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您现在的位置: 医学全在线 > 理论教学 > 临床专科 > 医学影像学 > 正文:4-1 USG的成像基本原理与设备
    

USG的成像基本原理与超声设备

  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
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
1.658 3860 5.571 1.0
脂肪 0.955 1476 1.410 1.0
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。

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