第四章 超声成像

超声是超过正常人耳能听到的声波，频率在20000赫兹（Hertz，Hz）以上。超声检查是利用超声的物理特性和人体器官组织声学性质上的差异，以波形、曲线或图像的形式显示和记录，借以进行疾病诊断的检查方法。40年代初就已探索利用超声检查人体，50年代已研究、使用超声使器官构成超声层面图像，70年代初又发展了实时超声技术，可观察心脏及胎儿活动。超声诊断由于设备不似CT或MRI设备那样昂贵，可获得器官的任意断面图像，还可观察运动器官的活动情况，成像快，诊断及时，无痛苦与危险，属于非损伤性检查，因之，在临床上应用已普及，是医学影像学中的重要组成部分。不足之处在于图像的对比分辨力和空间分辨力不如CT和MRI高。本教材只介绍灰阶超声成像（grey scale ultrasonic tomography）。

第一节　USG的成像基本原理与设备

一、超声的物理特性

超声是机械波，由物体机械振动产生。具有波长、频率和传播速度等物理量。用于医学上的超声频率为2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超声需在介质中传播，其速度因介质不同而异，在固体中最快，液体中次之，气体中最慢。在人体软组织中约为150m/s。介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。

超声在介质中以直线传播,有良好的指向性.这是可以用超声对人体器官进行探测的基础。当超声传经两种声阻抗不同相邻介质的界面时其声阻抗差大于0.1%,而界面又明显大于波长,即大界面时,则发生反射,一部分声能在界面后方的相邻介质中产生折射,超声继续传播,遇到另一个界面再产生反射,直至声能耗竭。反射回来的超声为回声。声阻抗差越大，则反射越强，如果界面比波长小，即小界面时，则发生散射。超声在介质中传播还发生衰减，即振幅与强度减小。衰减与介质的衰减系数成正比，与距离平方成反比，还与介质的吸收及散射有关。超声还有多普勒应（Doppler effect），活动的界面对声源作相对运动可改变反射回声的回率。这种效应使超声能探查心脏活动和胎儿活动以及血流状态。

二、超声的成像基本原理

人体结构对超声而言是一个复杂的介质，各种器官与组织，包括病理组织有它特定的声阻抗（表1-4-1）和衰减特性。因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。超声射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射与衰减。这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。将接收到的回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点依次显示在影屏上，则可显出人体的断面超声图像，称这为声像图（sonogram或echogram）。

表1-4-1　人体不同介质的声速与声阻抗

^*R(Rayls)=1kg/m².s

人体器官表面有被膜包绕,被膜同其下方组织的声阻抗差大,形成良好界面反射,声象图上出现完整而清晰的周边回声,从而显出器官的轮廓。根据周边回声能判断器官的形状与大小。

超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以是无回声、低回声或不同程度的强回声。

无回声：是超声经过的区域没有反射，成为无回声的暗区（黑影），可能由下述情况造成：①液性暗区：均质的液体，声阻抗无差别或差很小，不构成反射界面，形成液性暗区，如血液、胆汁、尿和羊水等。这样，血管、胆囊、膀胱和羊膜腔等即呈液性暗区。病理情、况下，如胸腔积液、心包积液、腹水、脓液、肾盂积水以及含液体的囊性肿物及包虫囊肿等也呈液性暗区，成为良好透声区。在暗区下方常见回声增强，出现亮的光带（白影）。②衰减暗区：肿瘤，如巨块型癌，由于肿瘤对超声的吸收，造成明显衰减，而没有回声，出现衰减暗区。③实质暗区：均质的实质，声阻抗差别小，可出现无回声暗区。肾实质、脾等正常组织和肾癌及透明性变等病变组织可表现为实质暗区。

低回声：实质器官如肝，内部回声为分布均匀的点状回声，在发生急性炎症，出现渗出时，其声阻抗比正常组织小，透声增高，而出现低回声区（灰影）。

强回声：可以是较强回声、强回声和极强回声。①较强回声：实质器官内组织致密或血管增多的肿瘤，声阻抗差别大，反射界面增多，使局部回声增强，呈密集的光点或光团（灰白影），如癌、肌瘤及血管瘤等。②强回声：介质内部结构致密，与邻近的软组织或液体有明显的声阻抗差，引起强反射。例如骨质、结石、钙化，可出现带状或块状强回声区（白影），由于透声差，下方声能衰减，而出现无回声暗区，即声影（acoustic shadow）。③极强回声：含气器官如肺、充气的胃肠，因与邻近软组织之声阻抗差别极大，声能几乎全部被反射回来，不能透射，而出现极强的光带。

三、超声设备

超声设备类型较多。早期应用幅度调制型（amplitude mode），即A型超声，以波幅变化反映回波情况。灰度调制型（brightness mode），即B型超声，系以明暗不同的光点反映回声变化，在影屏上显示9～64个等级灰度的图像，强回声光点明亮，弱回声光点黑暗。

