1、發(fā)展歷程
20世紀(jì)50年代建立,70年代廣泛發(fā)展應(yīng)用的超聲診斷技術(shù),總的發(fā)展趨勢(shì)是從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)圖像(快速成像)發(fā)展,從黑白向彩色圖像過渡,從二維圖像向三維圖像邁進(jìn),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(hào),達(dá)到定量化、特異性診斷的目的。
近三十年來,醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)發(fā)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(shù)中探頭的應(yīng)用擴(kuò)大了診斷范圍,也提高了診斷水平,90年代的血管內(nèi)超聲、三維成像、新型聲學(xué)造影劑的應(yīng)用使超聲診斷又上了一個(gè)新臺(tái)階。其發(fā)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,并成為一種非常重要的多種參數(shù)的系列診斷技術(shù)。
2、基本原理
聲波
能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動(dòng)稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ,人的感覺器官感覺不到的聲波,叫做超聲波。
聲波的基本物理性質(zhì)如下:
(一)聲波的頻率、周期和速度
聲源振動(dòng)產(chǎn)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(chǎn)生的波。用于人體診斷的超聲波是聲源振動(dòng)在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的縱波。聲波在介質(zhì)中傳播,介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)在平衡位置來回振動(dòng)一次,就完成一次全振動(dòng),一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間稱振動(dòng)周期(T)。在單位時(shí)間內(nèi)全振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率(f),頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T,聲波在介質(zhì)中以一定速度傳播,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)一周,波動(dòng)就前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)(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(zhì)密度有關(guān)。在密度較大介質(zhì)中的聲速比密度較小介質(zhì)中的聲速要快。在彈性較大的介質(zhì)中聲速比彈性較小的介質(zhì)中要快。這就引出了聲阻抗的定義,聲阻抗為介質(zhì)密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示,Z=ρ·C。
超聲波
超聲波就是頻率大于20KHZ,人耳感覺不到的聲波,它也是縱波,可以在固體、液體和氣體中傳播,并且具有與聲波相同的物理性質(zhì)。但是由于超聲波頻率高,波長(zhǎng)短,還具有一些自身的特性。
束射性
超聲波具有束射性。這一點(diǎn)與一般聲波不同,而與光的性質(zhì)相似,即可集中向一個(gè)方向傳播,有較強(qiáng)的方向性,由換能器發(fā)出的超聲波呈窄束的圓柱形分布,故稱超聲束。
反射和折射
當(dāng)一束超聲波入射到比自身波長(zhǎng)大很多倍的兩種介質(zhì)的交界面上時(shí),就會(huì)發(fā)生反射和折射。反射遵循反射定律,折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角,因此超聲波探查疾病時(shí)要求聲束盡量與組織界面垂直。超聲波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關(guān),兩介質(zhì)聲阻抗差越大,入射超聲束反射越強(qiáng)。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(xù)進(jìn)行,亦可能偏離入射聲束的方向而傳播,后一種現(xiàn)象稱超聲折射,是由于兩種介質(zhì)內(nèi)聲速的不同所致。
