第1章 总论
第一节 实时灰阶超声成像原理及其临床应用
一、实时灰阶超声成像的基本原理
(一)超声波的基本概念
1.超声波
人耳能感知的声波频率为20Hz~20kHz。 超过20kHz 的声波称为超声波(ultrasound wave)。
2.超声波的物理特性
(1)振幅、波长、周期、频率和声速:
超声波为机械波,如图1-1-1 所示,其在介质中传播时,质点振动的方向与声波传播的方向一致,称为纵波。 质点离开平衡位置的最大距离称为振幅(A),代表声波的能量或强度;同一方向上两个相邻的相位相差为2π 的质点之间的距离,即一个完整波的长度,称为波长(λ);形成一个波长所需要的时间,称为波的周期(T);单位时间内形成完整波的数目称为频率(f),单位为赫兹(Hz)。
图1-1-1 超声波传播示意图
声波在介质中传播的速度称为声速(c)。 声速取决于介质的密度(ρ)和弹性模量(K),在某一特定介质中,c 等于波长与频率的乘积,即:
介质中声速的一般规律是:固体中声速>液体中声速>气体中声速。 在具有方向性的介质中,如肌肉、骨骼等,沿纤维方向的声速高于与纤维垂直方向的声速。表1-1-1 是人体的一些软组织以及水和空气的声速和其他声学参量。
(2)声压和声强:
介质中有声波传播时的压强与介质静压强之间的差值称为声压(sound pressure,P)。 声波是纵波,质点离开平衡位置往复振动,对介质的推挤(正压)和牵拉(负压)既具有动能,又储积了弹性势能。 周而复始,能量逐渐向远处传递。
声能量的大小用单位时间内通过垂直于波动传播方向的单位面积的平均能量计量,称为声强(sound intensity,I),单位是w/cm2。 当声波为自由平面波或球面波时,某一瞬时的声强与该时刻介质所受压强的平方成正比,与介质密度和传播速度成反比,即
比较声波强弱的常用物理量是分贝(dB)。 假设两个声波的声强和声压分别为I1,I2 和P1,P2,比较它们强弱的计算方法为:
表1-1-1 几种人体组织、空气及水的声学参量
(二)超声波的传播特性
1.声阻抗
介质的声阻抗(acoustic impedance,Z)定义为波阵面一定面积上的声压与通过该面积的体积速度的复数比值,也称声阻抗率(specific acoustic impedance)。 用于表征声波从一处传播到另一处的能量损耗,是介质的一种声学特性。 其值等于介质的密度与介质声速的乘积,即:
声阻抗的单位为瑞利(Rayl),1Rayl=1dyn/(cm2·s)。
人体组织以及水和空气的声阻抗见表1-1-1。人体软组织的声阻抗值差别较小,但软组织与空气及骨之间的声阻抗值有很大差别。 不同介质的接触面构成声学界面,其声阻抗差(acoustic impedance difference)大于0.1%,即可对入射的超声波发生反射。
声学界面的线度大于声波的波长,称为大界面(large interface);小于波长称为小界面(small interface)。 所以,所谓大界面和小界面是相对入射声波的波长而言。
2.反射、折射和散射
当遇到大界面时,一部分超声波能量从界面处反射,称为反射(reflection),反射波称为回声(echo);另一部分超声波能量进入另一介质继续传播,但方向改变,称为折射(refraction)(图1-1-2)。
超声波的反射和折射与光波相似,遵循Snell 定律,即反射角等于入射角。 折射角的大小与相邻介质的声传播速度有关,即:
反射声强以反射波的能量与入射波的能量之比标量,称为反射系数,它取决于构成界面介质的声阻抗差和入射角的大小。 声强的反射系数(RI)为:
当入射角等于0°,即声束垂直入射界面时,则:
图1-1-2 超声的入射、反射、折射和散射
θi=入射角;θr=反射角;θt=折射角;c1,c2:介质的声速
