超聲波成像原理是什麼

1. 為什麼超聲波能夠成像

超聲成像的原理

(一)超聲成像的基礎 超聲成像是利用超聲波的聲成像。目前的醫用超聲診斷儀都是利用超聲波照射人體，通過接收和處理裁有人體組織或結構性質特徵信息的回波，獲得人體組織性質與結構的可見圖像的方法和技術。它有自己獨特的優點，是其他成像所不能代替的：

1．有高的軟組織分辨力組織只要有1％。的聲阻抗差異，儀器就能檢測出並顯示其反射回波。目前，超聲成像已能在近二十厘米的檢測深度范同，獲取優於1毫米的圖像空間分辨力。

2．具有高度的安全性 當嚴格控制聲強低於安全閡值時，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術，對醫務人員更是十分安全。

3．實時成像 它能高速實時成像，可以觀察運動的器官，並節省檢查時間。

4．使用簡便，費用較低，用途廣泛。

(二)不同組織回聲聲學類型 根據各種組織回聲特徵，可以把人體組織、器官概括為四種聲學類型：

1．無反射型血液、腹水、羊水、尿液、膿汁等液體物質，結構均勻，其內部沒有明顯聲阻抗差異，反射系數近似為零，所以無反射回波，即使加大增益也探查不到反射回波。這種液體的聲像圖特點是無回聲暗區或稱之為液性暗區。由於無反射，吸收少，聲能透射好，所以後壁回聲增強。

2．少反射型 實質均勻的軟組織，聲阻抗差異較少，反射系數小，回聲幅度低，檢查用低增益時，相應區域表現為暗區，增加增益時，呈密集反射光點，即少反射型或低回聲區。

3．多反射型 結構復雜的實質組織，聲阻抗差異較大，反射較多且強，探查用低增益時，即可呈現多個反射光點，增加增益時，回聲光點更為密集明亮，稱為多反射型或高回聲區。

4．全反射型 軟組織與含氣組織的交界處，反射系數為99．9％，接近全反射，並在此界而與探頭表面之間形成多次反射和雜亂的強反射，或稱強回聲，致使界而後的組織無法顯示。

2. 醫學超聲成像原理

我總結一下醫學超聲成像的原理

超聲波成像需要三個步驟：發射聲波，接受反射聲波，以及信號分析處理得到圖像。

超聲波探頭是通過壓電陶瓷換能器發射超聲波，不同的探頭能夠發射的聲波頻率不同。醫學超聲波頻率一般是2-13MHz，聲波頻率越高，衍射越弱，成像分別率越高；但與此同時，頻率越高，聲波衰減也越快，穿透深度就小。因此，我們在探測心臟的時候，只能用頻率較低的聲波，否則探測的深度不夠，雖然成像效果差一些；而在探測頸動脈、股動脈等表皮下方的血管時，就用頻率高的聲波，成像好清晰許多。實驗中，我們採用的心臟探頭為2-4MHz，血管探頭為10MHz。

接收反射波的依舊是同一個超聲波探頭，壓電陶瓷換能器將聲波信號轉換成電信號，之後電腦上的系統進行信號處理成像。

B型超聲波顯示的是探頭面向的組織切面的二維灰度圖。我們知道確定二維灰度圖上的每個點需要3個信息，橫坐標、縱坐標和灰度。這些是怎麼得到的呢？由於超聲波在人體內接觸到組織會反射，不同的組織聲阻抗不同，根據接收到的回波反射率計算得到聲阻抗，對應於圖上的灰度（如血管壁的組織聲阻抗差不多，在圖像上的灰度就差不多，就能看出來是血管的形狀）。假設探頭是一維的，那麼探頭上每一個探針的位置就對應一個橫坐標。縱坐標是由發射和接收聲波的時間差決定的，假設聲波在人體中傳播速度相同，那麼時間越長表示反射組織的位置越深。最後由得到的灰度圖，可以看到組織輪廓，並可以進行測量，如血管直徑，面積等等。

當然，具體的成像過程遠遠比這個復雜，因為B超是實時的，如何區分發射波、反射波、如何去除噪音，放大信號，信號處理非常復雜，我也不清楚。但以上簡單的描述，已經足夠我們大致了解成像的過程。

多普勒效應我們中學物理都學過，無論是發射者還是接收者相對聲波傳播介質運動，都會引起觀察到的聲波頻率的變化。

利用多普勒效應測量血流速度如下圖，探頭發射聲波的方向和血流方向的夾角為 \theta，發射聲波頻率為 f_0，反射聲波頻率為 f'，多普勒頻率也就是頻移為f_D，聲波在人體組織中傳播速度為c，血流速度為v

則由多普勒頻率可以計算得到血流速度，公式如下

它的推導過程主要就是套兩次多普勒效應公式，發射時認為接收者（血液）相對聲波介質（人體組織）運動，而回收時認為發射者（血液反射聲波）相對介質運動。然後相加項近似兩個頻率不變得到分母的2f_0。

之前做彩超檢查子宮，我就問給我檢查的護士姐姐啥是彩色超聲波，因為我發現無論是檢查結果還是他們的顯示屏都是黑乎乎的，完全不知道彩色在哪裡。

彩超相比於B超，通過多普勒效應測量血流的速度，並在圖像中通過著色來表出來。所以這個彩色並不是直接反應人體組織顏色的，頗令人失望。一般來講，圖像中紅色表示血流方向是迎面而來，而藍色表示血流方向是離你而去。同時，顏色越深表示血流速度越快。

