超聲成像概述
超聲是超過正常人耳能聽到的聲波，頻率在20 000赫茲(Hertz,，Hz)以上。超聲檢查是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學(xué)性質(zhì)上的差異,，以波形,、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借以進(jìn)行疾病診斷的檢查方法,。40年代初就已探索利用超聲檢查人體,，50年代已研究、使用超聲使器官構(gòu)成超聲層面圖像,，70年代初又發(fā)展了實時超聲技術(shù),，可觀察心臟及胎兒活動。超聲診斷由于設(shè)備不似CT或MRI設(shè)備那樣昂貴,，可獲得器官的任意斷面圖像,，還可觀察運動器官的活動情況，成像快，診斷及時,，無痛苦與危險,，屬于非損傷性檢查，因之,，在臨床上應(yīng)用已普及,，是醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的重要組成部分。不足之處在于圖像的對比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高,。本教材只介紹灰階超聲成像(grey scale ultrasonic tomography),。
第一節(jié) USG的成像基本原理與設(shè)備
一、超聲的物理特性
超聲是機(jī)械波,，由物體機(jī)械振動產(chǎn)生,。具有波長、頻率和傳播速度等物理量,。用于醫(yī)學(xué)上的超聲頻率為2.5～10MHz,，常用的是2.5～5MHz。超聲需在介質(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,。在人體軟組織中約為150m/s。介質(zhì)有一定的聲阻抗,，聲阻抗等于該介質(zhì)密度與超聲速度的乘積,。
超聲在介質(zhì)中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對人體器官進(jìn)行探測的基礎(chǔ)。當(dāng)超聲傳經(jīng)兩種聲阻抗不同相鄰介質(zhì)的界面時其聲阻抗差大于0.1%,而界面又明顯大于波長,即大界面時,則發(fā)生反射,一部分聲能在界面后方的相鄰介質(zhì)中產(chǎn)生折射,超聲繼續(xù)傳播,遇到另一個界面再產(chǎn)生反射,直至聲能耗竭,。反射回來的超聲為回聲,。聲阻抗差越大，則反射越強(qiáng),，如果界面比波長小,，即小界面時，則發(fā)生散射,。超聲在介質(zhì)中傳播還發(fā)生衰減,，即振幅與強(qiáng)度減小。衰減與介質(zhì)的衰減系數(shù)成正比,，與距離平方成反比,，還與介質(zhì)的吸收及散射有關(guān)。超聲還有多普勒應(yīng)(Doppler effect),，活動的界面對聲源作相對運動可改變反射回聲的回率,。這種效應(yīng)使超聲能探查心臟活動和胎兒活動以及血流狀態(tài),。
二、超聲的成像基本原理
人體結(jié)構(gòu)對超聲而言是一個復(fù)雜的介質(zhì),，各種器官與組織,，包括病理組織有它特定的聲阻抗(表1-4-1)和衰減特性。因而構(gòu)成聲阻抗上的差別和衰減上的差異,。超聲射入體內(nèi),，由表面到深部，將經(jīng)過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織,，從而產(chǎn)生不同的反射與衰減,。這種不同的反射與衰減是構(gòu)成超聲圖像的基礎(chǔ)。將接收到的回聲,，根據(jù)回聲強(qiáng)弱,，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像,，稱這為聲像圖(sonogram或echogram),。
表1-4-1 人體不同介質(zhì)的聲速與聲阻抗
介 質(zhì)密度(g/cm3)超聲縱波速度(m/s)特征阻抗(105R*)測試頻率(MHz)
空 氣0.0012933320.0004292.9
水0.993415231.5132.9
血 液1.05515701.6561.0
軟組織1.01615001.5241.0
肌 肉1.07415681.6841.0
骨1.65838605.5711.0
脂 肪0.95514761.4101.0
肝1.05015701.6481.0
*R(Rayls)=1kg/m2.s
人體器官表面有被膜包繞,被膜同其下方組織的聲阻抗差大,形成良好界面反射,聲象圖上出現(xiàn)完整而清晰的周邊回聲,從而顯出器官的輪廓。根據(jù)周邊回聲能判斷器官的形狀與大小,。
超聲經(jīng)過不同正常器官或病變的內(nèi)部,，其內(nèi)部回聲可以是無回聲、低回聲或不同程度的強(qiáng)回聲,。