折射声能量与入射声能量的比称为折射系数(TI),同样取决于构成界面介质的声阻抗差和入射角的大小。 当声束垂直入射界面时,
当入射角增大到一定值时,声波即不能进入另一介质,即折射角等于90°,发生全反射(total reflection),此时的入射角称为临界角(critical angle)。
当超声束经过多层介质传播时,在每一界面都遵循反射和折射定律。 这是超声成像的基础。
声波遇到小界面而向多个方向辐射的现象称为散射(scattering),构成这些小界面的微粒称为散射体(图1-1-2B)。
在散射波中,与入射声束相反方向(180°方向)的散射称为背向散射(back scatter)。 标量组织背向散射特性的物理量称为背向散射系数(Sb),定义为:在与入射声束成180°角的方向上,每单位立体角每单位体积内所散射的平均声功率(mW)与入射声束声强(mW/cm2)之比。 因其比值的单位为面积(cm2),故也称其为散射截面,但实际意义是表征单位声强产生的散射功率的大小。
3.波叠加和干涉
当两列(或更多列)声波在介质中传播时,若在空间某点相遇,在任一时刻质点的位移是各个波在该点所引起的分位移的矢量和,即合成新的声波,称为叠加。 叠加后的声波包含了每个波原有的独立特性(振幅、频率、相位等)。 而波干涉(wave interference)是当频率相同,振动方向相同,相位(或相位差)相同的两个声源发出的两列波同时作用于介质的某点产生波的叠加,在传播过程中,使某些时相振动始终加强,而在另一时相始终减弱以至抵消,这种现象称为波的干涉。
4.波前和声传播的惠更斯原理
超声波从声源发出后,若在均匀的各向同性的非流动介质中传播,波动到达的各个被激发产生振动的质点都可以视为发射子波(wavelet)的新声源。 由子波到达的各质点所连成的包络构成新的波阵面(wave front),称波前。 波前的法线方向就是波的传播方向。 这一规律于1690 年由惠更斯(Huygens)提出,称为惠更斯原理(Huyghens principle)。波前为平面的称为平面波;波前为球面的称为球面波(图1-1-3)。
从图1-1-3 可见,控制振动源间的振动顺序和时间和就可以使波束向不同方向偏转;而控制振动时间的差值的长短就可以控制波束偏转的角度。 这就是相控阵探头为何能扇形扫描和电子聚焦的原理。
5.线性和非线性传播
目前医学超声成像基于在超声传播的过程中声压、声速和密度之间大致呈线性(linearity)关系的假设。 但是,实际上超声在传播的过程中会产生波形畸变,即非线性(nonlinearity)传播。 结果使正压时相的波峰逐渐右移,而负压时相的波峰逐渐左移(图1-1-4)。 这种畸变波形按傅立叶转换原理,相当于以正弦波为基波,再叠加两倍、三倍到数倍于基波频率的谐频波。 一般而言,一个频率为f0 的波,随着传播距离的增大会产生2f0,3f0,……等数倍于基波的谐波。 其中以2f0 谐波的强度较大。 反射回波在传播过程中,同样是非线性的,可以产生谐波。
图1-1-3 惠更斯原理示意图
A.示球面波在时间t 和t+Δt 时的波前;B.平面波若各个振动源同时振动,波前平行于振源组连线,传播方向与振源组连线垂直;C.一组振动源1~8 的振动依次都存在时间上的差异Δt。 若振源1 最先开始振动,振源2,3……8 依次延迟时间Δt,因此8 开始振动后,振源1 的振动已经传播到c8Δt 处,振源1~8 发出的振动波传播的距离都依次相差cΔt,将各子波到达的振动质点连接,其波前(波阵面)及传播方向如图,声束偏转;D 与C 相似,若振源8 最先振动,振源1 最后振动,波前及传播方向如图,声束向相反方向偏转
图1-1-4 超声波的非线性传播和多次谐频
6.多普勒效应