脈沖多普勒的原理不太懂，網上查了一下彩色多普勒和脈沖多普勒的區別，大概是方法不太一樣，也有各自的優缺點。實驗時，我們通過脈沖多普勒得到血流速度的頻譜，也就是血路速度隨時間的變化圖（波形圖），不是人體組織的成像圖。通過測量兩個血流速度脈沖之間的水平距離（時間差），就可以計算得到心率，如果在彩色多普勒圖像（B型超聲圖像也行）測量血管的直徑，進而計算出血管的面積，再乘以血流速度的波形圖一個周期內曲線下方的面積（積分），就可以得到血流量（一分鍾內流過的血流體積）

下圖就是我的頸動脈彩色多普勒成像（上部分），和脈沖多普勒成像（下部分），並且測量了血流速度的峰值、心率（2倍心率）、血管直徑和血流量（VolFlow）等信息

總結起來，醫學超聲儀器的物理原理：用壓電換能器發射和接收超聲波，通過反射率、接收時間、探針位置得到組織輪廓成像，通過多普勒效應測量血流速度。B超成像是二維的灰度圖，反應組織輪廓，彩超是二維灰度圖上加了血流速度的信息，脈沖多普勒得到的是血流速度隨時間的變化波形。

想起來一個有趣的地方，用脈沖多普勒的時候，儀器會發出跳動的聲音，無論是測量血管還是心臟。我不知道這個聲音，是我心跳或者血流脈沖聲音的放大，還是儀器自帶的聲音，配合我心跳的跳動而播放。

一些自問自答 ：

1.血流速度怎麼測量：多普勒效應

2.血流量怎麼得到：血管面積乘以血流速度的積分

3.心率怎麼得到：脈沖多普勒中，兩次血流量最大值的之間間隔為周期

4.心臟容積怎麼得到：描跡自動求面積

5.血管面積怎麼得到：描跡或者測量血管半徑

6.心功能怎麼得到：心收縮和心舒張的左心室心臟容量的比值

7.彩色多普勒和脈沖多普勒的區別：一個是二維成像圖、一個是頻譜

參考資料：

1. 維基網路：醫學超聲檢查

相關文章

我寫了幾篇博客來介紹和記錄我們的四級物理實驗： 用醫學超聲儀器研究運動對人體血流分布的影響

① 為什麼在校醫院做大物四級實驗

② 醫學超聲成像原理

③ 運動對血流分布的影響 實驗設計

④ 運動對人體血流分布的影響 實驗結果

3. 超聲成像簡介

目錄

• 1 拼音
• 2 英文參考
• 3 概述
• 4 USG的成像基本原理與設備
• 4.1 超聲的物理特性
• 4.2 超聲的成像基本原理
• 4.3 超聲設備
• 5 USG圖像特點
• 6 USG檢查技術
• 7 USG圖像分析與診斷
• 8 USG診斷的臨床應用

1 拼音

chāo shēng chéng xiàng

2 英文參考

USG

3 概述

超聲是超過正常人耳能聽到的聲波，頻率在20000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性質上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，藉以進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、使用超聲使器官構成超聲層面圖像，70年代初又發展了實時超聲技術，可觀察心臟及胎兒活動。超聲診斷由於設備不似CT或MRI設備那樣昂貴，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，屬於非損傷性檢查，因之，在臨床上應用已普及，是醫學影像學中的重要組成部分。不足之處在於圖像的對比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高。本文只介紹灰階超聲成像（grey scale ultrasonic tomography）。

超聲成像是利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內器官的圖象。常用的超聲儀器有多種：A型（幅度調制型）是以波幅的高低表示反射信號的強弱，顯示的是一種「回聲圖」。M型（光點掃描型）是以垂直方向代表從淺至深的空間位置，水平方向代表時間，顯示為光點在不同時間的運動曲線圖。以上兩型均為一維顯示，應用范圍有限。B型（輝度調制型）即超聲切面成象儀，簡稱「B超」。是以亮度不同的光點表示接收信號的強弱，在探頭沿水平位置移動時，顯示屏上的光點也沿水平方向同步移動，將光點軌跡連成超聲聲束所掃描的切面圖，為二維成象。由於B型超聲圖象清晰、直觀，層次感強，故在臨床廣為應用。至於D型是根據超聲多普勒原理製成．C型則用近似電視的掃描方式，顯示出垂直於聲束的橫切面聲象圖。近年來，超聲成象技術不斷發展，如灰階顯示和彩色顯示、實時成象、超聲全息攝影、穿透式超聲成像、超聲計並機斷層圾影、三維成象、體腔內超聲成像等。

超聲成像方法常用來判斷臟器的位置、大小、形態，確定病灶的范圍和物理性質，提供一些腺體組織的解剖圖，鑒別胎兒的正常與異常，在眼科、婦產科及心血管系統、消化系統、泌尿系統的應用十分廣泛。目前超聲成象技術在中醫領域也得到應用，如利用多普勒血流計探測各種脈象的血流情況。從而為脈象的客觀化、定量化提供指標；超聲成像也可用來進行中醫證的客觀化研究。

