陈云
宣汉县人民医院 四川达州 631650
超声是物体的机械振动波,它的频率高于20000赫兹。而超声诊断则是以超声为基础,将超声检测技术应用于人体,通过超声诊断仪器检测生理或组织结构的数据和形态,从而侦测人体疾病一种诊断方法。超声诊断频率一般为1-40兆赫兹,常用频率为2.2-10兆赫兹。本文即就超声诊断的基础和原理进行相关介绍。
一、声源、声束、声场、分辨力
1.1声源
声源是指能产生超声的物体,一般组成成分为压电物质。其中,超声的放射是逆压电效应,即电能转变为机械能,而接收的过程则与放射相反。
1.2声束
声束是指自声源放射出的超声波,它的传播区域通常在小立体角中。实际操作中,可使用声束聚焦的方法将声束变细,从而使最终成像更加清晰。
1.3声场
声场可分为近场和远场两种。近场是指声束宽度均匀,但声强不均匀的声场,而远场是指声束扩散,声强均匀的声场。
1.4分辨力
分辨力可分为基本分辨力与图像分辨力两种。
前者是指在测量结果中,辨别同一声束线上两个细微之处间差异的能力,根据实际测量的方向关系可继续划分为轴向、侧向与横向分辨力。
后者是指组成最终成像的分辨力,可继续划分为细微分辨力与对比度分辨力,其中,细微分辨力针对的是图像上呈现散射点的大小,对比度分辨力则是指呈现不同回声信号间细小差异的能力。
二、人体组织的声学参数
1.1密度(ρ)
人体内不同组织的密度是声阻抗的重要构成之一,单位是g/cm3。需要注意的是,实际密度测定需要在活体组织血供正常时进行,否则会导致测量值缺乏真实意义。
1.2声速(c)
声速是指声波在介质中的传播速度,单位是m/s或mm/us。人体内不同组织中的声速存在差异,通常情况下,由于组成成分及含量的差别,不同组织的声速可按逐渐降低的次序呈以下排布:固体物含量高、纤维组织含量高、含水量高、体液、含气脏器中的气体。
1.3声特性阻抗(Z)
声特性阻抗是密度与声速的乘积,单位是g/( cm3·s)。该参数可简称为声阻抗,在仪器生成的图像中,不同回声的形态变化主要是受声阻抗差异的影响。
1.4界面
当两种声阻抗不同的物体相接触,就会形成一个界面。根据接触面的大小差异,界面可以分为小界面与大界面。当不同物质之间的声阻抗差≥1%,就会形成声学界面,由此导致反射的产生,阻抗差的变化和反射及回声的改变成正比关系。
三、人体组织对入射超声的作用
1.1散射
人体组织的小界面对会入射超声产生散射。
散射回声是源于各类脏器中的微型构造,可以直观反映出人体内部状况,具有极其关键的临床作用。在医学中,就可以通过血细胞散射来获取血流中的多普勒频移。
1.2反射
人体组织的大界面会对入射超声产生反射。这种反射完全符合斯奈尔定律。
1.3折射
人体内不同组织的声速均存在一定的差异,当声束通过组织大界面时,它的行进方向会有所改变,这种方向转变的现象就称为折射。
1.4全反射
假设B组织的声速高于A组织,声束与界面法线的夹角高于临界角时,发生折射的声束会全部进入A组织,这种现象就是全反射。
1.5绕射
绕射又名衍射,是指在遇到阻碍时,声波可以绕过其边缘继续传播的现象。
1.6衰减
声束在介质中传播时,由于界面的反射与折射,超声被组织所吸取等,这些现象就造成最终超声的衰减。
1.7会聚
声束在经越圆形高声速区后,可致声束的发散。
1.8多普勒效应
在超声诊断中,此效应指目标组织与超声波产生相对运动时,探头所测得的回波频率与超声波频率会产生差异。其固有规律是,当超声波靠近目标体时频率变大,远离目标体时频率随之变小。
四、不同种类超声诊断的基础和原理
当前,广泛用于医学诊断的超声波主要包括A型、B型、M型、D型等。
1.1超声示波法(A型)
诊断原理:在人体组织中,声束运动到存在声阻抗差异的界面时,会在形成回声,也就是产生了反射,每遇到一个界面就会形成对应的回声,这些回声会在示波器上以波的形式呈现。
诊断基础:当人体组织发生病变时,异常状态下的结构和物理性质均会产生变化,从而产生一些超声界面,掌握不同界面的回声规律就是诊断的基础。
1.2二维超声显像法 (B型)
诊断原理:应用回声原理。
诊断基础:深入分析测量所得的切面声像图。实际分析的内容包括:形状,边界、内部以及后方回声等。
1.3超声光点扫描法(M型)
诊断原理:应用回声原理。M型仪在不改变其垂直方向深度扫描线的同时,又在水平板上加以速度较低的扫描波,在水平方向上扫描回声,表示时间。
诊断基础:在固定探头位置的条件下,心脏的各组织与探头的间距会形成规律性变化。这时加以某固定方向的扫描,就可以得到心脏不同组织的回声曲线。
1.4超声频移诊断法(D型)——多普勒超声诊断法
诊断原理:多普勒效应,产生频移。
诊断基础:在人体中,超声波以某一速度向血流运动,而血流又以某一速度向超声波运动,在此运动过程中由探头实时接收反射信息,获得的回波频率和超声频率会产生一定偏移,经信号处理可检出多普勒频移。
五、结语
综上所述,超声诊断是应用回声原理,通过超声诊断仪向人体内发射超声,在存在声阻抗差异的界面会形成相应的回声,然后由仪器实时接收后以图像的形式呈现在屏幕上,从而供临床研究使用的诊断方式。超声诊断与X射线、CT、磁共振成像并称为四大医学影像技术,具有深刻的医学研究意义。