超聲成像概述
超聲是超過(guò)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(shí)時(shí)超聲技術(shù),,可觀察心臟及胎兒活動(dòng)。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(yùn)動(dòng)器官的活動(dòng)情況,成像快,,診斷及時(shí),,無(wú)痛苦與危險(xiǎn),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(duì)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(dòng)產(chǎn)生,。具有波長(zhǎng)、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(duì)人體器官進(jìn)行探測(cè)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(shí)其聲阻抗差大于0.1%,而界面又明顯大于波長(zhǎng),即大界面時(shí),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(gè)界面再產(chǎn)生反射,直至聲能耗竭,。反射回來(lái)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(zhǎng)小,,即小界面時(shí),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(dòng)的界面對(duì)聲源作相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)和胎兒活動(dòng)以及血流狀態(tài)。
二,、超聲的成像基本原理
人體結(jié)構(gòu)對(duì)超聲而言是一個(gè)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(guò)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(diǎn)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(cè)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(guò)不同正常器官或病變的內(nèi)部,,其內(nèi)部回聲可以是無(wú)回聲、低回聲或不同程度的強(qiáng)回聲,。
無(wú)回聲:是超聲經(jīng)過(guò)的區(qū)域沒(méi)有反射,,成為無(wú)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(wú)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(duì)超聲的吸收,,造成明顯衰減,,而沒(méi)有回聲,出現(xiàn)衰減暗區(qū)。③實(shí)質(zhì)暗區(qū):均質(zhì)的實(shí)質(zhì),,聲阻抗差別小,,可出現(xiàn)無(wú)回聲暗區(qū)。腎實(shí)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(shí)質(zhì)暗區(qū),。
低回聲:實(shí)質(zhì)器官如肝,內(nèi)部回聲為分布均勻的點(diǎn)狀回聲,,在發(fā)生急性炎癥,,出現(xiàn)滲出時(shí),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(shí)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(diǎn)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(wú)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(lái),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(diǎn)反映回聲變化,,在影屏上顯示9~64個(gè)等級(jí)灰度的圖像,,強(qiáng)回聲光點(diǎn)明亮,弱回聲光點(diǎn)黑暗,。
根據(jù)成像方法的不同,,分為靜態(tài)成像和動(dòng)態(tài)成像或?qū)崟r(shí)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(shí)間長(zhǎng),,應(yīng)用少,,后者可在短時(shí)間內(nèi)獲得多幀圖像(20~40幀/s)故可觀察器官的動(dòng)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(gè)超聲設(shè)備可配備幾個(gè)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(diǎn)
聲像圖是以明(白)暗(黑)之間不同的灰度來(lái)反映回聲之有無(wú)和強(qiáng)弱,無(wú)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(dòng)器官的運(yùn)動(dòng)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(guò)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(shí)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(dòng)狀態(tài)、器官與鄰近器官的關(guān)系及活動(dòng)度等,。