4 USG的成像基本原理與設備

4.1 超聲的物理特性

超聲是機械波，由物體機械振動產生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用於醫學上的超聲頻率為2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超聲需在介質中傳播，其速度因介質不同而異，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。介質有一定的聲阻抗，聲阻抗等於該介質密度與超聲速度的乘積。

超聲在介質中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對人體器官進行探測的基礎。當超聲傳經兩種聲阻抗不同相鄰介質的界面時其聲阻抗差大於0.1%,而界面又明顯大於波長,即大界面時,則發生反射,一部分聲能在界面後方的相鄰介質中產生折射,超聲繼續傳播,遇到另一個界面再產生反射,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，則發生散射。超聲在介質中傳播還發生衰減，即振幅與強度減小。衰減與介質的衰減系數成正比，與距離平方成反比，還與介質的吸收及散射有關。超聲還有多普勒應（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。這種效應使超聲能探查心臟活動和胎兒活動以及血流狀態。

4.2 超聲的成像基本原理

人體結構對超聲而言是一個復雜的介質，各種器官與組織，包括病理組織有它特定的聲阻抗（表141）和衰減特性。因而構成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。超聲射入體內，由表面到深部，將經過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構成超聲圖像的基礎。將接收到的回聲，根據回聲強弱，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141人體不同介質的聲速與聲阻抗

介質 密度（g/cm3） 超聲縱波速度（m/s） 特徵阻抗（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,聲象圖上出現完整而清晰的周邊回聲,從而顯出器官的輪廓。根據周邊回聲能判斷器官的形狀與大小。

超聲經過不同正常器官或病變的內部，其內部回聲可以是無回聲、低回聲或不同程度的強回聲。

無回聲：是超聲經過的區域沒有反射，成為無回聲的暗區（黑影），可能由下述情況造成：①液性暗區：均質的液體，聲阻抗無差別或差很小，不構成反射界面，形成液性暗區，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。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，成為良好透聲區。在暗區下方常見回聲增強，出現亮的光帶（白影）。②衰減暗區：腫瘤，如巨塊型癌，由於腫瘤對超聲的吸收，造成明顯衰減，而沒有回聲，出現衰減暗區。③實質暗區：均質的實質，聲阻抗差別小，可出現無回聲暗區。腎實質、脾等正常組織和腎癌及透明性變等病變組織可表現為實質暗區。

低回聲：實質器官如肝，內部回聲為分布均勻的點狀回聲，在發生急性炎症，出現滲出時，其聲阻抗比正常組織小，透聲增高，而出現低回聲區（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：實質器官內組織緻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：介質內部結構緻密，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、結石、鈣化，可出現帶狀或塊狀強回聲區（白影），由於透聲差，下方聲能衰減，而出現無回聲暗區，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，而出現極強的光帶。

4.3 超聲設備

超聲設備類型較多。早期應用幅度調制型（amplitude mode），即A型超聲，以波幅變化反映回波情況。灰度調制型（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。

根據成像方法的不同，分為靜態成像和動態成像或實時成像（real timeimagimg）兩種。前者獲得靜態聲像圖，圖像展示範圍較廣，影像較清晰，但檢查時間長，應用少，後者可在短時間內獲得多幀圖像（20～40幀/s）故可觀察器官的動態變化，但圖像展示範圍小，影像稍欠清晰。

超聲設備主要由超聲換能器即探頭（probe）和發射與接收、顯示與記錄以及電源等部分組成（圖141）。

圖141脈沖回聲式超聲設備基本結構示意圖

換能器是電聲換能器，由壓電晶體構成，完成超聲的發生和回聲的接收，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142）。為了藉助聲像圖指導穿剌，還有穿剌式探頭。

圖142實時掃查探頭

a．電子線陣式b.電子相控陣式

探頭性能分3.0、3.5、5.8MHz等。兆赫越大，其通透性能越小。根據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。

5 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弱，無回聲則為暗區（黑影），強回聲則為亮區（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，並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。

6 USG檢查技術

超聲探查多用仰卧位，但也可用側卧位等其他 *** 。探查過程中可變更 *** 。

切面方位可用橫切、縱切或斜切面。

患者採取適宜 *** ，露出皮膚，塗耦合劑，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，即停幀，行細致觀察，作好記錄，並攝片或錄像。

應注意器官的大小、形狀、周邊回聲，尤其是後壁回聲、內部回聲、活動狀態、器官與鄰近器官的關系及活動度等。

7 USG圖像分析與診斷

觀察聲像圖時，首先應了解切面方位，以便於認清所包括的解剖結構。注意周邊回聲，包括器官和較大腫塊的邊緣回聲，藉此可觀察其大小、形狀、位置與活動情況。應用游標可測量其徑線、面積或體積，判斷是否增大或縮小；有無局部膨隆；有無移位，活動如何等。要觀察器官與較大腫塊的內部回聲，包括回聲的強弱、多少、分布和回聲周圍情況（例如有無聲影）等。因為它可反映組織結構的內部性質。還應注意鄰近器官的改變，包括受壓移位或浸潤破壞等。器官彌漫性病變依器官大小、形狀和內部回聲的改變進行診斷，較為困難，器官內佔位病變則依靠局限性內部回聲異常作診斷，較易發現。

