超声发展和原理

一、超声诊断学 

       现代科技（电子技术、计算机科学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。

二、超声发展史 

       A型：超声示波诊断法——幅度调制型，以波形显示界面回波。纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播深度。属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于1958年应用于临床。 

       M 型：超声光点扫描法——M型超声心动图。纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强度。属一维显示，反应界面随时间的运动曲线，1961年应用于临床。 

       B型：超声显像诊断法——辉度调制型。即以光点的形式显示二维切面图形。仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、显示器。20世纪70年代初应用于临床，70年代中后期采用了灰阶及DSC技术，实时超声图像质量大大改善，于80年代迅速发展并普及，90年代后期进入全数字化时代。 

       DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器,使数字信号转变成标准电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。 

       D型：超声频移诊断法——Doppler频谱、 CDFI、CDE、DTI等，1983年日本Aloka公司研制出世界 上第一台彩超，并首先规定朝向探头与背向探头的血流分别以红色及蓝色显示。20世纪90年 代彩超迅速普及，90年代后期进入全数字化时代。 

       三维超声：20世纪90年代开始应用于临床。 

三、超声诊断的优点、局限性及临床应用 

1、超声与普通X-CT等影像技术相比有以下优点：

       （1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。 

       （2）直观实时显示检查器官与病灶的切面图像。 

       （3）对活动脏器（如心脏）能实时动态显示其切面图像，便于观察。 

       （4）能发挥管腔造影功能，而无需任何造影剂。 

       （5）对软组织内的病灶有良好的分辨力，能清晰显示实质性器官中2—3mm的囊性或实质性病灶。   

2、超声诊断的局限性： 

        超声对骨与含气性器官透射率太低,故目前超声对骨关节、颅脑、肺、胃肠道疾病的诊断受到限制。   

3、超声诊断的临床应用： 

       （1）腹部脏器的器质性病变与腹部包块。 

       （2）妇科疾病与盆腔包块。 

       （3）生理产科、病理产科、胎儿畸形检测。 

       （4）浅表器官（如眼球、甲状腺、乳腺、睾丸等）与浅表软组织疾病。 

       （5）心脏疾病。 

       （6）外周血管疾病。 

       （7）胸水、腹水及穿刺定点。 

       （8）介入性超声（用于诊断与治疗）。

四、 压电效应

       压电晶体在机械应力的作用下,会在晶体表面产生电荷,反之，若对晶体施以交变电场，晶体也会产生应力变形，这种机械能与电能互相转变的现象称压电效应。前者称正压电效应，后者称逆压电效应。 

五、超声波的发射和接收：电—声转换 

       1、 超声波的发射利用了逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将在厚度方向上产生胀缩变形，即振动。这个振动的晶片即成了超声波的声源，当振动频率超过2万Hz时即为超声波。 

       2、 超声波的接收利用了正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上时，相当于对其施加一外力，晶体表面将产生携带回声信息的微弱电信号，这种电信号经放大、处理后即能在显示器上以光点形式显示用于诊断的声像图。 

六、 超声探头的基本结构和功能结构

       （1）压电晶体：产生压电效应，与发射及接收超声有关。目前常用压电陶瓷材料是锆钛酸铅。 

       （2）吸声背块（背材）：吸收背向辐射的超声，提高纵向分辨力。 

       （3）匹配层（面材）：   A、导声作用（声阻抗匹配）  B、保护电极与晶体。 

       声阻抗匹配条件： 

       A、匹配层厚度d=1/4λ。      B、匹配层声阻抗Z22= Z1*Z3。 

       （4）聚焦件：在匹配层前方加聚焦件（几何、电子），使声束聚焦，从而提高横向分辨力。

        （5）电极与电路：  发射及接收超声波，起换能器作用。 

七、探头的主要参量 

       1、 频率：一般在2—20MHz之间，低频探头适用于深部器官检查，高频探头适用于浅表器官检查。       

       2、 分辨力：包括时间分辨力、空间分辨力与对比分辨力。 

       A、时间分辨力：指帧频，腹部实时超声要求450px深度时，帧频大于25帧/ s，心脏实时超声要求450px深度时，帧频大于30帧/s。 

       B、空间分辨力：指超声探头能分辨空间相邻两个点之间最小距离的能力。包括纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。 

       纵向分辨力：超声探头能区分声束轴线上相邻两点之间最小距离的能力。与探头频率有关,探头频率越高,分辨力越高,理论上约λ/2,实际上3.5-5MHz探头纵向分辨力约1mm。  

       侧向分辨力：指声束扫描平面内垂直于声束方向(探头长轴方向)的分辨力,与声束宽度有关。3.0-3.5MHz探头侧向分辨力约2mm。

       横向分辨力：指声束扫描平面的厚度方向上（探头短轴方向）的分辨力,与声束宽度有关。 

       C、对比分辨力：指灰阶级数（由白到黑的灰阶等级），现代超声仪一般256级。 

       3、 穿透力：超声在介质中传播时，能量不断衰减，到达一定深度时，不能产生可被接收的反射。能产生有效反射回声的传播距离，就是穿透力，与频率有关，频率越高，穿透力越低。 

八、 探头的种类

       1、按扫描方式分：线阵、凸阵、扇扫（包括机械式与相控阵）、三维容积探头。 

       2、低频探头（2-5MHz）、高频探头（大于5 MHz）。 

       3、单频探头（一个中心工作频率）、宽频探头（工作频率范围宽,带宽系数大于0.5）、变频探头（频率可变，有二个或二个以上的中心工作频率）、宽频+变频。 

九、 超声耦合剂的作用

       1、排除空气，增加透声，起导声作用。 

       2、要求超声偶合剂的声阻抗接近于人体软组织平均声阻抗。