由于声源与接收器相对运动而使声频率发生改变的现象称为多普勒效应(Doppler effect)。 频率变化的大小称为频移,频移的大小与相对运动的速度成正比。 超声波在人体内传播如遇到运动组织,如血液中的红细胞、收缩和舒张的心脏,就会发生频移。
7.衰减
声波在传播过程中,能量随距离增大而减小的现象称为声衰减(acoustic attenuation)。 声衰减主要由反射、吸收(absorption)、散射、扩散等引起。 用于标量介质声衰减特征的物理量称为声衰减系数(attenuation coefficient),定义为声波经过单位距离介质所减少的声强。 大多数生物介质(特别是软组织)的声衰减大致与超声频率和传播距离成正比,即:
α=衰减系数,单位为dB/(cm·MHz);d=传播距离;f=频率。
可见,高频率的超声波衰减明显增大,穿透力明显减小。 为了得到均匀的声像图,仪器采用深度(时间)增益补偿。
图1-1-5 声场示意图
A.声场(声束)能量分布剖面示意图,显示近场区的复杂性和非均匀性,远场区比较规则但有声束扩散;主瓣周围分布旁瓣;B.近场、远场和扩散角(θ)
(三)超声波的产生和接收
1.超声探头
超声诊断仪借助于探头(probe)发射和接收超声波。 探头的核心组件是压电材料或电激励振动材料。 压电材料具有在施压形变时表面产生电荷,而在交变电压下发生交替形变的特性。 这种将机械能转换为电能过程称为压电效应(piezoelectric effect),反之称为逆压电效应(converse piezoelectric effect)。 借此实现机械能与电能相互转换,故也称超声换能器(ultrasonic transducer)。 若对压电材料施加数兆赫兹的交变电压,就会发生相应频率的机械振动,产生超声波。 而当受到超声波交替压力作用时,产生相应的交变电压,接收超声波。
2.声场和声束聚焦
(1)声场:
声场(acoustic field)指声波传播时能量分布的空间(图1-1-5)。 探头发出的超声波在较小的立体角内呈指向性传播,称为声束(sound beam)。 其中心轴线称为声轴(beam axis),为声束传播的主方向。 声轴周围半声压(-3dB)点包络线间的距离称为声束宽度。 换能器连续发射非聚焦声束,其直径随传播距离的增加而缓慢减小,但是达到某一点后开始迅速增大。 此点与换能器间为近场区(near zone),此点远侧为远场区(far zone)。 近场的长度L 与换能器的形状和发射超声波的波长有关,即:
(R=圆形换能器直径,λ=波长,f=频率,c=声速)
非聚焦声束内声强的分布不均匀。 近场声强分布起伏较大,远场声强分布相对均匀,但是声束增宽,声强逐渐扩散。 在声轴方向上声强最集中的区域呈细窄瓣状,称为主瓣。 除了主瓣外,在主瓣周围尚有数层旁瓣。
主瓣一侧边缘线与声轴的夹角称为扩散角(θ),其大小表征声束扩散的程度,可由公式计算:
可见换能器的波长越短,即频率越高,半径越大,则扩散角越小,声束越窄,指向性越好。
(2)声束聚焦:
非聚焦声束因近场旁瓣影响导致能量分布混乱,远场声束扩散,难以用于诊断,必须采用多种技术使扫描声束变细(图1-1-6),并尽可能减少旁瓣,这一过程称为聚焦(focus)。 实现聚焦的基本方法有:声透镜(acoustic lens)聚焦、电子动态聚焦(dynamic focusing)、可变孔径(variable aperture)技术等。
图1-1-6 电子动态聚焦示意图
A.探头相邻晶片由外向内逐次延迟发射,波前在声轴汇聚;B.示意延迟发射时间较A 延长时,使汇聚位置变近。 控制每次发射的延迟时间可以实现动态聚焦
3.发射声波的类型
(1)连续波:
频率和振幅固定的不间断声波称为连续波(continuous wave,CW),用于连续多普勒超声。
(2)脉冲波:
波间有时间间隔的非连续性声波称为脉冲波(pulse wave)。 超声诊断几乎都使用由探头发射的脉冲波。 脉冲波的频率称脉冲频率(pulsed frequency),即探头发射的声频率;脉冲波所占的时间称脉冲持续时间或脉冲宽度(τ),简称脉宽(pulse width)。 此期内通常包含1~3 个波长。 超声脉冲波所占用的空间长度称为空间脉冲长度(spatial pulse length,SPL),等于脉冲波长乘以脉冲中的周期数(n),或声速与脉宽的乘积。 一个脉冲开始发射到下一个脉冲开始发射所需要的时间称为脉冲重复周期(pulse repetition period,PRP);单位时间内发射的短脉冲数称为脉冲重复频率(pulse repetition frequency,PRF);不发射声波的间隔时间称为脉冲间隙时间,用于接收脉冲波的反射(图1-1-7)。
图1-1-7 脉冲波示意图
PRT=RT=t;SPL=nλ=cτ;PRF=1/PRT
4.空间脉冲长度与带宽
压电晶片受高频交变电脉冲激发后,发生以其固有频率为中心的振动。 电脉冲激发停止后,振动依然会持续,称为阻尼振动(damping vibration),也称衰减振动,即振幅越来越低。 要获得空间短脉冲,必须进行减震处理。 经减震处理获得的短脉冲,实际包含了以中心频率为振幅最大的一组频率。 短脉冲包含频率的范围称为带宽(band width)。 带宽定义为经频率分析(傅里叶转换)后强度在中心频率强度的频率范围。 带宽与空间脉冲长度直接相关,脉冲长度越短,带宽越宽;脉冲长度越长,带宽越窄(图1-1-8)。 连续波只有一个频率。
图1-1-8 空间脉冲长度与带宽示意图
A.短脉冲,其带宽较宽(A1);B.长脉冲,其带宽较窄(B1)
5.超声波的接收
当反射和散射的超声波到达探头时,处在交替变化声压下的压电晶片产生与声波频率一致的交变电压,大小与声波的振幅成正比。 将这些载有不同介质界面声学特征的高频脉动电压进行复杂的滤波、放大后以图像的形式显示于荧光屏,构成声像图。
超声设备中,常采用同一探头进行发射和接收,但发射声波后必须有足够的时间间隙接收反射回的声波,即反射与接收必须间隙进行。
(四)超声成像的基本原理
超声成像的方式较多,基本可分为两类。
1.脉冲回声式(pulsed echo mode)
超声探头向人体组织发射脉冲超声束后,浅层组织的回声信号先到达探头,转换为电信号,依次推进,最深部界面的回声最后反射回探头。 因此,每一界面和散射微粒的深度(D)都可以用其回声到达探头的时间(T)精确计算。 人体组织的平均声束为1540m/s,若组织中某一界面反射回探头的时间为t1,那么这一界面的距探头的距离即为
界面和微粒反射和散射的强度取决于组织结构和声学特性。 仪器除了必须有足够的脉冲间隙时间将这些信号接收到,同时还要将这些包含了许多组织声学特征信息的射频信号经过解调、滤波、相关运算、模数转换、放大等复杂过程,将所需要的信号信息分别以不同的模式成像,以供诊断。 常用的成像方法有以下三种。
(1)幅度调制法(amplitude modulation display):
简称A 型法(A-mode)。 以纵轴为回声强度,横轴为深度。 当声束在人体组织中传播时,每遇到一个界面,产生一个回声,该回声在示波器的屏幕上以波的形式显示出来。 其强度取决于构成界面的组织声特性阻抗差的大小,阻抗差越大,波幅愈高;均匀介质(如积液、血液)则显示为无波幅的平段。 A 型法,就是根据回声波幅的高低、多少、形状诊断的,目前常用于眼科。
(2)辉度调制法(brightness modulation display):
简称B 型法(B-mode),其工作原理是将A 型仪的幅度调制显示改进为辉度(亮度)调制显示,即回声信号的强弱以亮度显示。 探头发射的声束必须使用单声束进行快速扫查或多声束同时扫描。 加在显示器垂直方向的时基扫描与声束同步,即组成超声束扫查平面内组织切面回声的二维图像(图1-1-9),称为声像图(ultrasonogram)。