將所得聲像圖的改變進行綜合判斷。如為局部病變，則應確定病變的位置（例如位於某一器官的哪一部位）；病變的大小、數目；病變的物理性質，是液性、實質性、含氣性或混合性；病理性質，是炎性或腫瘤性，良性或惡性，原發還是轉移，是癌還是肉瘤等。

聲像圖對發現病變、確定病變位置和大小較易，確定病變為液性、實質性或含氣性也較為可靠。鑒別是良性或惡性也有可能、例如良性病變的周邊回聲清楚，邊緣光滑，內部回聲均勻，衰減不明顯，而惡性病變則周邊回聲不清，邊緣不光滑，輪廓不規則，內部回聲不均勻，出血壞死區可無回聲，而衰減也較為明顯。

8 USG診斷的臨床應用

超聲對心、腹部和盆部器官包括妊娠的檢查應用較多。如對肝癌、肝血管瘤、肝膿腫、肝硬化、膽囊結石與腫瘤、胰腺及脾的疾病、腹水的診斷；腎、膀胱、前列腺、腎上腺、子宮、卵巢的檢查；眼、甲狀腺及乳腺的檢查；妊娠的診斷，胎位、胎盤的定位，多胎、死胎、胎兒畸形及葡萄胎的判定等都有相當的價值（圖143）。

圖143 聲像圖

a.正常子宮（↓） b.卵巢皮樣囊腫（↓） c.妊娠（↓）d.胎頭光環（↓） e.子宮前壁胎盤（↓）f.前置胎盤（↑為子宮內口） BL.膀胱 UT.子宮 C.囊腫 P.胎盤 AM.羊水FA.胎兒

4. 超聲波是怎麼成像的

簡單說，通過發射定向超聲波，超聲波接觸物體被反射，通過儀器接收這種反射波，再進行 速率損耗等數據的運算，得到由點到面的反饋數據再由坐標數據構築圖像，從而成像。

5. 超聲成像的超聲成像原理

陣列聲悉信場延時疊加成像是超聲成棚陸稿像中最傳統，最簡單的，也是目前實際當中應用最為廣泛的成像方式。在這種鏈孝方式中，通過對陣列的各個單元引入不同的延時，而後合成為一聚焦波束，以實現對聲場各點的成像。

6. 超聲成像詳細資料大全

超聲(Ultrasound，簡稱US)醫學是聲學、醫學、光學及電子學相結合的學科。凡研究高於可聽聲頻率的聲學技術在醫學領域中的套用即超聲醫學。包括超聲診斷學、超聲治療學和生物醫學超聲工程，所以超聲醫學具有醫、理、工三結合的特點，涉及的內容廣泛，在預防、診斷、治療疾病中有很高的價值。

超聲成像是利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內器官的圖象。常用的超聲儀器有多種：A型（幅度調制型）是以波幅的高低表示反射信號的強弱，顯示的是一種「回聲圖」。M型（光點掃描型）是以垂直方向代表從淺至深的空間位置，水平方向代表時間，顯示為光點在不同時間的運動曲線圖。以上兩型均為一維顯示，套用范圍有限。B型（輝度調制型）即超聲切面成象儀，簡稱「B超」。是以亮度不同的光點表示接收信號的強弱，在探頭沿水平位置移動時，顯示屏上的光點也沿水平方向同步移動，將光點軌跡連成超聲聲束所掃描的切面圖，為二維成象。至於D型是根據超聲都卜勒原理製成．C型則用近似電視的掃描方式，顯示出垂直於聲束的橫切面聲象圖。近年來，超聲成象技術不斷發展，如灰階顯示和彩色顯示、實時成象、超聲全息攝影、穿透式超聲成像、超聲計並機斷層圾影、三維成象、體腔內超聲成像等。

超聲成像方法常用來判斷臟器的位置、大小、形態，確定病灶的范圍和物理性質，提供一些腺體組織的解剖圖，鑒別胎兒的正常與異常，在眼科、婦產科及心血管系統、消化系統、泌尿系統的套用十分廣泛。

基本介紹

• 中文名 ：超聲成像
• 外文名 ：Ultrasound
• 簡稱 ：US
• 實質 ：聲學醫學光學及電子學相結合學科

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發展歷程

20世紀50年代建立，70年代廣泛發展套用的超聲診斷技術，總的發展趨勢是從靜態向動態圖像(快速成像)發展，從黑白向彩色圖像過渡，從二維圖像向三維圖像邁進，從反射法向透射法探索，以求得到專一性、特異性的超聲信號，達到定量化、特異性診斷的目的。 近三十年來，醫學超聲診斷技術發生了一次又一次革命性的飛躍，80年代介入性超聲逐漸普及，體腔探頭和術中探頭的套用擴大了診斷范圍，也提高了診斷水平，90年代的血管內超聲、三維成像、新型聲學造影劑的套用使超聲診斷又上了一個新台階。其發展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，並成為一種非常重要的多種參數的系列診斷技術。

基本原理

聲波

能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ，人的感覺器官感覺不到的聲波，叫做超音波。 聲波的基本物理性質如下： (一)聲波的頻率、周期和速度 聲源振動產生聲波，聲波有縱波、橫波和表面波三種形式。而縱波是一種疏密波，就像一根彈簧上產生的波。用於人體診斷的超音波是聲源振動在彈性介質中產生的縱波。聲波在介質中傳播，介質中質點在平衡位置來回振動一次，就完成一次全振動，一次全振動所需要的時間稱振動周期(T)。在單位時間內全振動的次數稱為頻率(f)，頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T，聲波在介質中以一定速度傳播，質點振動一周，波動就前進一個波長(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。 (二)聲阻抗 聲波在媒介中傳播，其傳播速度與媒質密度有關。在密度較大介質中的聲速比密度較小介質中的聲速要快。在彈性較大的介質中聲速比彈性較小的介質中要快。這就引出了聲阻抗的定義，聲阻抗為介質密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示，Z=ρ·C。