散射與衍射
超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中,如果所遇到的物體界面直徑大于超聲波的波長(zhǎng)則發(fā)生反射,如果直徑小于波長(zhǎng),超聲波的傳播方向?qū)l(fā)生偏離,在繞過物體以后又以原來的方向傳播,此時(shí)反射回波很少,這種現(xiàn)象叫衍射。因此波長(zhǎng)越短超聲波的分辨力越好。如果物體直徑大大小于超聲波長(zhǎng)的微粒,在通過這種微粒時(shí)大部分超聲波繼續(xù)向前傳播,小部分超聲波能量被微粒向四面八方輻射,這種現(xiàn)象稱為散射。
超聲波的衰減
超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),入射超聲能量會(huì)隨著傳播距離的增加而逐漸減小,這種現(xiàn)象稱作超聲波的衰減。
衰減有以下兩個(gè)原因:(1)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),聲能轉(zhuǎn)變成熱能,這叫吸收;(2)介質(zhì)對(duì)超聲波的反射、散射使得入射超聲波的能量向其他方向轉(zhuǎn)移,而返回的超聲波能量越來越小。
3、基本設(shè)備
多普勒超聲
基本原理:多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家克里斯汀·約翰·多普勒于1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),光波頻率升高或降低的現(xiàn)象。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差別稱為多普勒頻移或多普勒效應(yīng)。
聲波同樣具有多普勒效應(yīng)的特點(diǎn),多普勒超聲最適合對(duì)運(yùn)動(dòng)流體做檢測(cè),所以多普勒超聲對(duì)心臟及大血管血流的檢測(cè)尤為重要。
多普勒超聲心動(dòng)圖的基本方式
1 脈沖式多普勒(PW)
2 連續(xù)式多普勒(CW)
3 彩色多普勒血流顯像(CDFI)
超聲診斷儀
(一)A型超聲診斷儀
A超是一種幅度調(diào)制型,是國(guó)內(nèi)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超是采用輝度調(diào)制,以亮度反映回聲強(qiáng)弱,M型顯示體內(nèi)各層組織對(duì)于體表(探頭)的距離隨時(shí)間變化的曲線,是反映一維的空間結(jié)構(gòu),因M型超聲多用來探測(cè)心臟,故常稱為M型超聲心動(dòng)圖,目前一般作為二維彩色多普勒超聲心動(dòng)圖儀的一種顯示模式設(shè)置于儀器上。
(三)B型超聲診斷儀
B型顯示是利用A型和M型顯示技術(shù)發(fā)展起來的,它將A型的幅度調(diào)制顯示改為輝度調(diào)制顯示,亮度隨著回聲信號(hào)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(shí)時(shí)切面圖像,真實(shí)性強(qiáng),直觀性好,容易掌握。它只有20多年歷史,但發(fā)展十分迅速,儀器不斷更新?lián)Q代,近年每年都有改進(jìn)的新型B型儀出現(xiàn),B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設(shè)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、復(fù)合掃查;掃查的驅(qū)動(dòng)方式:手動(dòng)掃查、機(jī)械掃查、電子掃查、復(fù)合掃查。
(四)D型超聲診斷儀
超聲多普勒診斷儀簡(jiǎn)稱D型超聲診斷儀,這類儀器是利用多普勒效應(yīng)原理,對(duì)運(yùn)動(dòng)的臟器和血流進(jìn)行探測(cè)。在心血管疾病診斷中必不可少,目前用于心血管診斷的超聲儀均配有多普勒,分脈沖式多普勒和連續(xù)式多普勒。近年來許多新課題離不開多普勒原理,如外周血管、人體內(nèi)部器官的血管以及新生腫瘤內(nèi)部的血供探查等等,所以現(xiàn)在彩超基本上均配備多普勒顯示模式。
(五)彩色多普勒血流顯像儀