無回聲：是超聲經(jīng)過的區(qū)域沒有反射,，成為無回聲的暗區(qū)(黑影)，可能由下述情況造成：①液性暗區(qū)：均質(zhì)的液體,，聲阻抗無差別或差很小,，不構(gòu)成反射界面，形成液性暗區(qū),，如血液,、膽汁、尿和羊水等,。這樣，血管,、膽囊,、膀胱和羊膜腔等即呈液性暗區(qū)。病理情,、況下,，如胸腔積液,、心包積液,、腹水,、膿液、腎盂積水以及含液體的囊性腫物及包蟲囊腫等也呈液性暗區(qū),，成為良好透聲區(qū),。在暗區(qū)下方常見回聲增強(qiáng)，出現(xiàn)亮的光帶(白影),。②衰減暗區(qū)：腫瘤,，如巨塊型癌，由于腫瘤對超聲的吸收,，造成明顯衰減,，而沒有回聲，出現(xiàn)衰減暗區(qū),。③實質(zhì)暗區(qū)：均質(zhì)的實質(zhì),，聲阻抗差別小，可出現(xiàn)無回聲暗區(qū),。腎實質(zhì),、脾等正常組織和腎癌及透明性變等病變組織可表現(xiàn)為實質(zhì)暗區(qū)。
低回聲：實質(zhì)器官如肝,，內(nèi)部回聲為分布均勻的點狀回聲,，在發(fā)生急性炎癥，出現(xiàn)滲出時,，其聲阻抗比正常組織小,，透聲增高，而出現(xiàn)低回聲區(qū)(灰影),。
強(qiáng)回聲：可以是較強(qiáng)回聲,、強(qiáng)回聲和極強(qiáng)回聲。①較強(qiáng)回聲：實質(zhì)器官內(nèi)組織致密或血管增多的腫瘤,，聲阻抗差別大,，反射界面增多，使局部回聲增強(qiáng),，呈密集的光點或光團(tuán)(灰白影),，如癌、肌瘤及血管瘤等,。②強(qiáng)回聲：介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密,，與鄰近的軟組織或液體有明顯的聲阻抗差，引起強(qiáng)反射,。例如骨質(zhì),、結(jié)石、鈣化,，可出現(xiàn)帶狀或塊狀強(qiáng)回聲區(qū)(白影),，由于透聲差,，下方聲能衰減，而出現(xiàn)無回聲暗區(qū),，即聲影(acoustic shadow),。③極強(qiáng)回聲：含氣器官如肺,、充氣的胃腸,，因與鄰近軟組織之聲阻抗差別極大，聲能幾乎全部被反射回來,，不能透射,，而出現(xiàn)極強(qiáng)的光帶。
三,、超聲設(shè)備
超聲設(shè)備類型較多,。早期應(yīng)用幅度調(diào)制型(amplitude mode)，即A型超聲,，以波幅變化反映回波情況,?；叶日{(diào)制型(brightness mode),，即B型超聲，系以明暗不同的光點反映回聲變化,，在影屏上顯示9～64個等級灰度的圖像，強(qiáng)回聲光點明亮,，弱回聲光點黑暗,。
根據(jù)成像方法的不同,，分為靜態(tài)成像和動態(tài)成像或?qū)崟r成像(real timeimagimg)兩種,。前者獲得靜態(tài)聲像圖，圖像展示范圍較廣,，影像較清晰,，但檢查時間長,，應(yīng)用少,，后者可在短時間內(nèi)獲得多幀圖像(20～40幀/s)故可觀察器官的動態(tài)變化，但圖像展示范圍小,，影像稍欠清晰,。
超聲設(shè)備主要由超聲換能器即探頭(probe)和發(fā)射與接收,、顯示與記錄以及電源等部分組成(圖1-4-1),。
換能器是電聲換能器，由壓電晶體構(gòu)成,，完成超聲的發(fā)生和回聲的接收,，其性能影響靈敏度、分辨力和偽影干擾等,。B型超聲設(shè)備多用脈沖回聲式,。電子線陣式多探頭行方形掃描，電子相控陣式探頭行扇形掃描(圖1-4-2),。為了借助聲像圖指導(dǎo)穿剌,，還有穿剌式探頭。
a.電子線陣式 b.電子相控陣式
探頭性能分3.0,、3.5,、5.8MHz等。兆赫越大,，其通透性能越小,。根據(jù)檢查部位選用合適的探頭。例如眼的掃描用8MHz探頭,，而盆腔掃描,，則選用3.0MHz探頭。一個超聲設(shè)備可配備幾個不同性能的探頭備選用,。
顯示器用陰極射線管,記錄可用多幀照相機(jī)和錄像機(jī)等,。
四、USG圖像特點
聲像圖是以明(白)暗(黑)之間不同的灰度來反映回聲之有無和強(qiáng)弱,，無回聲則為暗區(qū)(黑影),，強(qiáng)回聲則為亮區(qū)(白影)。
聲像圖是層面圖像,。改變探頭位置可得任意方位的聲象圖,，并可觀察活動器官的運動情況。但圖像展示的范圍不像X線,、CT或MRI圖像那樣大和清楚,。
五、USG檢查技術(shù)
超聲探查多用仰臥位,，但也可用側(cè)臥位等其他體位,。探查過程中可變更體位。
切面方位可用橫切,、縱切或斜切面,。
患者采取適宜體位，露出皮膚,，涂耦合劑,，以排出探頭與皮膚間的空氣,，探頭緊貼皮膚掃描，掃描中觀察圖像,，必要時凍結(jié),，即停幀，行細(xì)致觀察,，作好記錄,，并攝片或錄像。
應(yīng)注意器官的大小,、形狀,、周邊回聲，尤其是后壁回聲,、內(nèi)部回聲,、活動狀態(tài)、器官與鄰近器官的關(guān)系及活動度等,。