超音波

超音波就是頻率大於20KHZ，人耳感覺不到的聲波，它也是縱波，可以在固體、液體和氣體中傳播，並且具有與聲波相同的物理性質。但是由於超音波頻率高，波長短，還具有一些自身的特性。

束射性

超音波具有束射性。這一點與一般聲波不同，而與光的性質相似，即可集中向一個方向傳播，有較強的方向性，由換能器發出的超音波呈窄束的圓柱形分布，故稱超聲束。

反射和折射

當一束超音波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質的交界面上時，就會發生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由於入射角等於反射角，因此超音波探查疾病時要求聲束盡量與組織界面垂直。超音波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關，兩介質聲阻抗差越大，入射超聲束反射越強。聲阻抗差越小反射越弱。 穿過大界面的透射聲，可能沿入射聲束的方向繼續進行，亦可能偏離入射聲束的方向而傳播，後一種現象稱超聲折射，是由於兩種介質內聲速的不同所致。

散射與衍射

超音波在介質內傳播過程中，如果所遇到的物體界面直徑大於超音波的波長則發生反射，如果直徑小於波長，超音波的傳播方向將發生偏離，在繞過物體以後又以原來的方向傳播，此時反射回波很少，這種現象叫衍射。因此波長越短超音波的分辨力越好。如果物體直徑大大小於超音波長的微粒，在通過這種微粒時大部分超音波繼續向前傳播，小部分超音波能量被微粒向四面八方輻射，這種現象稱為散射。

超音波的衰減

超音波在介質中傳播時，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，這種現象稱作超音波的衰減。 衰減有以下兩個原因：(1)超音波在介質中傳播時，聲能轉變成熱能，這叫吸收；(2)介質對超音波的反射、散射使得入射超音波的能量向其他方向轉移，而返回的超音波能量越來越小。

基本設備

都卜勒超聲

基本原理 都卜勒效應 都卜勒效應是奧地利物理學家克里斯汀·約翰·都卜勒於1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對運動時，光波頻率升高或降低的現象。這種相對運動引起的接收頻率與發射頻率之間的差別稱為都卜勒頻移或都卜勒效應。 聲波同樣具有都卜勒效應的特點，都卜勒超聲最適合對運動流體做檢測，所以都卜勒超聲對心臟及大血管血流的檢測尤為重要。 都卜勒超聲心動圖的基本方式 1 脈沖式都卜勒(PW) 2 連續式都卜勒(CW) 3 彩色都卜勒血流顯像(CDFI)

超聲診斷儀

（一）A型超聲診斷儀 A超是一種幅度調制型，是國內早期最普及最基本的一類超聲診斷儀，目前已基本淘汰。 （二）M型超聲診斷儀 M超是採用輝度調制，以亮度反映回聲強弱，M型顯示體內各層組織對於體表(探頭)的距離隨時間變化的曲線，是反映一維的空間結構，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動圖，目前一般作為二維彩色都卜勒超聲心動圖儀的一種顯示模式設定於儀器上。 (三)B型超聲診斷儀 B型顯示是利用A型和M型顯示技術發展起來的，它將A型的幅度調制顯示改為輝度調制顯示，亮度隨著回聲信號大小而變化，反映人體組織二維切面斷層圖像。 B型顯示的實時切面圖像，真實性強，直觀性好，容易掌握。它只有20多年歷史，但發展十分迅速，儀器不斷更新換代，近年每年都有改進的新型B型儀出現，B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設備。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、復合掃查；掃查的驅動方式：手動掃查、機械掃查、電子掃查、復合掃查。 (四)D型超聲診斷儀 超聲都卜勒診斷儀簡稱D型超聲診斷儀，這類儀器是利用都卜勒效應原理，對運動的臟器和血流進行探測。在心血管疾病診斷中必不可少，目前用於心血管診斷的超聲儀均配有都卜勒，分脈沖式都卜勒和連續式都卜勒。近年來許多新課題離不開都卜勒原理，如外周血管、人體內部器官的血管以及新生腫瘤內部的血供探查等等，所以現在彩超基本上均配備都卜勒顯示模式。 (五)彩色都卜勒血流顯像儀 彩色都卜勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質量的彩色顯示要求有滿意的黑白結構顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎上，打開「彩色血流顯像」開關，彩色血流的信號將自動疊加於黑白的二維結構顯示上，可根據需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國際市場上彩超的種類及型號繁多，檔次開發日新月異，更具高信息量、高解析度、高自動化、范圍廣、簡便實用等特點。

