩色(速度)信息與組織灰階信號相混合，從而顯示運動組織的狀況。組織彈性聲成像(Sonoelastogram)反映組織彈性特征。它利用特

31、制超聲源對被測組織進行輻射激振，測量其動態(tài)位移，由應變與輻射力計算出相應的彈性系數(shù)加以顯示?？梢燥@示組織的彈性及老化狀態(tài)。,4. 復合圖像技術,最先出現(xiàn)的是多頻圖像技術，它利用寬帶發(fā)射探頭發(fā)射寬帶超聲波，而在接收過程中利用動態(tài)濾波技術，使得由淺入深接收的組織回聲信號頻率由高到低逐漸變化，形成整幅均勻而清晰的圖像。另一種方法是控制高速圖像采集系統(tǒng)，使其一幅圖像來自于頻帶寬度的上緣，另一幅來自頻帶寬度的下緣，然后選擇性接收與融合成一幅高清晰

32、度圖像。也有利用一次信號發(fā)射，同時從同一個面上的4個方向采集四組圖像信號(4倍信號處理技術)組合成一幅高密度高清晰度的圖像。近來又出現(xiàn)多波束、多角度進行復合掃描的技術，可以同時獲得9倍于常規(guī)掃描的信息，進一步提高了圖像質(zhì)量，也提高了幀頻。這些技術旨在克服隨探測距離增加的組織聲衰減，使顯示的一幅圖像由不同頻率的回聲信號構成。,5. 相位參量應用,90年代中期，在長期應用幅度參量超聲成像的基礎上，開發(fā)了同時利用相位與幅度信息的成像技術，即相

33、干信號處理成像技術。它擁有256/512條數(shù)字處理通道，同時應用多聲束成形器獲得振幅與相位數(shù)據(jù)，然后用來構成圖像單元?？梢詫⒊上袼俣忍岣咭槐?，并極大地提高了診斷分辨率。 另一種是時相或時域分析技術，建立在回聲信號高速采集與分析的基礎上，實質(zhì)上利用了運動的相位，自動時相顯示技術可以用來分析心臟整體及局部運動狀態(tài)及功能。而以時域分析技術為基礎的時域血管造影和速度成像也為診斷提供了新信息。,6. 自動分析技術,90年代，B型超聲診

34、斷儀的各種測量與計算功能逐漸軟件包化，而測量則先要選擇相應的菜單。利用不同的測量菜單操作可以自動分析心率(HR)，心臟指數(shù)(CI)，每搏輸出指數(shù)(SI)等，利用股骨長(FL)、雙頂徑(BPD)、孕囊(GS)等預測胎兒預產(chǎn)期及生長曲線等，在一些儀器上還備有一些專家診斷系統(tǒng)，為用戶分析提供重要參考。,四 多維化,雖然換能器多陣元和寬頻帶技術、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換技術、數(shù)字聲束形成器技術、超聲多普勒技術等有力地促進醫(yī)學超聲二維圖像技術的飛躍發(fā)展，但在

35、深入應用中也發(fā)現(xiàn)其不足之處: 診斷的準確性較高地依賴于診斷醫(yī)師掌握儀器的能力與醫(yī)學知識; 成像面間隙區(qū)域信號丟失; 受檢體空間結構是在診斷醫(yī)師大腦中瞬間合成的印象; 介入性治療明顯受到平面聲像制約。,嚴格地說來，顯示空間形態(tài)與結構(x，y，z)的是三維參數(shù)圖像，能夠顯示結構運動(x，y，z，v)是四維參量圖像，即動態(tài)體成像。而又能在動態(tài)體圖像上同時顯示動態(tài)血流的是五維(x，y，z，t，v)參量圖像，可稱為彩色動態(tài)體成像。

36、 目前實現(xiàn)體成像大致有兩種途徑，一是利用三維探頭實現(xiàn)空間掃描，并重建體圖像。二是利用圖像處理工作站附加在主機上采集存儲圖像然后重建體圖像，前者較為快捷，且失真度小。,五 信息化,90年代在許多中檔灰階顯示的B型超聲診斷儀上已有較強的計算機圖像處理功能，實現(xiàn)多種圖像處理及變換，圖像存儲回放可達8~96幅，自動計算與報告，還有胎兒生長曲線，產(chǎn)期預測等各種功能曲線顯示，信息處理能力明顯增加。90年代中期，多種功能強大的圖像處理工作站相繼問世