彩色多普勒血流顯像簡(jiǎn)稱彩超,包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質(zhì)量的彩色顯示要求有滿意的黑白結(jié)構(gòu)顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎(chǔ)上,打開“彩色血流顯像”開關(guān),彩色血流的信號(hào)將自動(dòng)疊加于黑白的二維結(jié)構(gòu)顯示上,可根據(jù)需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國(guó)際市場(chǎng)上彩超的種類及型號(hào)繁多,檔次開發(fā)日新月異,更具高信息量、高分辨率、高自動(dòng)化、范圍廣、簡(jiǎn)便實(shí)用等特點(diǎn)。
4、圖像特點(diǎn)
不同類型的超聲儀有不同的圖像特點(diǎn),因B型超聲是最重要的診斷方法,故對(duì)其圖像特點(diǎn)做以下介紹:
切面聲像圖的回聲描述
1 回聲強(qiáng)弱的描述:根據(jù)圖像中不同灰階將回聲信號(hào)分為強(qiáng)回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強(qiáng)弱或高低的標(biāo)準(zhǔn)一般以該臟器正常回聲為標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⒉∽儾课换芈暸c周圍正常臟器回聲強(qiáng)度的比較來確定。如液體為無回聲,結(jié)石氣體或鈣化為強(qiáng)回聲等。正常人體軟組織的內(nèi)部回聲由強(qiáng)到弱排列如下:腎竇>胎盤>胰腺>肝臟>脾臟>腎皮質(zhì)>皮下脂肪>腎髓質(zhì)>腦>靜脈血>膽液和尿液。
2 回聲分布的描述:按圖像中光點(diǎn)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(zhì)”或“非均勻”表述。
3 回聲形態(tài)的描述:光團(tuán):回聲光點(diǎn)聚集呈明亮的結(jié)團(tuán)狀,有一定的邊界。光斑:回聲光點(diǎn)聚集呈明亮的小片狀,邊界清楚。光點(diǎn):回聲呈細(xì)小點(diǎn)狀。光環(huán):顯示圓形或類圓形的回聲環(huán)。光帶:顯示形狀似條帶樣回聲。
4 某些特殊征象的描述:即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征,用以強(qiáng)調(diào)這些征象,常用的有“靶環(huán)”征、“牛眼”征、“駝峰”征、“雙筒槍”征等。
5 彩色多普勒血流顯象還可對(duì)臟器內(nèi)或腫塊內(nèi)、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細(xì)、形態(tài)以及血流速度等多項(xiàng)參數(shù)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(xiàn)等距離的多條回聲,強(qiáng)度漸次減弱,尤其與薄層氣體所構(gòu)成的界面上,如肝左葉與胃內(nèi)氣體之間、膀胱回聲前部分的細(xì)小回聲。
2 多次內(nèi)部混響
超聲在靶內(nèi)來回反射,形成彗星尾征,如子宮內(nèi)節(jié)育環(huán)。
3 切片厚度偽像又稱部分容積效應(yīng)。
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(nèi)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(jié)石和腸氣等強(qiáng)回聲兩側(cè)呈現(xiàn)“狗耳”樣或稱“披紗”樣圖像。
5 聲影
由于前方有強(qiáng)反射或聲衰減很大的物質(zhì)存在,以致在其后方出現(xiàn)聲束不能到達(dá)的區(qū)域即縱條狀無回聲區(qū)稱為聲影區(qū),利用聲影可識(shí)別結(jié)石、鈣化灶和骨骼等。
6 折射聲影
超聲從低聲速介質(zhì)進(jìn)入高聲速介質(zhì),在入射角超過臨界角時(shí),產(chǎn)生全反射,以致其后方出現(xiàn)聲影,見于球形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)后方或器官的兩側(cè)邊緣,又稱邊緣聲影。
7 鏡面?zhèn)蜗?/p>
超聲束投射到表面平滑的人體強(qiáng)回聲大界面如橫膈面上時(shí),猶如光投射到平面鏡上一樣,產(chǎn)生相似的實(shí)、虛兩圖像,如橫膈兩側(cè)出現(xiàn)對(duì)稱的兩個(gè)腫塊回聲。
5、檢查技術(shù)
