超聲(Ultrasound，簡稱US)醫學是聲學、醫學、光學及電子學相結合的學科。凡研究高於可聽聲頻率的聲學技術在醫學領域中的套用即超聲醫學。包括超聲診斷學、超聲治療學和生物醫學超聲工程，所以超聲醫學具有醫、理、工三結合的特點，涉及的內容廣泛，在預防、診斷、治療疾病中有很高的價值。
超聲成像是利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內器官的圖象。常用的超聲儀器有多種：A型（幅度調製型）是以波幅的高低表示反射信號的強弱，顯示的是一種“回聲圖”。M型（光點掃描型）是以垂直方向代表從淺至深的空間位置，水平方向代表時間，顯示為光點在不同時間的運動曲線圖。以上兩型均為一維顯示，套用範圍有限。B型（輝度調製型）即超聲切面成象儀，簡稱“B超”。是以亮度不同的光點表示接收信號的強弱，在探頭沿水平位置移動時，顯示屏上的光點也沿水平方向同步移動，將光點軌跡連成超聲聲束所掃描的切面圖，為二維成象。至於D型是根據超聲都卜勒原理製成．C型則用近似電視的掃描方式，顯示出垂直於聲束的橫切面聲象圖。近年來，超聲成象技術不斷發展，如灰階顯示和彩色顯示、實時成象、超聲全息攝影、穿透式超聲成像、超聲計並機斷層圾影、三維成象、體腔內超聲成像等。
超聲成像方法常用來判斷臟器的位置、大小、形態，確定病灶的範圍和物理性質，提供一些腺體組織的解剖圖，鑑別胎兒的正常與異常，在眼科、婦產科及心血管系統、消化系統、泌尿系統的套用十分廣泛。
基本介紹
- 中文名：超聲成像
- 外文名：Ultrasound
- 簡稱：US
- 實質：聲學醫學光學及電子學相結合學科
發展歷程,基本原理,聲波,超音波,束射性,反射和折射,散射與衍射,超音波的衰減,基本設備,都卜勒超聲,超聲診斷儀,圖像特點,切面聲像圖的回聲描述,超聲圖像的常見偽像,檢查技術,裝置,探測前準備,探測方法和體位,診斷與臨床套用,B型超聲檢測技術的臨床套用,超聲都卜勒檢測技術的臨床套用,超聲成像原理,
發展歷程
20世紀50年代建立，70年代廣泛發展套用的超聲診斷技術，總的發展趨勢是從靜態向動態圖像(快速成像)發展，從黑白向彩色圖像過渡，從二維圖像向三維圖像邁進，從反射法向透射法探索，以求得到專一性、特異性的超聲信號，達到定量化、特異性診斷的目的。
近三十年來，醫學超聲診斷技術發生了一次又一次革命性的飛躍，80年代介入性超聲逐漸普及，體腔探頭和術中探頭的套用擴大了診斷範圍，也提高了診斷水平，90年代的血管內超聲、三維成像、新型聲學造影劑的套用使超聲診斷又上了一個新台階。其發展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，並成為一種非常重要的多種參數的系列診斷技術。
基本原理
聲波
聲波的基本物理性質如下：
聲源振動產生聲波，聲波有縱波、橫波和表面波三種形式。而縱波是一種疏密波，就像一根彈簧上產生的波。用於人體診斷的超音波是聲源振動在彈性介質中產生的縱波。聲波在介質中傳播，介質中質點在平衡位置來回振動一次，就完成一次全振動，一次全振動所需要的時間稱振動周期(T)。在單位時間內全振動的次數稱為頻率(f)，頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T，聲波在介質中以一定速度傳播，質點振動一周，波動就前進一個波長(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。
(二)聲阻抗
聲波在媒介中傳播，其傳播速度與媒質密度有關。在密度較大介質中的聲速比密度較小介質中的聲速要快。在彈性較大的介質中聲速比彈性較小的介質中要快。這就引出了聲阻抗的定義，聲阻抗為介質密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示，Z=ρ·C。
超音波
束射性
反射和折射
當一束超音波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質的交界面上時，就會發生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由於入射角等於反射角，因此超音波探查疾病時要求聲束儘量與組織界面垂直。超音波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關，兩介質聲阻抗差越大，入射超聲束反射越強。聲阻抗差越小反射越弱。
