声学探测—医用超声.ppt

声学检测 一、超声学问题 超声学：研究超声波的产生、传播超声学：研究超声波的产生、传播、接收，、接收，以及各种超声效应和应用的声学分支叫超以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。器等。一、超声学问题 机械效应机械效应。超声在介质中前进时所产生的效应。超声振超声在介质中前进时所产生的效应。超声振动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性的特性.可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。使细胞内部结构发生变化，导致细胞的功能变化，能等。使细胞内部结构发生变化，导致细胞的功能变化，使坚硬的结缔组织延伸，松软。使坚硬的结缔组织延伸，松软。空化作用空化作用。超声波作用于液体时可产生大量。超声波作用于液体时可产生大量小气泡小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。进行超声处理的技术大多与空化作用有关。热效应热效应。由于超声波频率高，能量大，被介。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。质吸收时能产生显著的热效应。人体组织对超声能量有比较大的吸收本领，因人体组织对超声能量有比较大的吸收本领，因此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自身温度升高。的自身温度升高。产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。化学效应化学效应。超声波的作用可促使发生或加速。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收，这表明空化作用使分子结构发生了改变收，这表明空化作用使分子结构发生了改变 。医学超声概述 它主要研究超声波与生物组织它主要研究超声波与生物组织(主要指人体组织主要指人体组织)的相互作用机理、规律及其应用。医学超声包括的相互作用机理、规律及其应用。医学超声包括超声诊断和超声治疗。超声诊断和超声治疗。超声诊断超声诊断研究如何利用各种组织声学特性的差异研究如何利用各种组织声学特性的差异来区分不同组织，特别是区分正常和病变组织。来区分不同组织，特别是区分正常和病变组织。其物理基础是超声波在生物组织中的传播规律其物理基础是超声波在生物组织中的传播规律(即即组织对声波的作用组织对声波的作用)及诊断信息提取方法。及诊断信息提取方法。超声治疗超声治疗则研究如何利用超声波的生物效应则研究如何利用超声波的生物效应(因声因声波照射引起的组织结构、功能和生物过程的变化波照射引起的组织结构、功能和生物过程的变化)来治疗某些疾病，其物理基础是超声生物效应的来治疗某些疾病，其物理基础是超声生物效应的机理和超声剂量学等。机理和超声剂量学等。医学超声概述 医学超声检测原理医学超声检测原理：医学超声波检查的工作原理与声纳：医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同。射与折射以及吸收超声波的程度也就不同。医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影像的医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影像的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为为A型、型、B型、型、M型及型及D型四大类。型四大类。医学超声概述 医学超声治疗：医学超声治疗：一定剂量的超声波作用于人体组一定剂量的超声波作用于人体组织，会产生一定的生物效应，如利用生物效应达织，会产生一定的生物效应，如利用生物效应达到某种医疗目的便构成了超声治疗。到某种医疗目的便构成了超声治疗。超声治疗开始于超声理疗，出现在上世纪超声治疗开始于超声理疗，出现在上世纪3030年代。年代。到到7070年代以后，超声治疗技术取得了长足的发展，年代以后，超声治疗技术取得了长足的发展，不仅传统的超声理疗有了新发展，而且又涌现出不仅传统的超声理疗有了新发展，而且又涌现出一系列新的超声治疗技术，如超声外科、超声治一系列新的超声治疗技术，如超声外科、超声治癌及超声碎石等，从而使超声治疗技术进入了一癌及超声碎石等，从而使超声治疗技术进入了一个新的历史发展时期。个新的历史发展时期。超声的概念 振动频率20,000Hz的声波超声波 医用频率2.513MHz(常用2.5 5MHz)超声波的特点和优点 USG特点：对软组织的分辨能力强 信息的显示有多种方法 USG优点：无损伤、无痛苦、无辐射 实时、快捷、准确、方便 超声的三个基本物理参数 频率(f):声波每秒振动次数，Hz。波长():声波在一个振动周期内所通过的距离，mm 声速(C):声波在介质中每秒传播的距离，m/s=f C（m/s）人体软组织声速平均为人体软组织声速平均为1540m/s1540m/s 超声的物理特性 指向性 反射、折射、散射和绕射 吸收与衰减 分辨力与穿透力 多普勒效应 近场近场 远场远场 D D声源直径声源直径 扩散角扩散角 频率高，波长短，呈直线传播频率高，波长短，呈直线传播 1.超声波的指向性 2-1.超声波的反射和折射 反射 1.声阻抗(z)=介质密度()声速(c)Z0.1%即可产生反射 2.声阻抗差大，反射强 折射 两种介质内声速不同可产生 折射现象 结果：导致入射声束的偏转 超声波的超声波的入射入射、反射反射和和折射折射示意图示意图 大界面大界面 折射波折射波 入射波入射波 反射波反射波 2 2-2.2.超声波的超声波的散射散射 遇界面远遇界面远小于小于波长的微小粒子，超声波波长的微小粒子，超声波将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏器内的细微结构。器内的细微结构。2 2-3.3.超声波的超声波的绕射绕射 目标大小约为目标大小约为1 1 22或稍小，超声波将或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。超声波的吸收与衰减 声衰减定义：声衰减定义：是指声能随着传播距离而减弱的现象是指声能随着传播距离而减弱的现象 衰减量衰减量=频率频率深度深度 频率高，衰减重频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射 超声波的分辨力与穿透力 频率高，分辨好，穿透差 频率低，分辨低，穿透强 对应的临床应用：检测浅表器官，采用高频探头 检测深部脏器，采用低频探头 多普勒效应 声源与接收体之间的相对运动引起声波频率声源与接收体之间的相对运动引起声波频率发生改变的现象，频率的变化称为发生改变的现象，频率的变化称为频移频移f fd d f fd d=f=f-f f0 0=Vcos=Vcos f f0 0/c/c f f0 0 为入射超声频率为入射超声频率 f f 为回声频率为回声频率 V V 为物体的运动速度为物体的运动速度 C C 为声速为声速 coscos 为运动方向与声束方向间的夹角为运动方向与声束方向间的夹角 多普勒效应示意图多普勒效应示意图 声源声源 目标目标 多普勒效应示例多普勒效应示例 血流信息获取 V=V=血流速度血流速度 C=C=声速声速 cos=cos=血流与探头间夹角血流与探头间夹角 血管血管 V C 探头探头 coscos90900 0，血流迎向探头，血流迎向探头，f fd d为正值为正值 称为称为正性频移正性频移 coscos90900 0，血流远离探头血流远离探头，f fd d为负值为负值 称为称为负性频移负性频移 夹角对fd值的影响 二、超声成像的基本原理 声阻抗特性 声衰减特性 多普勒效应 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 肝肝 胆汁胆汁 胆囊壁胆囊壁 超声成像的检查方法超声成像的检查方法 基本检查方法：基本检查方法：A型型、M型型、B型型、D型型 型（超声示波法）机理：机理：是以波形来显示组织特征的，是以波形来显示组织特征的，以以波幅波幅变化反映回声情况。变化反映回声情况。主要用于测量器官的径线，以判定其大小。主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。质性、液体或是气体是否存在等。特点：特点：一维波形图，不直观。一维波形图，不直观。用途：用途：鉴别液、实性