超声医学总论超声医学总论授课教师 王志刚授课教师 王志刚

第一节第一节 诊断超声的物理特性 诊断超声的物理特性

超声诊断是指运用超声波超声诊断是指运用超声波原理对人体组织的物理特性、原理对人体组织的物理特性、形态结构与运动功能状态做出形态结构与运动功能状态做出判断的一种非创伤性检查方法。判断的一种非创伤性检查方法。

一、 概 论一、 概 论（一）超声波定义（一）超声波定义 声源振动频率 声源振动频率 〉〉 22 万赫兹（万赫兹（ HHzz ）的机械波为超声波。）的机械波为超声波。 超声诊断所用声源振动频率一般超声诊断所用声源振动频率一般为：为： 1-101-10 兆赫（兆赫（ MHzMHz ），常用为：），常用为：2.5-5.0 MHz2.5-5.0 MHz 。。

（二）超声波的主要物理量（二）超声波的主要物理量 11 、波长（、波长（ λλ ） 在波的传播方） 在波的传播方向上，质点完成一次振动的距离，单向上，质点完成一次振动的距离，单位是位是 mmmm 。。 22 、周期、周期 (T) (T) 质点完成一次振质点完成一次振动的时间。动的时间。

33 、频率（、频率（ ff ） 单位时） 单位时间内质点完成一个振动过程的间内质点完成一个振动过程的次数，单位是赫兹（次数，单位是赫兹（ HzHz ）。）。

44 、声速（、声速（ CC ） 单位时间内声） 单位时间内声波在介质中的传播距离波在介质中的传播距离 , , 单位是单位是m/sm/s ，人体软组织平均声速为，人体软组织平均声速为1540m/s1540m/s 。。

（三）超声波的方向性（三）超声波的方向性 直线传播。可获定向传播直线传播。可获定向传播的超声波束。的超声波束。 在相同声源直径的条件下，在相同声源直径的条件下，频率越高，波长越短，束射性频率越高，波长越短，束射性或方向性越强。或方向性越强。

（四）声源、声束、声场与分辨力（四）声源、声束、声场与分辨力 11 、声源 能产生超声的物体称、声源 能产生超声的物体称为声源，通常采用压电陶瓷、压电有为声源，通常采用压电陶瓷、压电有机材料或混合压电材料组成。声源由机材料或混合压电材料组成。声源由超声换能器发出。超声换能器发出。

22 、声束 从声源发出的声波，、声束 从声源发出的声波，一般在一个较小的立体角内传播。其一般在一个较小的立体角内传播。其中心轴线名声轴，为声束传播的主方中心轴线名声轴，为声束传播的主方向。声束两侧边缘间的距离名束宽。向。声束两侧边缘间的距离名束宽。

33 、近场与远场 超声束、近场与远场 超声束各处宽度不等。在临近探头的各处宽度不等。在临近探头的一段距离内，束宽几乎相等，一段距离内，束宽几乎相等，称为近场；远方为远场。称为近场；远方为远场。

44 、分辨力分基本分辨力和图像分辨、分辨力分基本分辨力和图像分辨力力 （（ 11 ）基本分辨力：）基本分辨力： 11 ）轴向分辨力 沿声束轴线方向的）轴向分辨力 沿声束轴线方向的分辨力。其优劣影响靶标在深浅方向的精分辨力。其优劣影响靶标在深浅方向的精细度。分辨力佳则在轴向的图像点细小、细度。分辨力佳则在轴向的图像点细小、清晰。通常用清晰。通常用 3-3.5MHz3-3.5MHz 探头时，轴向分探头时，轴向分辨力在辨力在 1mm1mm 左右。左右。

33 ）横向分辨力 指在与）横向分辨力 指在与声束轴线垂直的平面上在探头声束轴线垂直的平面上在探头短轴方向的分辨力（有称厚度短轴方向的分辨力（有称厚度分辨力）。分辨力）。

（（ 22 ）图像分辨力 指构成）图像分辨力 指构成整幅图像的目标分辨力。有细整幅图像的目标分辨力。有细微分辨力和对比分辨力。微分辨力和对比分辨力。

二、人体组织的声学参数二、人体组织的声学参数 （一）密度（（一）密度（ PP ） 组织、脏） 组织、脏器的声学密度，单位为器的声学密度，单位为 g/cmg/cm33 。。

22 ）侧向分辨力 指在与）侧向分辨力 指在与声束轴线垂直的平面上在探头声束轴线垂直的平面上在探头长轴方向的分辨力。声束越细，长轴方向的分辨力。声束越细，侧向分辨力越好。侧向分辨力越好。

（二）声速（（二）声速（ CC ） 单位为） 单位为 m/sm/s 。。一般固体物含量高者声速最高，含纤一般固体物含量高者声速最高，含纤维组织（主要成分为胶原纤维）高者，维组织（主要成分为胶原纤维）高者，声速较高，含水量较高的软组织声速声速较高，含水量较高的软组织声速较低，液体声速更低，含气脏器中的较低，液体声速更低，含气脏器中的气体声速最低。气体声速最低。