穿過大界面的透射聲，可能沿入射聲束的方向繼續進行，亦可能偏離入射聲束的方向而傳播，後一種現象稱超聲折射，是由於兩種介質內聲速的不同所致。
散射與衍射
超音波在介質內傳播過程中，如果所遇到的物體界面直徑大於超音波的波長則發生反射，如果直徑小于波長，超音波的傳播方向將發生偏離，在繞過物體以後又以原來的方向傳播，此時反射回波很少，這種現象叫衍射。因此波長越短超音波的分辨力越好。如果物體直徑大大小於超音波長的微粒，在通過這種微粒時大部分超音波繼續向前傳播，小部分超音波能量被微粒向四面八方輻射，這種現象稱為散射。
超音波的衰減
超音波在介質中傳播時，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，這種現象稱作超音波的衰減。
衰減有以下兩個原因：(1)超音波在介質中傳播時，聲能轉變成熱能，這叫吸收；(2)介質對超音波的反射、散射使得入射超音波的能量向其他方向轉移，而返回的超音波能量越來越小。
基本設備
都卜勒超聲
基本原理
都卜勒效應是奧地利物理學家克里斯汀·約翰·都卜勒於1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對運動時，光波頻率升高或降低的現象。這種相對運動引起的接收頻率與發射頻率之間的差別稱為都卜勒頻移或都卜勒效應。
聲波同樣具有都卜勒效應的特點，都卜勒超聲最適合對運動流體做檢測，所以都卜勒超聲對心臟及大血管血流的檢測尤為重要。
都卜勒超聲心動圖的基本方式
1 脈衝式都卜勒(PW)
2 連續式都卜勒(CW)
3 彩色都卜勒血流顯像(CDFI)
超聲診斷儀
（一）A型超聲診斷儀
A超是一種幅度調製型，是國內早期最普及最基本的一類超聲診斷儀，目前已基本淘汰。
（二）M型超聲診斷儀
M超是採用輝度調製，以亮度反映回聲強弱，M型顯示體內各層組織對於體表(探頭)的距離隨時間變化的曲線，是反映一維的空間結構，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動圖，目前一般作為二維彩色都卜勒超聲心動圖儀的一種顯示模式設定於儀器上。
(三)B型超聲診斷儀
B型顯示是利用A型和M型顯示技術發展起來的，它將A型的幅度調製顯示改為輝度調製顯示，亮度隨著回聲信號大小而變化，反映人體組織二維切面斷層圖像。
B型顯示的實時切面圖像，真實性強，直觀性好，容易掌握。它只有20多年歷史，但發展十分迅速，儀器不斷更新換代，近年每年都有改進的新型B型儀出現，B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設備。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、複合掃查；掃查的驅動方式：手動掃查、機械掃查、電子掃查、複合掃查。
(四)D型超聲診斷儀
超聲都卜勒診斷儀簡稱D型超聲診斷儀，這類儀器是利用都卜勒效應原理，對運動的臟器和血流進行探測。在心血管疾病診斷中必不可少，目前用於心血管診斷的超聲儀均配有都卜勒，分脈衝式都卜勒和連續式都卜勒。近年來許多新課題離不開都卜勒原理，如外周血管、人體內部器官的血管以及新生腫瘤內部的血供探查等等，所以現在彩超基本上均配備都卜勒顯示模式。
(五)彩色都卜勒血流顯像儀
彩色都卜勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質量的彩色顯示要求有滿意的黑白結構顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎上，打開“彩色血流顯像”開關，彩色血流的信號將自動疊加於黑白的二維結構顯示上，可根據需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國際市場上彩超的種類及型號繁多，檔次開發日新月異，更具高信息量、高解析度、高自動化、範圍廣、簡便實用等特點。
圖像特點
不同類型的超聲儀有不同的圖像特點，因B型超聲是最重要的診斷方法，故對其圖像特點做以下介紹：
