醫(yī)學(xué)影像學(xué)/USG的成像基本原理與設(shè)備
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超聲是機械波，由物體機械振動產(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，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 | 0.001293 | 332 | 0.000429 | 2.9 |
| 水 | 0.9934 | 1523 | 1.513 | 2.9 |
| 血 液 | 1.055 | 1570 | 1.656 | 1.0 |
| 軟組織 | 1.016 | 1500 | 1.524 | 1.0 |
| 肌 肉 | 1.074 | 1568 | 1.684 | 1.0 |
| 骨 | 1.658 | 3860 | 5.571 | 1.0 |
| 脂 肪 | 0.955 | 1476 | 1.410 | 1.0 |
| 肝 | 1.050 | 1570 | 1.648 | 1.0 |
*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，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）。
強回聲：可以是較強回聲、強回聲和極強回聲。①較強回聲：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，呈密集的光點或光團（灰白影），如癌、肌瘤及血管瘤等。②強回聲：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，引起強反射。例如骨質(zhì)、結(jié)石、鈣化，可出現(xiàn)帶狀或塊狀強回聲區(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)成像或實時成像（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）。
圖1-4-1 脈沖回聲式超聲設(shè)備基本結(jié)構(gòu)示意圖
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。
圖1-4-2 實時掃查探頭
a．電子線陣式 b.電子相控陣式
探頭性能分、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和錄像機等。
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