图1-1-9 B 型成像
将辉度从无到强(饱和)分为不同等级,称为灰阶(grey scale)。 在声像图的一侧用以显示灰阶等级的条形标志称为灰标(mark of grey scale)。
组织谐波成像和造影增强超声(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)是利用超声谐波成像,但成像方式仍然属于B 型成像。
B 超诊断仪因扫描成像方式不同而分为扇形扫描(sector scanning)和电子线形扫描(electronic linear scanning)。
(3)M 型(M-mode):
以纵轴为深度,横轴为时间。 其工作原理是各层组织界面在声束内的位置移动而得到的回声辉度随着水平扫描而构成对应的位移-时间动态曲线(图1-1-10)。 M 型扫查具有非常高的时间分辨力,最常用于评价瓣膜及心肌的运动。
图1-1-10 M 型成像
2.多普勒技术(Doppler techniques)
多普勒成像原理是超声波的多普勒效应,因此也称Doppler 型,简称D 型。 工作原理为:发射脉冲或连续超声波,接收声束内运动体的频移回声,依据频移的大小计算运动体的速度和方向(Y 轴)及其随时间(X 轴)的变化(图1-1-11),其曲线称为多普勒频谱(Spectral Doppler)。
图1-1-11 Doppler 超声成像
由图不难理解,引起频移的是红细胞在声束方向的分速度,公式中的cosθ 是通过分速度获得血流的真实速度。 当角θ>60°时,θ 的微小变化将引起测值误差增大到不能接受的程度。 因此,进行定量分析时,必须使声束与血流速度的夹角<60°。
根据获取信号方法和显示模式的不同,又分为以下几种。
(1)连续波多普勒(continuous wave Doppler,CW):
CW 是采用两个换能器晶片,一个连续发射超声波,另一个将声束内的血流和组织运动频移信号都无选择地接收,并叠加显示出来。 其优点是可检测高速血流;缺点是不能有选择地检测某一血管局部的血流信息。
(2)脉冲波多普勒(pulse wave Doppler,PW):
晶片发射超声短脉冲后,通过控制电子门开放时间的早晚和持续时间的长短来调节接收回声的时间窗(深度),实现检测不同深度和不同范围内的血流分布。 这一时间窗称为取样门(sample gate)。
因为发射短脉冲后,必须有足够的时间接收回波信号,因此,最大距离与最大测量速度之间相互制约。 不出现混叠的最大频移(fmax)必须小于PRF/2。PRF/2 称为奈奎斯特极限频率(Nyquist frequency)。 当fmax 大于PRF/2,就会出现混叠。
(3)彩色多普勒成像(color Doppler imaging,CDI):
图1-1-12 超声多普勒血流成像
采用多声束进行快速采样,将所获得的多普勒信息进行相位检测、自相关处理、彩色编码,以不同的颜色标识血流的方向,彩色亮度显示速度的高低,并且将其叠加于B 型声像图上,获得血流在组织内的空间分布和流速信息(图1-1-12)。其成像方式包括彩色多普勒血流成像(color Doppler flow imaging,CDFI)、多普勒能量图(Doppler power imaging,DPI)和组织多普勒速度图(tissues Doppler imaging,TDI),在临床得到广泛应用。
3.谐波成像(harmonic imaging)
包括组织谐波成像和造影剂谐波成像。 超声发射短脉冲(基波)后,采用滤波等办法,仅接收其回声的谐波(主要是二次谐波)信号,抑制基波回声。 达到提高信噪比、增加空间分辨力或对比分辨力的目的。 谐波成像本质上也属于B 型法。
4.弹性成像(ultrasonic elastography)