圖像特點

不同類型的超聲儀有不同的圖像特點，因B型超聲是最重要的診斷方法，故對其圖像特點做以下介紹：

切面聲像圖的回聲描述

1 回聲強弱的描述：根據圖像中不同灰階將回聲信號分為強回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強弱或高低的標准一般以該臟器正常回聲為標准或將病變部位回聲與周圍正常臟器回聲強度的比較來確定。如液體為無回聲，結石氣體或鈣化為強回聲等。正常人體軟組織的內部回聲由強到弱排列如下：腎竇>胎盤>胰腺>肝臟>脾臟>腎皮質>皮下脂肪>腎髓質>腦>靜脈血>膽液和尿液。 2 回聲分布的描述：按圖像中光點的分布情況分為均勻或不均勻，密集或稀疏。在病灶部的回聲分布可用「均質」或「非均勻」表述。 3 回聲形態的描述：光團：回聲光點聚集呈明亮的結團狀，有一定的邊界。光斑：回聲光點聚集呈明亮的小片狀，邊界清楚。光點：回聲呈細小點狀。光環：顯示圓形或類圓形的回聲環。光帶：顯示形狀似條帶樣回聲。 4 某些特殊徵象的描述：即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征，用以強調這些徵象，常用的有「靶環」征、「牛眼」征、「駝峰」征、「雙筒槍」征等。 5 彩色都卜勒血流顯象還可對臟器內或腫塊內、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細、形態以及血流速度等多項參數加以顯示。

超聲圖像的常見偽像

1 多次反射 超聲垂直照射到平整的界面而形成聲波在探頭與界面之間來回反射，出現等距離的多條回聲，強度漸次減弱，尤其與薄層氣體所構成的界面上，如肝左葉與胃內氣體之間、膀胱回聲前部分的細小回聲。 2 多次內部混響 超聲在靶內來回反射，形成彗星尾征，如子宮內節育環。 3 切片厚度偽像又稱部分容積效應。 因聲束寬度較寬(即超聲切面圖的切片厚度較厚)引起。如膽囊內假膽泥樣圖像。 4 旁瓣偽像 由聲束主瓣外的旁瓣反射造成，在結石和腸氣等強回聲兩側呈現「狗耳」樣或稱「披紗」樣圖像。 5 聲影 由於前方有強反射或聲衰減很大的物質存在，以致在其後方出現聲束不能到達的區域即縱條狀無回聲區稱為聲影區，利用聲影可識別結石、鈣化灶和骨骼等。 6 折射聲影 超聲從低聲速介質進入高聲速介質，在入射角超過臨界角時，產生全反射，以致其後方出現聲影，見於球形結構的兩側後方或器官的兩側邊緣，又稱邊緣聲影。 7 鏡面偽像 超聲束投射到表面平滑的人體強回聲大界面如橫膈面上時，猶如光投射到平面鏡上一樣，產生相似的實、虛兩圖像，如橫膈兩側出現對稱的兩個腫塊回聲。

檢查技術

裝置

1 實時線陣超聲診斷儀：適用於一般的腹部檢查，可有多種不同頻率探頭。主要缺點是探頭與人體接觸面較大，檢查時需要大的透聲窗才能使聲束有效地經過檢查目標。 2 實時扇型超聲診斷儀：心臟探查最常用，探頭小，便於肋間掃查，缺點是近場視野小。 3 實時凸陣超聲診斷儀：凸陣探頭具有比扇型探頭近場視野大，又比線陣探頭遠場視野廣的優點。 4 彩色和頻譜都卜勒超聲診斷儀：用於探查心血管、各種器官及病變相關血管，外周血管的血流速度、血流量等血流動力學改變。

探測前准備

一般不必作探測前准備，在探測易受消化道氣體干擾的深部器官時，需空腹檢查或作更嚴格的腸道准備。膽囊檢查需前晚進清淡飲食，當天禁早餐；婦產科和膀胱前列腺檢查要求充盈膀胱；經直腸檢查前需排便或 *** ；某些特殊檢查另有特別的檢查前准備要求，將在具體章節中介紹。

探測方法和 ***

(一)探測方法 1 直接探測法：探頭與受檢者皮膚或黏膜等直接接觸，是常規採用的探測方法。 2 間接探測法：探頭與人體之間灌入液體或插入水囊、Proxon耦合(延遲)塊等使超聲從發射到進入人體有一個時間上的延遲。目的有三：①使被檢部位落入聚集區，增加分辨力；②使表面不平整的部位得到耦合；③使嬌嫩的被檢組織(如角膜)不受擦傷。 (二) *** 超聲探測的 *** 因探測部位需要不同，可採用各種 *** ，如仰卧位、左右側卧位、俯卧位、坐位、立位、截石位、膝胸位等等，無一定限制。將在各論中分別介紹。