（三）声阻抗（（三）声阻抗（ ZZ ） 各种） 各种回声图像主要由声阻抗差别造回声图像主要由声阻抗差别造成。系密度与声速的乘积，单成。系密度与声速的乘积，单位为位为 g/cmg/cm2.2.ss 。。

（四）界面 两种声阻抗不同物（四）界面 两种声阻抗不同物体接触在一起时，形成一个界面。接体接触在一起时，形成一个界面。接触面大小名界面尺寸。尺寸小于波长触面大小名界面尺寸。尺寸小于波长时名小界面，反之名大界面。时名小界面，反之名大界面。

三、人体组织对入射超声的作用三、人体组织对入射超声的作用

（一）反射 超声波入射到（一）反射 超声波入射到比自身波长大的大界面时，入比自身波长大的大界面时，入射声波的较大部分能量被该界射声波的较大部分能量被该界面阻挡而返回，这种现象称之面阻挡而返回，这种现象称之为反射。为反射。

大界面对入射超声产生反大界面对入射超声产生反射现象，使入射超声能量的较射现象，使入射超声能量的较大部分返回至声源。入射角与大部分返回至声源。入射角与反射角相等。反射角相等。

（二）散射 小界面对入射超声（二）散射 小界面对入射超声产生散射现象，使入射超声的部分能产生散射现象，使入射超声的部分能量向各个空间方向分散辐射。返回至量向各个空间方向分散辐射。返回至声源的能量甚低。散射来自脏器内的声源的能量甚低。散射来自脏器内的细小结构，临床意义十分重要。细小结构，临床意义十分重要。

（三）折射 组织、脏器声速不同，（三）折射 组织、脏器声速不同，声束经过其大界面时，前进方向改变声束经过其大界面时，前进方向改变称为折射。称为折射。 （四）绕射 又名衍射。声束绕过（四）绕射 又名衍射。声束绕过物体后，又以原来的方向偏斜传播。物体后，又以原来的方向偏斜传播。

（五）衰减 系声波轴向振动与介（五）衰减 系声波轴向振动与介质之间摩擦致能量消耗的结果，它与质之间摩擦致能量消耗的结果，它与超声探头频率及声波运行距离有关。超声探头频率及声波运行距离有关。在正常及病理情况下，组织的衰减会在正常及病理情况下，组织的衰减会发生变化。发生变化。

（六）多普勒效应 当一定频率的（六）多普勒效应 当一定频率的超声波由声源发射并在介质中传播时，超声波由声源发射并在介质中传播时，如遇到与声源作相对运动的界面，则如遇到与声源作相对运动的界面，则其反射的超声波频率随界面运动的情其反射的超声波频率随界面运动的情况而发生改变，称之为多普勒效应况而发生改变，称之为多普勒效应（（ Doppler effectDoppler effect ）。）。

18421842 年，奥地利数学家及年，奥地利数学家及天文学家克约斯琴天文学家克约斯琴 .. 约翰约翰 .. 多多普勒发现，当星球与地球近向普勒发现，当星球与地球近向运动时，光色向光谱的紫色端运动时，光色向光谱的紫色端移位，表明光波频率增高；移位，表明光波频率增高；

向红色方向移位，表向红色方向移位，表明光波频率降低。其差称为多明光波频率降低。其差称为多普勒频移。这种物理学效应命普勒频移。这种物理学效应命名为多普勒效应。此亦适用于名为多普勒效应。此亦适用于各种类型的波源和接受器之间各种类型的波源和接受器之间的相对运动。的相对运动。

多普勒方程： 多普勒方程： fd =2fo×(V.cosθ÷c)fd =2fo×(V.cosθ÷c) fd: fd: 多普勒频移；多普勒频移； fo:fo: 发射频率；发射频率；V:V:血流速度；血流速度； θ:θ: 声束与血流夹角；声束与血流夹角；c:c: 超声波在介质中的传播速度。超声波在介质中的传播速度。

实际应用中实际应用中 fo:fo: 即为换即为换能器（探头）频率；能器（探头）频率； cc ：超声：超声波在人体软组织中的平均传播波在人体软组织中的平均传播速度为速度为 1540m/s1540m/s 。。

多普勒频移与声速成多普勒频移与声速成正比。为获得最大血流信号，正比。为获得最大血流信号，应使声束与血流方向尽可能平应使声束与血流方向尽可能平行（行（ θθ角尽量小）。角尽量小）。