利用组织的弹性特征(应变、剪切波传播速度等)信息进行的成像。
(五)超声成像的分辨力
1.空间分辨力(spatial resolution)
仪器能够区分两个相邻反射体的最小距离的能力称为空间分辨力。 空间分辨力应是三维方向的分辨力,包括:
(1)轴向分辨力(axial resolution,AR):
能够分辨沿声束方向上两个相邻回声源最小距离的能力称为轴向分辨力,也称纵向分辨力,主要由空间脉冲长度(spatial pulse length,SPL)决定(图1-1-13)。
式中n=扫描线数;λ=波长; f=频率
通常,超声成像的一个短脉冲包含1~2 个波,声束的扫描线数为4 ~5 条。 可见超声波的波长越短,频率越高,分辨力越高。
(2)侧向分辨力(lateral resolution,LR):
能够分辨垂直于扫查平面且与声束垂直方向的两个回声源最小距离的能力称为侧向分辨力,侧向分辨力也称度分辨力。
若两个紧邻回声源距探头的距离相等,而两者之间的距离又比声束的宽度小,它们的回波就会出现在同一个位置,发生重叠,仪器不能区分它们的空间位置(图1-1-13)。 因此,最小的侧向分辨距离大约等于声束在扫查方向上的宽度。
图1-1-13 轴向分辨力
A.超声脉冲长度<2D,二个距离为D 的相邻界面不会重叠,可以被分辨;B.超声脉冲长度>2D,两个距离为D 的相邻界面重叠,不能被分辨
侧向分辨力在不同深度有所差别。 为了提高侧向分辨力,必须对声束聚焦,使声束变细(图1-1-14)。
与侧向分辨力相似的另一维度的分辨力称横向分辨力(transverse resolution),在线阵和凸阵探头,是指与扫查平面平行方向上能够分辨两个相邻回声源最小距离的能力。
2.时间分辨力(temporal resolution)
指能识别图像变换的最短时间,是帧频的倒数。 而帧频又取决于PRF 和单帧频扫描线数。 PRF 越高,单帧频扫描线数越低,帧频越高,时间分辨力越好。 对检测运动功能和血流动力学的细微变化至关重要。
图1-1-14 侧向分辨力
A.声束厚度小于同一深度两个界面与声束扫查平面垂直的最小距离,两个界面能够被分辨;B.声束厚度大于同一深度两个界面与声束扫查平面垂直的最小距离,两个界面回声重叠,不能被分辨。 聚焦区的声束窄,侧向分辨力好
3.对比分辨力(contrast resolution)
是显示和分辨不同灰阶(明暗程度)的能力。 超声仪器将回声强度以灰阶显示于屏幕,并在一侧显示相对应的灰阶标记。 但是人的视觉的对比分辨力仅8~10 个灰阶。
二、人体不同组织和体液回声强度
人体组织回声强度取决于组织内部的界面构成及其声学特征。 根据临床超声诊断和声像图描述的需要,对人体组织回声的强度进行分级。
(一)回声强度
强回声(strong echo),达到灰标最亮端亮度的回声。
高回声(hyperecho,high level echo),亮度介于强回声与等回声之间。
中等水平回声(medium level echo)亦称等回声(isoechoic),亮度相当于灰标中段。
低水平回声(low level echo),也可称低回声(hypoechoic,echogenic),亮度介于无回声与等回声之间。
弱回声(dark hypoecho,weak echo),比低回声更暗,接近无回声。
无回声(echo-free,anechoic),相当于灰标的最暗端。
(二)人体组织的回声强度
人体组织回声强度的一般规律为:骨骼>肾窦>胰腺>肝、脾实质>肌肉>肾皮质>肾髓质(肾锥体)>血液>胆汁和尿液。 部分组织的回声见表1-1-2。
表1-1-2 部分人体组织的回声强度
