灰阶超声成像原理

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1、 一、灰阶及回声的概念一、灰阶及回声的概念 二、灰阶成像的三大基本要素二、灰阶成像的三大基本要素 三、灰阶成像的三大步三、灰阶成像的三大步骤骤 四、灰阶超声中常用术语及其调节四、灰阶超声中常用术语及其调节一、灰阶及回声的概念一、灰阶及回声的概念灰阶灰阶（gray-scale）：灰色色调的数量，表示在图上黑色到白色的之间的灰度（亮度）。 目前超声常使用256级灰阶。 回声回声（echo）：对灰阶的统称。）：对灰阶的统称。 根据灰阶的不同，回声可大致分为五种类型：根据灰阶的不同，回声可大致分为五种类型：1、强回声：强回声：灰度明亮，后方常伴声影，如结石或钙化灶。灰度明亮，后方常伴声影，如结石或钙化

2、灶。2、高回声：高回声：灰度较明亮，后方不伴声影，如肾窦或血管瘤。灰度较明亮，后方不伴声影，如肾窦或血管瘤。3、等回声等回声：灰阶强度呈中等水平，如正常的肝脾实质回声。灰阶强度呈中等水平，如正常的肝脾实质回声。4、低回声：低回声：透声较好的暗区，如正常的淋巴结。透声较好的暗区，如正常的淋巴结。5、无回声：无回声：均匀的液体，如正常充盈的膀胱或胆囊。均匀的液体，如正常充盈的膀胱或胆囊。强回声：胆囊结石强回声：胆囊结石高回声：肝内血管瘤高回声：肝内血管瘤等回声：正常脾实质等回声：正常脾实质低回声：颈部淋巴结低回声：颈部淋巴结无回声：充盈好的膀胱无回声：充盈好的膀胱二、灰阶成像的三大基本要素二、灰阶

3、成像的三大基本要素A：水槽中的乒乓球照片：水槽中的乒乓球照片B：灰阶超声切面图像：灰阶超声切面图像A A图成像原理：图成像原理：乒乓球乒乓球视网膜视网膜大脑皮层大脑皮层完整图像完整图像B B图成像原理：图成像原理：探头发射超声波探头发射超声波乒乓球（介质）乒乓球（介质）接接收回波信号显像收回波信号显像切面灰阶图像切面灰阶图像灰阶成像三要素：灰阶成像三要素：1、超声波、超声波振源（振源（Ultrasound）2、乒乓球壁、乒乓球壁介质介质(Medium)3、接收回波的探头、接收回波的探头感受器感受器(Receiver)振源振源介质介质感受器感受器1、声源、声源超声波超声波电磁波：电磁波：无线电波

4、、无线电波、X线、可见光等。线、可见光等。 波波次声波：次声波：20KHZ超声波超声波: :声源高速振动，声源高速振动， 其频率其频率20000次次 (Hz) 以上，以上，超过人类的听觉阈值，不能被人耳感受的的机械振动。超过人类的听觉阈值，不能被人耳感受的的机械振动。 有关超声波的物理量：有关超声波的物理量：在传播过程中一个完整周期内所通过的距离。 波长波长单位时间内声波在介质中传播的距离称声速。单位时间内声波在介质中传播的距离称声速。其传播速度在气体中较小其传播速度在气体中较小, 360 m/s左右；左右；在液体和人体软组织中较大，在液体和人体软组织中较大，1500 m/s 左右；左右；在固

5、体中最大，约为在固体中最大，约为4500 m/s 左右。左右。 超声仪器在设计时对于不同的软组织，超声仪器在设计时对于不同的软组织，假定了一个相对平均的速度，即假定了一个相对平均的速度，即1540M/S.单位时间内单位振动的次数，单位时间内单位振动的次数，亦超声波通过介质中某点的疏密波的次数。亦超声波通过介质中某点的疏密波的次数。目前医用超声波的频率：目前医用超声波的频率：200KHZ100MHZ目前临床超声仪常用频率：目前临床超声仪常用频率：2MHZ15MHZ。 频率范围（频率范围（单位：单位：MHZ） 应用情况应用情况 25 腹部、心脏等检查腹部、心脏等检查 510 浅表器官、外周血管等检

6、查浅表器官、外周血管等检查 1030 皮肤、血管内、内窥镜等检查皮肤、血管内、内窥镜等检查 40100 声学显微镜声学显微镜 有关超声波的物理性能：有关超声波的物理性能： 探头可接收的回波信号的强度与入射波探头可接收的回波信号的强度与入射波 和反射界面之间的夹角有关，垂直入射（入和反射界面之间的夹角有关，垂直入射（入射角为射角为0 0），反射越多，探头接收到的回波信），反射越多，探头接收到的回波信号最强；入射角越大，反射越少，能返回的号最强；入射角越大，反射越少，能返回的信号越弱。信号越弱。绕射：绕射：如界面不大，如界面不大，可与超声波波长相可与超声波波长相比，则声波将绕过比，则声波将绕过该界