切面聲像圖的回聲描述
1 回聲強弱的描述：根據圖像中不同灰階將回聲信號分為強回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強弱或高低的標準一般以該臟器正常回聲為標準或將病變部位回聲與周圍正常臟器回聲強度的比較來確定。如液體為無回聲，結石氣體或鈣化為強回聲等。正常人體軟組織的內部回聲由強到弱排列如下：腎竇>胎盤>胰腺>肝臟>脾臟>腎皮質>皮下脂肪>腎髓質>腦>靜脈血>膽液和尿液。
2 回聲分布的描述：按圖像中光點的分布情況分為均勻或不均勻，密集或稀疏。在病灶部的回聲分布可用“均質”或“非均勻”表述。
3 回聲形態的描述：光團：回聲光點聚集呈明亮的結團狀，有一定的邊界。光斑：回聲光點聚集呈明亮的小片狀，邊界清楚。光點：回聲呈細小點狀。光環：顯示圓形或類圓形的回聲環。光帶：顯示形狀似條帶樣回聲。
4 某些特殊徵象的描述：即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征，用以強調這些徵象，常用的有“靶環”征、“牛眼”征、“駝峰”征、“雙筒槍”征等。
5 彩色都卜勒血流顯象還可對臟器內或腫塊內、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細、形態以及血流速度等多項參數加以顯示。
超聲圖像的常見偽像
1 多次反射
超聲垂直照射到平整的界面而形成聲波在探頭與界面之間來回反射，出現等距離的多條回聲，強度漸次減弱，尤其與薄層氣體所構成的界面上，如肝左葉與胃內氣體之間、膀胱回聲前部分的細小回聲。
2 多次內部混響
超聲在靶內來回反射，形成彗星尾征，如子宮內節育環。
3 切片厚度偽像又稱部分容積效應。
因聲束寬度較寬(即超聲切面圖的切片厚度較厚)引起。如膽囊內假膽泥樣圖像。
4 旁瓣偽像
由聲束主瓣外的旁瓣反射造成，在結石和腸氣等強回聲兩側呈現“狗耳”樣或稱“披紗”樣圖像。
5 聲影
由於前方有強反射或聲衰減很大的物質存在，以致在其後方出現聲束不能到達的區域即縱條狀無回聲區稱為聲影區，利用聲影可識別結石、鈣化灶和骨骼等。
6 折射聲影
超聲從低聲速介質進入高聲速介質，在入射角超過臨界角時，產生全反射，以致其後方出現聲影，見於球形結構的兩側後方或器官的兩側邊緣，又稱邊緣聲影。
7 鏡面偽像
超聲束投射到表面平滑的人體強回聲大界面如橫膈面上時，猶如光投射到平面鏡上一樣，產生相似的實、虛兩圖像，如橫膈兩側出現對稱的兩個腫塊回聲。
檢查技術
裝置
1 實時線陣超聲診斷儀：適用於一般的腹部檢查，可有多種不同頻率探頭。主要缺點是探頭與人體接觸面較大，檢查時需要大的透聲窗才能使聲束有效地經過檢查目標。
2 實時扇型超聲診斷儀：心臟探查最常用，探頭小，便於肋間掃查，缺點是近場視野小。
3 實時凸陣超聲診斷儀：凸陣探頭具有比扇型探頭近場視野大，又比線陣探頭遠場視野廣的優點。
4 彩色和頻譜都卜勒超聲診斷儀：用於探查心血管、各種器官及病變相關血管，外周血管的血流速度、血流量等血流動力學改變。
探測前準備
一般不必作探測前準備，在探測易受消化道氣體干擾的深部器官時，需空腹檢查或作更嚴格的腸道準備。膽囊檢查需前晚進清淡飲食，當天禁早餐；婦產科和膀胱前列腺檢查要求充盈膀胱；經直腸檢查前需排便或灌腸；某些特殊檢查另有特別的檢查前準備要求，將在具體章節中介紹。
探測方法和體位
(一)探測方法
1 直接探測法：探頭與受檢者皮膚或黏膜等直接接觸，是常規採用的探測方法。
2 間接探測法：探頭與人體之間灌入液體或插入水囊、Proxon耦合(延遲)塊等使超聲從發射到進入人體有一個時間上的延遲。目的有三：①使被檢部位落入聚集區，增加分辨力；②使表面不平整的部位得到耦合；③使嬌嫩的被檢組織(如角膜)不受擦傷。
(二)體位
診斷與臨床套用
B型超聲檢測技術的臨床套用
超聲診斷基礎著眼於詳盡的觀察與分析。捕捉各種特徵，綜合分析病因，研究各種生理情況下的改變，以及結合其他形式進行診斷。
(一)超聲圖像觀察
1 臟器外形及大小、柔度或可動度 各種臟器均有其自然的解剖形態及大小尺寸。觀察臟器的輪廓有無形態失常，腫塊的形狀、位置、大小、數目、範圍等，腹腔臟器的活動度等。
2 病灶邊緣回聲 發現病灶後，觀察病灶的邊緣回聲，有無包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周邊是否有暈圈等。
