9 超声成像.ppt

生物医学工程基础 常向荣 changxiangrong@163.com 第二章 医用超声诊断 人体组织的声学特征 无回声 （无反射型）—胆汁、尿液、血液 低回声 （少反射型）—肝、脾 强回声 （多反射型）—血管壁、结石 极强回声（全反射型）—肺、胃肠道 回声类型 2.2.2 声速 2.2.2 声速 声速C表示超声波在某种介质中的传播速度，即单位时间内传播的距离，单位为米/秒，它与介质的弹性（K）和密度（ρ）有关，即 ，而与超声波的频率无关。声速在决定声阻抗以及回声测距精度上是重要因素。超声在人体不同正常组织中传播的有关密度、声速和声学特性阻抗如下表所示 声学阻抗 声学特性阻抗 表征超声波在不同介质中传播时的特征，用Z表示，单位kg/(m2.s)， z等于介质的密度和超声在其中传播速度c的乘积，即Z＝ρ×c 人体组织的 密度 声速 声学特性阻抗 2.2.3 超声在人体组织中的传播特性 反射（Reflection）与折射（Refraction） 发生：不同的声阻抗分界面（只要有10/00的声阻抗差） 界面厚度远大于波长 超声波的传播特性 1 超声波的传播特性 声学频谱范围及应用 应用于治疗和清洗的频率范围在20～2000KHz 高强度超声聚焦治疗仪采用1MHz 左右的频率 用于临床诊断的超声治疗频率范围：1～60MHz 3.5～5MHz的频率用于成人心脏及腹部成像。这些频率通常能穿透组织20～15cm的深度。 7～10MHz用于小器官的成像，如甲状腺、乳腺、眼睛显像，通常达5～4cm的穿运深度。 在10～40 MHz的高频范围内已应用于皮肤成像及血管成像系统。 在40～60 MHz的频率范围内，则用于生物显微镜成像，对眼睛活组织表面下显微镜诊断结果，可显示用其他非侵入的方法无法获得的信息。 超过100 MHz的频率范围称为超高频。同样有各种应用价值，但目前没有在临床上应用。 超声波的分辨力和穿透力 （一）分辨力 能在荧光屏上被显示为两个点的最小间距的能力 1. 轴向分辨力 前后两点的距离 由衍射定理可知决定，最大理论分辨力为λ/2， 例如，3MHz的超声波在人体软组织中的波长为0.5mm，则最大理论分辨力为0.25mm 注意，由于显示器分辨力的限制，实际分辨力是理论分辨力的1/5～1/8。 2. 侧向分辨力 与声束 相垂直的直线上，能在荧光屏上被分别显示的两点间的距离 与声束宽度有关 声束直径小于亮点的距离时，两点可以分别显示出来 声束的直径大于两点之间的距离时，则两个物体在荧光屏上变为一点 侧向分辨力差的超声设备，使得不在同一条直线上的周围结构同时显示出来，使单层结构变为多层结构，对观察诊断图像增加了一些困难 侧向分辨力与带你子聚焦有关 分辨率 分辨率与分辨力的关系，不同文献与书籍的提法不同 与分辨力的定义基本一致 定义一：能分辨最小距离的倒数 定义二：声场内一个点目标在显示器上所呈现图像尺寸的倒数 （二）分辨力的测量 通常采用生物模块来测量超声波的轴向和侧向分辨力 （三）穿透力 分辨力和穿透力相矛盾 假定衰减系数为0.5dB/(cm.MHz）则不同频率下的衰减情况为： 探测频率的选择 衰减系数的不同 探测深度的不同 分辨率的要求 腹部心脏和神经研究学中：2～4MHz 波长：0.8～0.4mm，最大穿透深度为200～100mm 探测血管和细小部分：3～5MHz 波长0.5～0.3mm，穿透深度：100～50mm 眼科探查：8～20MHz 波长0.2～0.1mm，穿透深度40～20mm 颅骨对超声衰减大：1～1.2MHz 3、超声的生物效应 一定强度的超声（辐照强度和辐照时间）在生物体系中传播时，通过他们之间的相互作用机制致使生物体系的功能和结构发生变化 空化作用 在强超声传播时，会出现一种类似雾状的气泡，此种现象称为超声空化作用 研究表明：只要液体中含有直径为几微米的稳定气泡，在声强0.3W/cm2，即会产生空化反应——稳定空化 结果使振荡周围液体产生湍流和相应的粘滞应力，从而使附近存在的生物细胞收到扰动乃至损伤。 即使不含稳定气泡的液体，在声强大于0.7W/cm2时即可发生瞬态空化 热作用 生物组织在超声机械能作用下，由于黏滞吸收，将一部分超声能转化成热能，使生物组织的温度升高 化学作用 主要是氧化和还原作用，由超声所形成的乳浊液是一种特殊的化学作用，在高剂量超声情况下，因超声的化学作用还会破坏有机结构的蛋白质，然而诊断剂量的超声不会引起化学作用 超声诊断的安全因素 主要参数 空间峰值时间平均声强Ispta 空间峰值脉冲平均声