醫(yī)學影像學:第四章　超聲成像

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(zhì)上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借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(gòu)成超聲層面圖像，70年代初又發(fā)展了實時超聲技術(shù)，可觀察心臟及胎兒活動。超聲診斷由于設(shè)備不似CT或MRI設(shè)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，屬于非損傷性檢查，因之，在臨床上應用已普及，是醫(yī)學影像學中的重要組成部分。不足之處在于圖像的對比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高。本教材只介紹灰階超聲成像（gzxtf.net.cn/wsj/rey scale ultrasonic tomography)。

第一節(jié)　USG的成像基本原理與設(shè)備

一、超聲的物理特性

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行探測的基礎(chǔ)。當超聲傳經(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（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(tài)。

二、超聲的成像基本原理

人體結(jié)構(gòu)對超zxtf.net.cn聲而言是一個復雜的介質(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

^*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?qū)崟r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3.0、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。

第二節(jié)　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(qū)（黑影)，強回聲則為亮區(qū)（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，并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。

第三節(jié)　USG檢查技術(shù)

超聲探查多用仰臥位，但也可用側(cè)臥位等其他體位。探查過程中可變更體位。

切面方位可用橫切、縱切或斜切面。

患者采取適宜體位，露出皮膚，涂耦合劑，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(jié)，即停幀，行細致觀察，作好記錄，并攝片或錄像。

應注意器官的大小、形狀、周邊回聲，尤其是后壁回聲、內(nèi)部回聲、活動狀態(tài)、器官與鄰近器官的關(guān)系及活動度等。

第四節(jié)　USG圖像分析與診斷

觀察聲像圖時，首先應了解切面方位，以便于認清所包括的解剖結(jié)構(gòu)。注意周邊回聲，包括器官和較大腫塊的邊緣回聲，借此可觀察其大小、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��；有無移位，活動如何等。要觀察器官與較大腫塊的內(nèi)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(jié)構(gòu)的內(nèi)部性質(zhì)。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(nèi)部回聲的改變進行診斷，較為困難，器官內(nèi)占位病變則依靠局限性內(nèi)部回聲異常作診斷，較易發(fā)現(xiàn)。

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（例如位于某一器官的哪一部位)；病變的大小、數(shù)目；病變的物理性質(zhì)，是液性、實質(zhì)性、含氣性或混合性；病理性質(zhì)，是炎性或腫瘤性，良性或惡性，原發(fā)還是轉(zhuǎn)移，是癌還是肉瘤等。

聲像圖對發(fā)現(xiàn)病變、確定病變位置和大小較易，確定病變?yōu)橐盒�、實質(zhì)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(nèi)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(guī)則，內(nèi)部回聲不均勻，出血壞死區(qū)可無回聲，而衰減也較為明顯。

第五節(jié)　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(jié)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?shù)膬r值（圖1-4-3)。

圖1-4-3 聲像圖

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

應當指出，超聲診斷也有它的限制。由于超聲的物理性質(zhì)，使超聲對骨骼、肺和胃腸的檢查受到限制。聲像圖表現(xiàn)所反映的是器官和組織聲阻抗差的改變，缺少特異性，因之對于病變的性質(zhì)的判斷，需綜合分析，并與其他影像學表現(xiàn)和臨床資料相結(jié)合才可靠。病變過小，直徑在0.5cm左右，或聲阻抗差不大，不引起反射，則難于由聲像圖上顯示出來。此外，超聲設(shè)備的性能、檢查人員的技術(shù)與經(jīng)驗也均影響診斷的結(jié)果。