声波的基本物理性质
一、声波
(一）声波的频率、周期和速度声波的频率、周期和速度
声源的振动产生声波，声波又有纵波、横波和表面波三种形式。其中纵波是一种疏密波，就好像一根弹簧上产生的波。用于人体诊断的超声波是声源振动在弹性介质中产生的纵波，声波在介质中传播，介质中质点在平衡位置来回震动一次，就完成一次全振动，一次全振动所需要的时间成为振动周期，在单位时间内全振动的次数称为频率。 （二）声阻抗
声波在媒介中传播，其传播的速度与媒质密度有关。
二、超声波
超声波就是频率大于20KHz，它也属于纵波，可以在固体、液体和气体中传播，并且具有与声波相同的物理性质。
三、束射性
超声波具有束射性。由换能器发出的超声波呈窄束的圆柱形分布，故称超生束。
四、反射和折射
当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时，就会发生反射和折射。
五、散射与衍射
超声波在介质内传播过程中，如果所遇到的物体界面直径大于超声波的波长则发生反射，如果直径小于波长，超声波的传播方向将发生偏离，在绕过物体后又以原来的方向传播，此时反射回波很少，这种现象叫衍射，如果物体直径大大小于超声波长的微粒，在通过这种微粒时大部分超声波继续向前传播，小部分超声波能量杯威力向四面八方辐射，这种现象叫做散射。
六、超声波的衰减
酱油桶
超声波在介质中传播时，入射超声能量会随着传播距离的增加而逐渐减小，这种现象称作为超生波的衰减。
超声发展和原理
一、超声诊断学
现代科技（电子技术、计算机科学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。
二、超声发展史
A型：超声示波诊断法——幅度调制型，以波形显示界面回波。纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播深度。属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于1958年应用于临床。
M 型：超声光点扫描法——M型超声心动图。纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强度。属一维显示，反应界面随时间的运动曲线，1961年应用于临床。
B型：超声显像诊断法——辉度调制型。即以光点的形式显示二维切面图形。仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、显示器。20世纪70年代初应用于临床，70年代中后期采用了灰阶及DSC技术，实时超声图像质量大大改善，于80年代迅速发展并普及，90年代后期进入全数字化时代。 DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器,使数字信号转变成标准电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。
D型：超声频移诊断法——Doppler频谱、CDFI、CDE、DTI等，1983年日本Aloka公司研制出世界 上第一台彩超，并首先规定朝向探头与背向探头的血流分别以红及蓝显示。20世纪90年 代彩超迅速普及，90年代后期进入全数字化时代。
三维超声：20世纪90年代开始应用于临床。
三、超声诊断的优点、局限性及临床应用
1、超声与普通X-CT等影像技术相比有以下优点：
（1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。
（2）直观实时显示检查器官与病灶的切面图像。
（3）对活动脏器（如心脏）能实时动态显示其切面图像，便于观察。
（4）能发挥管腔造影功能，而无需任何造影剂。
（5）对软组织内的病灶有良好的分辨力，能清晰显示实质性器官中2—3mm的囊性或实质性病灶。 2、超声诊断的局限性：
直流电机编码器超声对含气性器官透射率太低,诊断受到限制。
四、 压电效应
压电晶体在机械应力的作用下,会在晶体表面产生电荷,反之，若对晶体施以交变电场，晶体也会产生应力变形，这种机械能与电能互相转变的现象称压电效应。前者称正压电效应，后者称逆压电效应。
五、超声波的发射和接收：电—声转换
1、 超声波的发射利用了逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将在厚度方向上产生胀缩变形，即振动。这个振动的晶片即成了超声波的声源，当振动频率超过2万Hz时即为超声波。