7、面继续向前传播该界面继续向前传播。散射：散射：如物体的直径如物体的直径小于超声波的波长时，小于超声波的波长时，则声波向物体的四面则声波向物体的四面八方辐射。八方辐射。在人体结构中，散射主要发生在组织或在人体结构中，散射主要发生在组织或 器官内部大小与超声波长接近或更小的器官内部大小与超声波长接近或更小的 微小结构上，如肝脏中的肝小叶，肾中微小结构上，如肝脏中的肝小叶，肾中 的肾小体，心脏中的心肌纤维、的肾小体，心脏中的心肌纤维、血液中血液中 的红细胞。的红细胞。超声在工作中，是反射、透射、散射、超声在工作中，是反射、透射、散射、 绕射的综合运用。绕射的综合运用。 当声波穿过介质时，由于当声波穿

8、过介质时，由于“内摩擦内摩擦 ” ”或所或所谓谓“粘滞性粘滞性”，使声能被吸收、，使声能被吸收、 散射而逐渐散射而逐渐减弱，声波的振幅随之减低，此即衰减。减弱，声波的振幅随之减低，此即衰减。 吸收与衰减的多少和超声的频率、介质的吸收与衰减的多少和超声的频率、介质的粘滞性、导热性、温度及传播的距离等因素有粘滞性、导热性、温度及传播的距离等因素有密切关系。密切关系。 骨骨 (或钙化区或钙化区) 软骨软骨 肌腱肌腱 肝、肾组织肝、肾组织 脂肪脂肪 血液血液 尿液与尿液与胆汁。胆汁。 一般而言，频率增加一般而言，频率增加1MHZ1MHZ,同时深同时深度增加度增加1cm1cm,超声波的能量会衰减超声波的

9、能量会衰减1dB1dB.声能随着透入距离增加而减弱声能随着透入距离增加而减弱2、介质、介质传播声波的媒介物质传播声波的媒介物质 设：设：Z为声阻，为声阻，为密度，为密度，c为声速为声速则：声阻则：声阻 (Z)密度密度 () X 声速声速 (c)反射系数之大小决定在界面处两介质声阻之差。反射系数之大小决定在界面处两介质声阻之差。 设设 Z1Z1为第一介质之声阻，为第一介质之声阻，Z2Z2为第二介质之声阻为第二介质之声阻 公式表之：公式表之： Z1 - Z2Z1 - Z2 声强反射系数声强反射系数 R1 = (-)2R1 = (-)2 Z1 + Z2Z1 + Z2 液体内的界面无明显声阻抗差异，如

10、假设有一液体内的界面无明显声阻抗差异，如假设有一界面，因其前后声阻值相似，其反射系数为界面，因其前后声阻值相似，其反射系数为0或接或接近于近于0，超声通过相应区域时无何反射。此乃液体，超声通过相应区域时无何反射。此乃液体的特点，故称无回声区或液性暗区。的特点，故称无回声区或液性暗区。 超声经过结构比较均匀的实质组织如肝超声经过结构比较均匀的实质组织如肝脏、脾脏、甲状腺、睾丸等器官和组织时，脏、脾脏、甲状腺、睾丸等器官和组织时，在相应区域即或有些界面，但声阻差较小，在相应区域即或有些界面，但声阻差较小，回声较少，此即少反射型或称低回声区。回声较少，此即少反射型或称低回声区。 超声经过结构杂乱的实

11、质组织如乳腺时，超声经过结构杂乱的实质组织如乳腺时，因结构复杂，界面甚多，其前后声阻差大，因结构复杂，界面甚多，其前后声阻差大，故反射较多且强，光点更为密集，回声强故反射较多且强，光点更为密集，回声强度亦大，此称多反射型或谓高回声区。度亦大，此称多反射型或谓高回声区。 在软组织与含气组织在软组织与含气组织(如肺、肠腔如肺、肠腔)交界处，交界处，界面前后声阻界面前后声阻相差相差3000多倍，反射系数达多倍，反射系数达 99.9，接近于全部反射，故不能透入第二，接近于全部反射，故不能透入第二介质，使界面后的组织结构则无法显示，故介质，使界面后的组织结构则无法显示，故称全反射型。称全反射型。3、感受