4 內部結構特徵 可分為結構如常，正常結構消失，界面的增多或減少、界面散射點的大小與均勻度的不同以及其他各種不同類型的異常回聲等。
5 周鄰關係 根據局部解剖關係判斷病變與周鄰臟器的連續性，有無壓迫、粘連或浸潤。
6 功能性檢測 如套用脂餐試驗觀察膽囊的收縮功能。空腹飲水後，測定胃的排空功能及收縮蠕動狀態等。
(二)常見的病理性圖像特點
1囊性與實質性病變
超聲對液體與實質組織有著顯著的圖像差別，因而很好鑑別。
2 均質性與非均質性病變
均質性病變呈均勻一致的低回聲、等回聲或強回聲，非均質性病變則呈複雜的回聲結構。
3 鈣化性與含氣性病變
鈣化性病變圖像穩定，聲影清晰，含氣性病變圖像不穩定，聲影混渾。
4 炎性與纖維化病變
急性炎症早期以水腫為主，局部回聲減低，臟器腫脹，經線值增大；慢性炎症纖維組織增加，回聲增粗增多。
纖維化病變多呈強回聲，按其病變程度不同而表現不同。如血吸蟲肝纖維化呈典型的“地圖”樣改變。
5 良性與惡性病變
一般而言，良性病變質地均勻、界面單一故回聲均勻、規則。惡性病變因生長快，伴出血，變性，瘤內組織界面複雜不均勻，表現為不規則的回聲結構。
如(1)腫瘤邊緣：①有：良性或惡性未向外伸展；②假邊緣：光暈圈，水牛眼；③規則：良性、惡性均可；④分界截然：良性為多；⑤不規則，偽足伸展：惡性為多。
(2)內部回聲：①均勻：良性較大；②不均：惡性較大。
(3)內部其他結構：①正常：多為良性；②異常：多為惡性。
(4)後方回聲：①正常或增強：多為良性；②正常或減弱：多為惡性。
(5)侵入或轉移：阻塞或侵入管道、鄰近組織及/或臟器擴散或轉移者考慮為惡性。
超聲都卜勒檢測技術的臨床套用
超聲都卜勒是近年來迅速發展的一種檢測技術，隨著電子學的進步，此法在臨床上得到日益廣泛的套用，對心臟疾病、周圍血管疾患實質器官的血流灌注、小器官血流供應、占位性病變血供情況及胎兒血液循環的檢查上具有重大的價值。
(一)鑑別液性暗區的性質
在切面超聲顯像圖上常見有各種形式的液性暗區，可分別代表膿腔、積液、膽汁、尿液、羊水或血液等，一般情況下根據解剖部位、周圍輪廓、徑線長短及連續關係等，其性質易於區分，但有時因斷面複雜，暗區較多，在鑑別時很困難。進行都卜勒檢查時因動脈、靜脈及靜止的液腔有明顯的不同，對鑑別性質有很大幫助。如肝內膽管高度擴張時，某一斷面很難區分門靜脈與擴張的膽管，彩色血流顯像加上去，門靜脈有彩色血流顯示並有典型門靜脈頻譜，而膽管無血流顯示。再如診斷下肢深靜脈血栓時，首先要用彩色都卜勒鑑別並行的兩條血管哪一條為動脈，哪一條為靜脈，然後再行進一步追蹤檢查。
(二)鑑別器官及病變組織的血供
彩色都卜勒血流顯像及能量圖可以清晰顯示臟器的正常血供，當有病變或新生占位性病灶出現時，通過血流顯示可以做出具有重要意義的鑑別診斷。甲亢病人甲狀腺血供異常豐富，呈典型特徵的“火海”征；肝臟腫瘤如原發性肝癌則可探及腫瘤內部及周邊血供豐富，並見動脈頻譜；如血管瘤則血流很少，無動脈頻譜。
(三)探測血流速度
人體任何一條血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常範圍，如二尖瓣口舒張期峰值速度60cm/s～130cm/s，門靜脈右支主幹的峰值速度在18cm/s左右。血流速度參數有峰值速度、加速度、減速度、平均速度、速度積分等，通過以上參數可對血流動力學異常做出判斷。
(四)估計壓力差
利用數學公式-簡化的伯努利方程：P1-P2=4V2(P1、P2分別代表所測瓣口前後的壓力，V為通過瓣口時的血流速度)，可以測出瓣口前後的壓力差，間接反映血流是否通暢，有無狹窄，並可通過測三尖瓣返流速度推算肺動脈壓力。
(五)測量血流量
血流通過某一管腔時，其血流量(Q)與血流速度(V)快慢、管腔面積(A)大小及血流時間(T)長短有密切關係，Q=V·A·T。根據以上公式，大部分彩色都卜勒血流顯像儀在描記血流頻譜輪廓並標誌管腔兩側壁的位置後，均能自動計算血流量，對臨床幫助很大。
超聲成像原理
陣列聲場延時疊加成像是超聲成像中最傳統，最簡單的，也是目前實際當中套用最為廣泛的成像方式。在這種方式中，通過對陣列的各個單元引入不同的延時，而後合成為一聚焦波束，以實現對聲場各點的成像。