診斷與臨床套用

B型超聲檢測技術的臨床套用

超聲診斷基礎著眼於詳盡的觀察與分析。捕捉各種特徵，綜合分析病因，研究各種生理情況下的改變，以及結合其他形式進行診斷。 (一)超聲圖像觀察 1 臟器外形及大小、柔度或可動度 各種臟器均有其自然的解剖形態及大小尺寸。觀察臟器的輪廓有無形態失常，腫塊的形狀、位置、大小、數目、范圍等，腹腔臟器的活動度等。 2 病灶邊緣回聲 發現病灶後，觀察病灶的邊緣回聲，有無包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周邊是否有暈圈等。 3 後壁及後方回聲 由於人體各種正常組織和病變組織對聲能吸收衰減不同，故表現後方不同的回聲。如含液性的囊腫或膿腫，則出現後壁回聲「增強」；而鈣化、結石、氣體等，則其後方形成「聲影」。某些酷似液性病灶的均勻實質性病灶，後方則無回聲增強效應。 4 內部結構特徵 可分為結構如常，正常結構消失，界面的增多或減少、界面散射點的大小與均勻度的不同以及其他各種不同類型的異常回聲等。 5 周鄰關系 根據局部解剖關系判斷病變與周鄰臟器的連續性，有無壓迫、粘連或浸潤。 6 功能性檢測 如套用脂餐試驗觀察膽囊的收縮功能。空腹飲水後，測定胃的排空功能及收縮蠕動狀態等。 (二)常見的病理性圖像特點 1囊性與實質性病變 超聲對液體與實質組織有著顯著的圖像差別，因而很好鑒別。 2 均質性與非均質性病變 均質性病變呈均勻一致的低回聲、等回聲或強回聲，非均質性病變則呈復雜的回聲結構。 3 鈣化性與含氣性病變 鈣化性病變圖像穩定，聲影清晰，含氣性病變圖像不穩定，聲影混渾。 4 炎性與纖維化病變 急性炎症早期以水腫為主，局部回聲減低，臟器腫脹，經線值增大；慢性炎症纖維組織增加，回聲增粗增多。 纖維化病變多呈強回聲，按其病變程度不同而表現不同。如血吸蟲肝纖維化呈典型的「地圖」樣改變。 5 良性與惡性病變 一般而言，良性病變質地均勻、界面單一故回聲均勻、規則。惡性病變因生長快，伴出血，變性，瘤內組織界面復雜不均勻，表現為不規則的回聲結構。 如(1)腫瘤邊緣：①有：良性或惡性未向外伸展；②假邊緣：光暈圈，水牛眼；③規則：良性、惡性均可；④分界截然：良性為多；⑤不規則，偽足伸展：惡性為多。 (2)內部回聲：①均勻：良性較大；②不均：惡性較大。 (3)內部其他結構：①正常：多為良性；②異常：多為惡性。 (4)後方回聲：①正常或增強：多為良性；②正常或減弱：多為惡性。 (5)侵入或轉移：阻塞或侵入管道、鄰近組織及/或臟器擴散或轉移者考慮為惡性。

超聲都卜勒檢測技術的臨床套用

超聲都卜勒是近年來迅速發展的一種檢測技術，隨著電子學的進步，此法在臨床上得到日益廣泛的套用，對心臟疾病、周圍血管疾患實質器官的血流灌注、小器官血流供應、佔位性病變血供情況及胎兒血液循環的檢查上具有重大的價值。 (一)鑒別液性暗區的性質 在切面超聲顯像圖上常見有各種形式的液性暗區，可分別代表膿腔、積液、膽汁、尿液、羊水或血液等，一般情況下根據解剖部位、周圍輪廓、徑線長短及連續關系等，其性質易於區分，但有時因斷面復雜，暗區較多，在鑒別時很困難。進行都卜勒檢查時因動脈、靜脈及靜止的液腔有明顯的不同，對鑒別性質有很大幫助。如肝內膽管高度擴張時，某一斷面很難區分門靜脈與擴張的膽管，彩色血流顯像加上去，門靜脈有彩色血流顯示並有典型門靜脈頻譜，而膽管無血流顯示。再如診斷下肢深靜脈血栓時，首先要用彩色都卜勒鑒別並行的兩條血管哪一條為動脈，哪一條為靜脈，然後再行進一步追蹤檢查。 (二)鑒別器官及病變組織的血供 彩色都卜勒血流顯像及能量圖可以清晰顯示臟器的正常血供，當有病變或新生佔位性病灶出現時，通過血流顯示可以做出具有重要意義的鑒別診斷。甲亢病人甲狀腺血供異常豐富，呈典型特徵的「火海」征；肝臟腫瘤如原發性肝癌則可探及腫瘤內部及周邊血供豐富，並見動脈頻譜；如血管瘤則血流很少，無動脈頻譜。 (三)探測血流速度 人體任何一條血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常范圍，如二尖瓣口舒張期峰值速度60cm/s～130cm/s，門靜脈右支主幹的峰值速度在18cm/s左右。血流速度參數有峰值速度、加速度、減速度、平均速度、速度積分等，通過以上參數可對血流動力學異常做出判斷。 (四)估計壓力差 利用數學公式-簡化的伯努利方程：P1-P2=4V2(P1、P2分別代表所測瓣口前後的壓力，V為通過瓣口時的血流速度)，可以測出瓣口前後的壓力差，間接反映血流是否通暢，有無狹窄，並可通過測三尖瓣返流速度推算肺動脈壓力。 (五)測量血流量 血流通過某一管腔時，其血流量(Q)與血流速度(V)快慢、管腔面積(A)大小及血流時間(T)長短有密切關系，Q=V·A·T。根據以上公式，大部分彩色都卜勒血流顯像儀在描記血流頻譜輪廓並標志管腔兩側壁的位置後，均能自動計算血流量，對臨床幫助很大。

超聲成像原理

陣列聲場延時疊加成像是超聲成像中最傳統，最簡單的，也是目前實際當中套用最為廣泛的成像方式。在這種方式中，通過對陣列的各個單元引入不同的延時，而後合成為一聚焦波束，以實現對聲場各點的成像。