组织回声的强弱与其内部不同构成部分的声阻抗差别有关。 与X 线成像的密度概念无关。在病理组织中,结石、钙化回声最强;典型的淋巴瘤呈弱回声,甚至接近无回声,肝组织纤维化或细胞内脂肪浸润可使其回声增高。 某些组织(如肌肉和肌腱等)的回声强度还与声束的入射方向有关。 因此,对组织的回声特征判断,必须综合分析。
三、人体组织声衰减程度的一般规律
了解组织的声衰减特性对正确解读声像图和诊断很重要。 水的衰减系数几乎为0dB/(cm·MHz),因此,组织内含水愈多,声衰减愈低,其后方组织的回声相对较高。 蛋白对声能的吸收较多,衰减程度较高,后方回声增强不明显。 人体组织声衰减的一般规律为:
骨骼、钙化、结石>瘢痕、软骨、肌腱>肝脏、肾脏、肌肉、脑>脂肪、血液>尿液、胆汁、囊液、胸水、腹水。
四、灰阶超声图像分析
(一)正常人体器官的回声特点
如前所述,灰阶超声图像承载了人体组织和器官丰富的形态结构和组织声学特征。 熟悉并掌握人体正常解剖及其组织的声像图特征,是识别其有无病变的基础。
1.实质性器官
(1)大小、形态和表面:
实质性器官各自均有典型的外形和相近的大小。 其特定切面的声像图的形状和回声相似。 例如,正常肾脏冠状切面似“蚕豆”形,大小约11cm×5cm×4cm;包膜光滑,呈细线样回声。 脾脏切面呈新月形,厚度小于4cm。 若形态失常、外形增大或缩小,提示异常。
(2)内部回声:
由于人体器官组织构成差别,其内部回声各具特点。 如正常肝脏为均匀的等回声,回声较肾脏略高而低于胰腺;正常肾脏皮质回声略高于肝脏,髓质为低回声,肾窦为高回声。 弥漫性或局限性回声异常提示存在病变。
(3)血管分布和血供:
正常血管分布和供血特点的紊乱和破坏不仅提示脏器存在疾病,而且是诊断疾病的重要线索。
(4)毗邻关系:
器官的毗邻关系构成特定的声像图切面。 器官病变常波及毗邻组织或脏器,产生压迫变形、移位、浸润等。 毗邻关系的变化对判断病变的存在及其程度有重要价值。
2.空腔器官
空腔器官的内容物来源和性质各不相同,声像图表现差别极大。
(1)大小、形态和充盈状态:
对空腔器官的声像图,与生理状态不符的增大和缩小都提示异常。
(2)壁回声:
充盈的空腔器官壁结构回声清晰,厚度均匀。 要注意观察壁的厚度有无变化,层次结构是否连续,壁内及黏膜有无异常回声。
(3)内容物:
正常内容物应与其回声相符。 如胆囊内的正常胆汁和膀胱内的尿液呈无回声。 若内部有回声,则提示病理状态,如结石、出血等。
(4)后方回声:
含液空腔器官后方回声增强。 当后方回声过强时,会影响后壁结构的显示。要调节TGC 抑制远场回声强度。
(5)功能评估:
如脂餐试验可以观察胆囊排空功能和胆总管远端梗阻;残余尿量测定评价膀胱排空功能。
心脏是特殊的空腔脏器,除了形态、大小、瓣膜和肌壁回声外,运动和血流动力学是最重要的监测内容(见第2 章~第9 章)。
3.小器官和浅表组织
甲状腺、腮腺、淋巴结、乳房、阴囊以及肌肉、韧带等小器官和浅表组织各有其声像图特征(见相关章节),对其进行声像图分析,除了观察其形态、大小、边界和内部回声外,还要比较成对器官和组织回声的对称性。 注意腺体或肿物与相邻器官如气管、颈部血管的关系。
(二)回声异常
1.位置异常
如内脏转位、异位肾、胸骨后甲状腺等。
2.形态或大小异常
(1)先天性:
包括正常变异(功能正常)和病理性异常。 前者如肝左叶长径增大、驼峰肾等;后者如肝左叶缺如,右叶代偿性增大;一侧肾缺如对侧肾增大;融合肾、环状胰腺等。
(2)后天性:
多数为病理性。 如外伤(包括手术)、肿瘤、心房(室)重构等。
3.内部回声异常
(1)弥漫性:
如重症肝炎引起的弥漫性肝脏回声降低;脂肪肝引起弥漫性回声增高;慢性肾炎时,肾皮质回声增高等。
(2)局限性:
局限性回声异常多数为病理性,其中以肿瘤最为重要,其次为炎症。 以其回声特征,大致可以分为囊性、实性和混合性三大类型。
1)囊性回声:
在超声诊断术语中,“囊性”指内部主要为液体的结构,不特定指囊肿。 真性囊肿分为单纯性囊肿(simple cyst)和复杂囊肿(complex cyst)。 单纯性囊肿是指囊壁薄而均匀,内部无回声,囊液透声好,后方回声增强。 复杂性囊肿是指病变具有囊性的主要特征,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)、有分隔等。
2)实性回声:
完全实性或以实性成分为主(占75%以上)。 局限性实性回声(solid echo pattern)特点是内部有回声。 如肿瘤、炎症、瘢痕、钙化等。 但是,注意内部有回声者不一定都是实性的。
3)混合性回声:
病变既有液体无回声的,也有实质性有回声的。 可为肿瘤、脓肿、血肿等。典型的囊肿和实性肿物容易鉴别。 囊性和实性回声不是病变良、恶性的征象,必须结合临床病史和其他检查结果综合判断。 但典型的囊性肿物,通常属于良性。
4.血管和血流
正常动脉壁厚,回声强,随心动周期搏动,血流呈典型的动脉频谱;静脉壁薄,大静脉内径受呼吸和心动周期变化的双重影响。 血管异常扩张、狭窄、管腔内异常回声都是血管疾病的直接佐证。 血管疾病无不伴有相应的血流动力学改变,病变部位及其近段和远段血流的状态(层流、湍流、涡流)和血流动力学(速度、加速时间、阻力指数等)异常对血管疾病的诊断至关重要(见第14 章、第17 章)。
五、超声图像常用切面和方位识别
声像图即超声断层图(ultrasonotomograph)灵活多变,其随意性和实时性一方面成为超声成像的巨大优势,而另一方面也给图像信息的解读和交流造成一定困难。 因此,必须确定最基本的扫查切面和统一的图像方位。
(一)基准扫查切面
监视器显示的声像图方位是由体位(仰卧位、侧卧位、俯卧位)和探头位置及其声束扫查平面决定的。 因此,需要在声像图标记体位和探头的体表位置(body mark)。 常用超声扫查基准切面。
1.横切面
声束扫查平面与身体长轴垂直的系列切面。 需要标明切面的水平,如剑突水平、脐水平、髂前上棘水平、耻骨联合上缘等。
2.矢状切面
声束扫查平面与人体冠状面垂直的系列切面。 需要标明切面的体表位置,如腹部正中线、锁骨中线、腋前线、肩胛线等。
3.冠状切面
声束扫查平面与人体矢状面垂直的系列切面。
4.斜切面
不同于CT 和MRI,在实际超声扫查中,超声切面以不同部位和角度能获取组织器官最清晰图像和最特征诊断信息为原则。 如沿肋间的肝脏切面,沿胆囊长轴的切面等,都为斜切面。 必须根据探头位置结合声像图显示的器官回声特征识别其解剖切面。
超声切面更多的是以脏器的解剖轴进行描述,如心脏长轴切面、短轴切面等。
(二)声像图方位的识别
在分析声像图时,首先要明确探头的体表位置,进而确认解剖切面。
超声切面图像方位的辨认采用统一的标准(美国超声医学会:腹部和腹膜后超声检查操作指南,1976)。 将横断声像图理解为,患者仰卧位,检查者从患者足底向头端观察;将纵断图理解为,患者仰卧位,检查者从患者的右侧向其左侧观察。
1.横切面(仰卧位)
声像图上方为患者腹侧;下方为患者背侧;声像图左侧为患者右侧(R);右侧为患者左侧(L)。
2.纵切面
仰卧位上方为腹侧,下方为背侧。 俯卧位上方为背侧,下方为腹侧(少用)。
声像图左侧为患者头侧(H);右侧为患者足侧(F)。
3.冠状切面
1)右侧腹部冠状切面:
①声像图上方为右侧;下方指向左侧;②声像图左侧为头侧;右侧为足侧。
2)左侧腹部冠状切面:
①声像图上方为左侧;下方指向右侧;②声像图左侧为头侧;右侧为足侧。
如果斜切面声像图接近于横切面(如沿胰腺长轴的切面),则按横切面规定进行识别;如果声像图接近于纵切面,则应按纵切面规定识别。
必须强调的是,超声切面绝大多数情况下不是CT 和MRI 显示的标准切面,必须结合探头位置和声像图显示的组织结构判断其显示的真实人体切面。 脏器的标准、规范和实用的公认重要切面,将在相关章节介绍。