四、超声诊断原理四、超声诊断原理 高频脉冲发生器→换能器（将电高频脉冲发生器→换能器（将电能转变为声能）→组织界面（反射）能转变为声能）→组织界面（反射）→换能器（将声能转变为电能）→接→换能器（将声能转变为电能）→接受放大装置→示波管→显示系统（显受放大装置→示波管→显示系统（显示图像）。示图像）。 换能器即为超声检查用的探头。换能器即为超声检查用的探头。

五、人体组织的声学分型五、人体组织的声学分型 （一）无反射型：液性组织（一）无反射型：液性组织（如：血液、尿液、心包积液、（如：血液、尿液、心包积液、胸水、腹水、胆汁、羊水等）。胸水、腹水、胆汁、羊水等）。

（二）少反射型：基本均质的实（二）少反射型：基本均质的实质性组织（如：肝脏、肾脏、脾质性组织（如：肝脏、肾脏、脾脏、心肌、瓣膜等）。脏、心肌、瓣膜等）。

（三）多反射型：结构较复杂、（三）多反射型：结构较复杂、致密，排列无一定规律的实质性致密，排列无一定规律的实质性组织（如：乳腺、心外膜、肾包组织（如：乳腺、心外膜、肾包膜、骨骼等）。膜、骨骼等）。

（四）全反射型：含气组（四）全反射型：含气组织（如：肺、胃、肠等）。超声织（如：肺、胃、肠等）。超声检查时使用偶合剂，就是为了防检查时使用偶合剂，就是为了防止探头与皮肤之间存在空气，影止探头与皮肤之间存在空气，影响探查。响探查。

六、超声的生物效应六、超声的生物效应 产生超声生物效应的主要物理 产生超声生物效应的主要物理机制有：热机制、机械机制、空化机制有：热机制、机械机制、空化机制。当超声剂量（声强）超出规机制。当超声剂量（声强）超出规定，将造成若干生物效应。定，将造成若干生物效应。

第二节 超声诊断仪器及方式第二节 超声诊断仪器及方式

有：有： AA 型超声仪；型超声仪； BB 型超声仪；型超声仪；MM 型超声仪；频谱多普勒超声仪；彩型超声仪；频谱多普勒超声仪；彩色多普勒超声仪；彩色多普勒能量超色多普勒超声仪；彩色多普勒能量超声仪；三维成像超声仪；超声组织定声仪；三维成像超声仪；超声组织定征仪等。征仪等。 现多为双功或多功能超声仪。 现多为双功或多功能超声仪。

第三节 超声治疗设备及新技术第三节 超声治疗设备及新技术 国产高强度聚焦超声国产高强度聚焦超声（（ HIFUHIFU ）治疗肿瘤系统（超声聚）治疗肿瘤系统（超声聚焦刀），系世界领先的具有我国焦刀），系世界领先的具有我国自主知识产权的大型超声医疗设自主知识产权的大型超声医疗设备，已销往国内外。备，已销往国内外。

证实对肝癌、骨肿瘤、乳腺证实对肝癌、骨肿瘤、乳腺癌和软组织肿瘤治疗安全有效。癌和软组织肿瘤治疗安全有效。 还有超声消融；超声引导微波、 还有超声消融；超声引导微波、激光、射频治疗肿瘤；超声微泡激光、射频治疗肿瘤；超声微泡造影剂携基因治疗等。造影剂携基因治疗等。

●超声微泡造影剂是一种内含气体的微球，可通过静脉注射随血流到达机体各组织器官，并可用超声实时监控，增强组织显影，提高肿瘤的早期诊断率、检诊血管病变等

左图为常规基波超声，病灶难以发现 右图为注射超声造影剂后，病灶清晰可见

同时，一定强度的超声波可在特定组织内击碎微泡

●超声微泡造影剂可作为一种空化核，在超声波的作用下将发生压缩和膨胀，当声能达到一定强度时，微泡可被瞬间击碎，产生“空化效应”，引起一系列生物学效应

● ●声孔效应：是由于声空化伴随发生的冲击波、射流对细胞作用的结果，是“低功率超声辐照微泡治疗肿瘤”、“超声增强药物释放”和“超声基因疗法”的重要物理基础

超声波触发微泡进行基因转染和药物释放示意图

超声波击碎微泡后产生的生物学效应为其增强基因转染和局部药物释放提供了理论基础

毛细血管内皮间隙增宽，细胞膜通透性增加

基因及药物进入细胞

正 常 细 胞 超 声 波 病 变 区

基 因

微 气 泡

空化微泡

血 管内 皮细 胞

理想的理想的包裹包裹靶基因或药物的超声微泡造影剂：其表面为高靶基因或药物的超声微泡造影剂：其表面为高分子材料，内含氟碳气体、目的基因或药物、阳离子脂质体，其外壳分子材料，内含氟碳气体、目的基因或药物、阳离子脂质体，其外壳还有靶向性物质连接位点还有靶向性物质连接位点

高分子材料

氟碳气体目的基因

脂 质体

靶 向连 接位 点