2、 超声波的接收利用了正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上时，相当于对其施加一外力，晶体表面将产生携带回声信息的微弱电信号，这种电信号经放大、处理后即能在显示器上以光点形式显示用于诊断的声像图。 六、 超声探头的基本结构和功能结构
（1）压电晶体：产生压电效应，与发射及接收超声有关。目前常用压电陶瓷材料是锆钛酸铅。
（2）吸声背块（背材）：吸收背向辐射的超声，提高纵向分辨力。
（3）匹配层（面材）： A、导声作用（声阻抗匹配） B、保护电极与晶体。
声阻抗匹配条件：
三维人体扫描
A、匹配层厚度d=1/4λ。 B、匹配层声阻抗Z22= Z1*Z3。
（4）聚焦件：在匹配层前方加聚焦件（几何、电子），使声束聚焦，从而提高横向分辨力。
（5）电极与电路： 发射及接收超声波，起换能器作用。
橡塑模具
七、探头的主要参量
1、 频率：一般在2—20MHz之间，低频探头适用于深部器官检查，高频探头适用于浅表器官检查。
2、 分辨力：包括时间分辨力、空间分辨力与对比分辨力。
A、时间分辨力：指帧频，腹部实时超声要求18cm深度时，帧频大于25帧/ s，心脏实时超声要求18cm深度时，帧频大于30帧/s。
B、空间分辨力：指超声探头能分辨空间相邻两个点之间最小距离的能力。包括纵向分辨力、侧向分辨力、横向分辨力。
纵向分辨力：超声探头能区分声束轴线上相邻两点之间最小距离的能力。与探头频率有关,探头频率越高,分辨力越高,理论上约λ/2,实际上3.5-5MHz探头纵向分辨力约1mm。
侧向分辨力：指声束扫描平面内垂直于声束方向(探头长轴方向)的分辨力,与声束宽度有关。3.0-3.5MHz探头侧向分辨力约2mm。
横向分辨力：指声束扫描平面的厚度方向上（探头短轴方向）的分辨力,与声束宽度有关。星型下料阀
C、对比分辨力：指灰阶级数（由白到黑的灰阶等级），现代超声仪一般256级。
3、 穿透力：超声在介质中传播时，能量不断衰减，到达一定深度时，不能产生可被接收的反射。能产生有效反射回声的传播距离，就是穿透力，与频率有关，频率越高，穿透力越低。
八、 探头的种类
1、按扫描方式分：线阵、凸阵、扇扫（包括机械式与相控阵）、三维容积探头。
2、低频探头（2-5MHz）、高频探头（大于5 MHz）。
3、单频探头（一个中心工作频率）、宽频探头（工作频率范围宽,带宽系数大于0.5）、变频探头（频率可变，有二个或二个以上的中心工作频率）、宽频+变频。
九、 超声耦合剂的作用
1、排除空气，增加透声，起导声作用。
2、要求超声偶合剂的声阻抗接近于人体软组织平均声阻抗。
超 声 检 查 方 法
一、 检查前病人准备
妇科检查：充盈膀胱。经阴道超声检查不必充盈膀胱。
二、仪器准备与调节
1、探头频率选择：原则是在保证超声穿透力的前提下尽量选用频率较高的探头,以提高图像分辨力。
通常成人腹部3-3.5MHz；
经阴道或直肠检查5-10MHz。
2、扫描方式选择：
腹部与妇科：凸阵
3、显示器对比度与亮度调节：设置好后，一般不调节。
4、增益调节：包括总增益和时间增益控制（TGC），原则是在图像清晰、亮度均匀的前提下尽量调低。
5、其他调节：深度、聚焦(包括焦点位置与数量)、动态范围(一般60-80dB)、扫描线密度、声输出、帧频（FR=C/2ND，C介质声速，N扫描线密度，D扫描深度）。
三、扫查方法
数字天线
1、连续滑行扫查；
2、立体扇形扫查；
3、十字交叉扫查；
4、加压扫查；
5、对比扫查；
扫查原则：选择适当声窗，全面、连续、顺序扫查，并配合体位与呼吸。
超声声像图分析
异常回声
1．实性组织：实质性组织常有明确边界或包膜，实质可呈低至高不同水平回声，内部可有管道状结构出现，提高仪器的总增益，整个结构回声水平都有不同程度提高。 完全实性或以实性成分为主（占75%以上）。局限性实性回声病因复杂如肿瘤、炎症、瘢痕、钙化等。其声像图特点是内部有回声。但是，注意内部有回声者不一定都是实性的。
2．液体：液体与周围结构之间有鲜明分界，液体的回声强度总是最低的，在声像图上表现为无回声区，其后方回声增强，提高仪器增益，液区的回声水平无改变。在超声诊断术语中，“囊性”意指任何内含液体的结构，不特定指囊肿。囊肿是囊性回声中最常见的病变。根据其内部回声，又分为单纯性囊肿和复杂性囊肿。单纯性囊肿是指囊壁薄而均匀，无实性结节；囊液透声好，内部无回声；后方回声增强。复杂性囊肿是指病变具有囊性的主要特征，即有明确地壁，内部以液体为主。但是不完全具备单纯囊肿的特征。如囊壁较厚或不均匀、有实性回声（钙化、软组织、沉积物等）、薄厚不均匀的分隔等。复杂囊肿有恶性的可能。
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