裝置
1 實(shí)時(shí)線陣超聲診斷儀:適用于一般的腹部檢查,可有多種不同頻率探頭。主要缺點(diǎn)是探頭與人體接觸面較大,檢查時(shí)需要大的透聲窗才能使聲束有效地經(jīng)過檢查目標(biāo)。
2 實(shí)時(shí)扇型超聲診斷儀:心臟探查最常用,探頭小,便于肋間掃查,缺點(diǎn)是近場(chǎng)視野小。
3 實(shí)時(shí)凸陣超聲診斷儀:凸陣探頭具有比扇型探頭近場(chǎng)視野大,又比線陣探頭遠(yuǎn)場(chǎng)視野廣的優(yōu)點(diǎn)。
4 彩色和頻譜多普勒超聲診斷儀:用于探查心血管、各種器官及病變相關(guān)血管,外周血管的血流速度、血流量等血流動(dòng)力學(xué)改變。
探測(cè)前準(zhǔn)備
一般不必作探測(cè)前準(zhǔn)備,在探測(cè)易受消化道氣體干擾的深部器官時(shí),需空腹檢查或作更嚴(yán)格的腸道準(zhǔn)備。膽囊檢查需前晚進(jìn)清淡飲食,當(dāng)天禁早餐;婦產(chǎn)科和膀胱前列腺檢查要求充盈膀胱;經(jīng)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(zhǔn)備要求,將在具體章節(jié)中介紹。
探測(cè)方法和體位
(一)探測(cè)方法
1 直接探測(cè)法:探頭與受檢者皮膚或粘膜等直接接觸,是常規(guī)采用的探測(cè)方法。
2 間接探測(cè)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(fā)射到進(jìn)入人體有一個(gè)時(shí)間上的延遲。目的有三:①使被檢部位落入聚集區(qū),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
超聲探測(cè)的體位因探測(cè)部位需要不同,可采用各種體位,如仰臥位、左右側(cè)臥位、俯臥位、坐位、立位、截石位、膝胸位等等,無一定限制。將在各論中分別介紹。
6、診斷與臨床應(yīng)用
B型超聲檢測(cè)技術(shù)的臨床應(yīng)用
超聲診斷基礎(chǔ)著眼于詳盡的觀察與分析。捕捉各種特征,綜合分析病因,研究各種生理情況下的改變,以及結(jié)合其他形式進(jìn)行診斷。
(一)超聲圖像觀察
1 臟器外形及大小、柔度或可動(dòng)度 各種臟器均有其自然的解剖形態(tài)及大小尺寸。觀察臟器的輪廓有無形態(tài)失常,腫塊的形狀、位置、大小、數(shù)目、范圍等,腹腔臟器的活動(dòng)度等。
2 病灶邊緣回聲 發(fā)現(xiàn)病灶后,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。
3 后壁及后方回聲 由于人體各種正常組織和病變組織對(duì)聲能吸收衰減不同,故表現(xiàn)后方不同的回聲。如含液性的囊腫或膿腫,則出現(xiàn)后壁回聲“增強(qiáng)”;而鈣化、結(jié)石、氣體等,則其后方形成“聲影”。某些酷似液性病灶的均勻?qū)嵸|(zhì)性病灶,后方則無回聲增強(qiáng)效應(yīng)。
4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征 可分為結(jié)構(gòu)如常,正常結(jié)構(gòu)消失,界面的增多或減少、界面散射點(diǎn)的大小與均勻度的不同以及其他各種不同類型的異?;芈暤?。
5 周鄰關(guān)系 根據(jù)局部解剖關(guān)系判斷病變與周鄰臟器的連續(xù)性,有無壓迫、粘連或浸潤(rùn)。
6 功能性檢測(cè) 如應(yīng)用脂餐試驗(yàn)觀察膽囊的收縮功能??崭癸嬎?,測(cè)定胃的排空功能及收縮蠕動(dòng)狀態(tài)等。
(二)常見的病理性圖像特點(diǎn)
1囊性與實(shí)質(zhì)性病變
超聲對(duì)液體與實(shí)質(zhì)組織有著顯著的圖像差別,因而很好鑒別。
2 均質(zhì)性與非均質(zhì)性病變
均質(zhì)性病變呈均勻一致的低回聲、等回聲或強(qiáng)回聲,非均質(zhì)性病變則呈復(fù)雜的回聲結(jié)構(gòu)。
3 鈣化性與含氣性病變
鈣化性病變圖像穩(wěn)定,聲影清晰,含氣性病變圖像不穩(wěn)定,聲影混渾。
4 炎性與纖維化病變
急性炎癥早期以水腫為主,局部回聲減低,臟器腫脹,經(jīng)線值增大;慢性炎癥纖維組織增加,回聲增粗增多。
纖維化病變多呈強(qiáng)回聲,按其病變程度不同而表現(xiàn)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(zhì)地均勻、界面單一故回聲均勻、規(guī)則。惡性病變因生長(zhǎng)快,伴出血,變性,瘤內(nèi)組織界面復(fù)雜不均勻,表現(xiàn)為不規(guī)則的回聲結(jié)構(gòu)。