7. 彩色超聲診斷儀的彩超的原理

彩色超聲診斷儀簡稱彩超。
彩超的原理，簡單來講就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒。
首先讓我們談談什麼是超聲波，大家知道人耳能聽到的聲音頻率為20Hz----20KHz，低於20Hz的聲波為次聲波，人耳是聽不到的，高於20KHz的聲波為超聲波，人耳也是聽不見的。超聲波之所以被廣泛用於醫療領域是因為他有許多奇妙的特點：
1.由於超聲波頻率高、波長短，他可以像光那樣沿直線傳播，使得我們有可能向某已確定方向上發射超聲波。
2.聲波是縱波，可以順利地在人體組織里傳播。
3. 超聲波遇到不同的介質交接面時會產生反射波。
這些特點構成了今天超聲儀器在醫學領域廣泛應用的基礎。
B超成像的基本原理就是：向人體發射一組超聲波，按一定的方向進行掃描。根據監測其回聲的延遲時間，強弱就可以判斷臟器的距離及性質。經過電子電路和計算機的處理， 形成了我們今天的B超圖像。
B超的關鍵部件就是我們所說的超聲探頭 (probe)，其內部有一組超聲換能器，是由一組具有壓電效應的特殊晶體製成。這種壓電晶體具有特殊的性質，就是在晶體特定方向上加上電壓，晶體會發生形變，反過來當晶體發生形變時，對應方向上就會產生電壓，實現了電信號與超聲波的轉換。
下面是一個B超的一般原理圖： 一般的B超工作過程為：當探頭獲得激勵脈沖後發射超聲波， （同時探頭受聚焦延遲電路控制，實現聲波的聲學聚焦。）然後經過一段時間延遲後再由探頭接受反射回的回聲信號，探頭接收回來的回聲信號經過濾波，對數放大等信號處理。然後由DSC電路進行數字變換形成數字信號，在CPU控制下進一步進行圖像處理， 再同圖表形成電路和測量電路一起合成視頻信號送給顯示器形成我們所熟悉的B超圖像，也稱二維黑白超聲圖像。
以上我們談到了黑白B超，再讓我們談談彩色B超，即」彩超」。
其實彩超並不是看到了人體組織的真正的顏色，而是在黑白B超圖像基礎上加上以多普勒效應原理為基礎的偽彩而形成的。那麼何謂多普勒效應呢，當我們站在火車站台上聽有遠處開來的火車笛叫聲會比遠離我們的火車笛叫聲音調要高，也就是說對於靜止的觀測者來說，向著觀測者運動物體發出的聲波頻率會升高，相反頻率會降低，這就是著名的多普勒效應。現代醫用超聲就是利用了這一效應，當超聲波碰到流向遠離探頭液體時回聲頻率會降低，流向探頭的液體會使探頭接收的回聲信號頻率升高。利用計算機偽彩技術加以描述，使我們能判定超聲圖像中流動液體的方向及流速的大小和性質，並將此疊加在二維黑白超聲圖像上，形成了我們今天見到的彩超圖像。
超聲頻移診斷法，即D超，它應用多普勒效應原理，當聲源與接收體（即探頭和反射體）之間有相對運動時，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移，D超包括脈沖多普勒、連續多普勒和彩色多普勒血流圖像。
彩色多普勒超聲一般是用自相關技術進行多普勒信號處理，把自相關技術獲得的血流信號經彩色編碼後實時地疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。由此可見，彩色多普勒超聲（即彩超）既具有二維超聲結構圖像的優點，又同時提供了血流動力學的豐富信息，實際應用受到了廣泛的重視和歡迎，在臨床上被譽為「非創傷性血管造影」。其主要優點是：①能快速直觀顯示血流的二維平面分布狀態。②可顯示血流的運行方向。③有利於辨別動脈和靜脈。④有利於識別血管病變和非血管病變。⑤有利於了解血流的性質。⑥能方便了解血流的時相和速度。⑦能可靠地發現分流和返流。⑧能對血流束的起源、寬度、長度、面積進行定量分析。
但彩超採用的相關技術是脈沖波，對檢測物速度過高時，彩流顏色會發生差錯，在定量分析方面明顯遜色於頻譜多普勤，現今彩色多普勒超聲儀均具有頻譜多普勒的功能，即為彩色──雙功能超聲。
彩色多普勒超聲血流圖（CDF）又稱彩色多普勒超聲顯像（CDI），它獲得的回聲信息來源和頻譜多普勒一致，血流的分布和方向呈二維顯示，不同的速度以不同的顏色加以別。雙功多普勒超聲系統，即是B型超聲圖像顯示血管的位置。多普勒測量血流，這種B型和多普勒系統的結合能更精確地定位任一特定的血管。
1．血流方向 在頻譜多普勒顯示中，以零基線區分血流方向。在零基線上方者示血流流向探頭，零基線以下者示血流離開探頭。在CDI中，以彩色編碼表示血流方問，紅色或黃色色譜表示血流流向探頭（熱色）；而以藍色或藍綠色色譜表示血流流離探頭（冷色）。
2．血管分布CDI顯示血管管腔內的血流，因而屬於流道型顯示，它不能顯示血管壁及外膜。
3．鑒別癌結節的血管種類 用CDI可對肝癌結節的血管進行分類。區分其為結節周圍繞血管、給節內緣弧形血管。結節的流人血管、結節內部血管及結節流出血管等。