根据成像方法的不同，分为静态成像和动态成像或实时成像（real timeimagimg）两种。前者获得静态声像图，图像展示范围较广，影像较清晰，但检查时间长，应用少，后者可在短时间内获得多帧图像（20～40帧/s）故可观察器官的动态变化，但图像展示范围小，影像稍欠清晰。

超声设备主要由超声换能器即探头（probe）和发射与接收、显示与记录以及电源等部分组成（图1-4-1）。

图1-4-1　脉冲回声式超声设备基本结构示意图

换能器是电声换能器，由压电晶体构成，完成超声的发生和回声的接收，其性能影响灵敏度、分辨力和伪影干扰等。B型超声设备多用脉冲回声式。电子线阵式多探头行方形扫描，电子相控阵式探头行扇形扫描（图1-4-2）。为了借助声像图指导穿剌，还有穿剌式探头。

图1-4-2　实时扫查探头

a．电子线阵式　b.电子相控阵式

探头性能分3.0、3.5、5.8MHz等。兆赫越大，其通透性能越小。根据检查部位选用合适的探头。例如眼的扫描用8MHz探头，而盆腔扫描，则选用3.0MHz探头。一个超声设备可配备几个不同性能的探头备选用。

显示器用阴极射线管,记录可用多帧照相机和录像机等。

第二节　USG图像特点

声像图是以明（白）暗（黑）之间不同的灰度来反映回声之有无和强弱，无回声则为暗区（黑影），强回声则为亮区（白影）。

声像图是层面图像。改变探头位置可得任意方位的声象图，并可观察活动器官的运动情况。但图像展示的范围不像X线、CT或MRI图像那样大和清楚。

第三节　USG检查技术

超声探查多用仰卧位，但也可用侧卧位等其他体位。探查过程中可变更体位。

切面方位可用横切、纵切或斜切面。

患者采取适宜体位，露出皮肤，涂耦合剂，以排出探头与皮肤间的空气，探头紧贴皮肤扫描，扫描中观察图像，必要时冻结，即停帧，行细致观察，作好记录，并摄片或录像。

应注意器官的大小、形状、周边回声，尤其是后壁回声、内部回声、活动状态、器官与邻近器官的关系及活动度等。

第四节　USG图像分析与诊断

观察声像图时，首先应了解切面方位，以便于认清所包括的解剖结构。注意周边回声，包括器官和较大肿块的边缘回声，借此可观察其大小、形状、位置与活动情况。应用游标可测量其径线、面积或体积，判断是否增大或缩小；有无局部膨隆；有无移位，活动如何等。要观察器官与较大肿块的内部回声，包括回声的强弱、多少、分布和回声周围情况（例如有无声影）等。因为它可反映组织结构的内部性质。还应注意邻近器官的改变，包括受压移位或浸润破坏等。器官弥漫性病变依器官大小、形状和内部回声的改变进行诊断，较为困难，器官内占位病变则依靠局限性内部回声异常作诊断，较易发现。

将所得声像图的改变进行综合判断。如为局部病变，则应确定病变的位置（例如位于某一器官的哪一部位）；病变的大小、数目；病变的物理性质，是液性、实质性、含气性或混合性；病理性质，是炎性或肿瘤性，良性或恶性，原发还是转移，是癌还是肉瘤等。

声像图对发现病变、确定病变位置和大小较易，确定病变为液性、实质性或含气性也较为可靠。鉴别是良性或恶性也有可能、例如良性病变的周边回声清楚，边缘光滑，内部回声均匀，衰减不明显，而恶性病变则周边回声不清，边缘不光滑，轮廓不规则，内部回声不均匀，出血坏死区可无回声，而衰减也较为明显。

第五节　USG诊断的临床应用

超声对心、腹部和盆部器官包括妊娠的检查应用较多。如对肝癌、肝血管瘤、肝脓肿、肝硬化、胆囊结石与肿瘤、胰腺及脾的疾病、腹水的诊断；肾、膀胱、前列腺、肾上腺、子宫、卵巢的检查；眼、甲状腺及乳腺的检查；妊娠的诊断，胎位、胎盘的定位，多胎、死胎、胎儿畸形及葡萄胎的判定等都有相当的价值（图1-4-3）。

图1-4-3 声像图

a.正常子宫（↓） b.卵巢皮样囊肿（↓） c.妊娠（↓）d.胎头光环（↓） e.子宫前壁胎盘（↓）f.前置胎盘（↑为子宫内口） BL.膀胱 UT.子宫 C.囊肿 P.胎盘 AM.羊水FA.胎儿

应当指出，超声诊断也有它的限制。由于超声的物理性质，使超声对骨骼、肺和胃肠的检查受到限制。声像图表现所反映的是器官和组织声阻抗差的改变，缺少特异性，因之对于病变的性质的判断，需综合分析，并与其他影像学表现和临床资料相结合才可靠。病变过小，直径在0.5cm左右，或声阻抗差不大，不引起反射，则难于由声像图上显示出来。此外，超声设备的性能、检查人员的技术与经验也均影响诊断的结果。