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(guī)則:良性、惡性均可;④分界截然:良性為多;⑤不規(guī)則,偽足伸展:惡性為多。
(2)內(nèi)部回聲:①均勻:良性較大;②不均:惡性較大。
(3)內(nèi)部其他結(jié)構(gòu):①正常:多為良性;②異常:多為惡性。
(4)后方回聲:①正?;蛟鰪?qiáng):多為良性;②正?;驕p弱:多為惡性。
(5)侵入或轉(zhuǎn)移:阻塞或侵入管道、鄰近組織及/或臟器擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移者考慮為惡性。
超聲多普勒檢測(cè)技術(shù)的臨床應(yīng)用
超聲多普勒是近年來迅速發(fā)展的一種檢測(cè)技術(shù),隨著電子學(xué)的進(jìn)步,此法在臨床上得到日益廣泛的應(yīng)用,對(duì)心臟疾病、周圍血管疾患實(shí)質(zhì)器官的血流灌注、小器官血流供應(yīng)、占位性病變血供情況及胎兒血液循環(huán)的檢查上具有重大的價(jià)值。
(一)鑒別液性暗區(qū)的性質(zhì)
在切面超聲顯像圖上常見有各種形式的液性暗區(qū),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(jù)解剖部位、周圍輪廓、徑線長(zhǎng)短及連續(xù)關(guān)系等,其性質(zhì)易于區(qū)分,但有時(shí)因斷面復(fù)雜,暗區(qū)較多,在鑒別時(shí)很困難。進(jìn)行多普勒檢查時(shí)因動(dòng)脈、靜脈及靜止的液腔有明顯的不同,對(duì)鑒別性質(zhì)有很大幫助。如肝內(nèi)膽管高度擴(kuò)張時(shí),某一斷面很難區(qū)分門靜脈與擴(kuò)張的膽管,彩色血流顯像加上去,門靜脈有彩色血流顯示并有典型門靜脈頻譜,而膽管無血流顯示。再如診斷下肢深靜脈血栓時(shí),首先要用彩色多普勒鑒別并行的兩條血管哪一條為動(dòng)脈,哪一條為靜脈,然后再行進(jìn)一步追蹤檢查。
(二)鑒別器官及病變組織的血供
彩色多普勒血流顯像及能量圖可以清晰顯示臟器的正常血供,當(dāng)有病變或新生占位性病灶出現(xiàn)時(shí),通過血流顯示可以做出具有重要意義的鑒別診斷。甲亢病人甲狀腺血供異常豐富,呈典型特征的“火海”征;肝臟腫瘤如原發(fā)性肝癌則可探及腫瘤內(nèi)部及周邊血供豐富,并見動(dòng)脈頻譜;如血管瘤則血流很少,無動(dòng)脈頻譜。
(三)探測(cè)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范圍,如二尖瓣口舒張期峰值速度60cm/s~130cm/s,門靜脈右支主干的峰值速度在18cm/s左右。血流速度參數(shù)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(shù)可對(duì)血流動(dòng)力學(xué)異常做出判斷。
(四)估計(jì)壓力差
利用數(shù)學(xué)公式-簡(jiǎn)化的伯努利方程:P1-P2=4V2(P1、P2分別代表所測(cè)瓣口前后的壓力,V為通過瓣口時(shí)的血流速度),可以測(cè)出瓣口前后的壓力差,間接反映血流是否通暢,有無狹窄,并可通過測(cè)三尖瓣返流速度推算肺動(dòng)脈壓力。
(五)測(cè)量血流量
血流通過某一管腔時(shí),其血流量(Q)與血流速度(V)快慢、管腔面積(A)大小及血流時(shí)間(T)長(zhǎng)短有密切關(guān)系,Q=V·A·T。根據(jù)以上公式,大部分彩色多普勒血流顯像儀在描記血流頻譜輪廓并標(biāo)志管腔兩側(cè)壁的位置后,均能自動(dòng)計(jì)算血流量,對(duì)臨床幫助很大。
7、超聲成像原理
陣列聲場(chǎng)延時(shí)疊加成像是超聲成像中最傳統(tǒng),最簡(jiǎn)單的,也是目前實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的成像方式。在這種方式中,通過對(duì)陣列的各個(gè)單元引入不同的延時(shí),而后合成為一聚焦波束,以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)各點(diǎn)的成像。
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