超声基础知识：陷阱和限制

2024-07-09 18:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

当 US 波穿过组织时，它们部分传输到更深的结构，部分作为回波反射回换能器，部分散射，部分转化为热量。出于成像目的，我们最感兴趣的是反射回换能器的回波。撞击组织界面后返回的回声量由称为声阻抗的组织特性决定。这是介质的固有物理特性，定义为介质的密度乘以 US 波在介质中的传播速度。含气器官（如肺）的声阻抗最低，而骨骼等致密器官的声阻抗非常高（表1）。反射回声的强度与两种介质之间声阻抗的差异（或失配）成正比。如果两个组织具有相同的声阻抗，则不会产生回声。具有相似声阻抗的软组织之间的界面通常会产生低强度的回声。相反，软组织与骨骼或肺之间的界面由于声阻抗梯度大而产生非常强的回声[7]。

当入射超声脉冲遇到具有不同声阻抗的两个身体组织的大而光滑的界面时，声能被反射回换能器。这种类型的反射称为镜面反射，产生的回波强度与两种介质之间的声阻抗梯度成正比（图。 4）。当针“平面”插入时的软组织-针界面是镜面反射的一个很好的例子。如果入射的 US 光束以 90° 角到达线性界面，几乎所有生成的回波都将返回换能器。但是，如果与镜面边界的入射角小于 90°，则回波将不会返回换能器，而是以与入射角相等的角度反射（就像可见光在镜子中反射一样）。返回的回波可能会错过换能器而不会被检测到。这对疼痛医师具有实际意义，并解释了为什么可能难以对以非常陡峭的方向插入的针头进行成像以到达位于深处的结构。

图 4 不同类型的超声波-组织相互作用。（经参考文献 [6] 许可转载）

折射是指以不同的传声速度撞击两个组织的界面后传声方向的变化。在这种情况下，由于声音频率是恒定的，因此必须改变波长以适应两个组织中声音传播速度的差异。这导致声音脉冲在通过界面时重定向。折射是超声图像上结构定位不正确的重要原因之一。由于脂肪中的声速较低（约 1450 m/s）而软组织中的声速较高（约 1540 m/s），因此在脂肪/软组织界面处折射伪影最为突出。最广为人知的屈光伪影发生在腹直肌和腹壁脂肪的交界处。最终结果是通过腹部中线扫描时看到的深部腹部和骨盆结构重复（图5）。由于脾脏（或肝脏）和相邻脂肪之间的界面处的声音折射，在扫描肾脏时也会出现重复伪影[8]。

如果超声波脉冲遇到尺寸小于超声波波长的反射器，或者当脉冲遇到粗糙、不规则的组织界面时，就会发生散射。在这种情况下，通过各种角度反射的回波会导致回波强度降低。然而，散射的积极结果是一些回波返回到换能器，而不管入射脉冲的角度如何。大多数生物组织出现在美国图像中，就好像它们充满了微小的散射结构。在肝脏或肌肉等器官中提供可见纹理的散斑信号是在入射超声脉冲 [2] 体积内产生的多个散射回波之间的界面的结果。随着超声脉冲穿过组织，它们的强度降低或减弱。这种衰减是反射和散射以及类似摩擦损失的结果。这些损失是由脉冲产生的诱导振荡组织运动引起的，这导致能量从原始机械形式转换为热量。这种局部加热的能量损失被称为吸收，是美国衰减的最重要因素。更长的路径长度和更高频率的波会导致更大的衰减。身体组织之间的衰减也不同，在任何给定频率下，骨骼的程度最高，肌肉和实体器官的衰减程度较低，血液中的衰减程度最低。图。 6）。所有超声设备通过自动增加屏幕较深区域的增益（整体亮度或信号强度）来内在地补偿预期的平均衰减程度。这就是称为“后声学增强”的常见伪影的原因，该伪影描述了大血管或囊肿后方相对高回声的区域。图。 7）。与固体结构相比，含有流体的结构对声音的衰减要小得多，因此声脉冲在通过流体后的强度大于通过等量的实体组织后的强度。

图 6 超声波束在不同身体组织中随波频率的衰减程度。（经参考文献 [6] 许可转载）

图 7 腹股沟区股骨神经血管结构的超声图像。可以在股动脉深处看到高回声区域（箭头）。这种众所周知的伪影（称为后声学增强）通常可见于含流体结构的深处。 N股神经； A，股动脉；五、股静脉

5. B 模式超声的最新创新

在过去十年左右的时间里，大多数超声设备中出现的一些最新创新显着提高了图像分辨率。其中两个很好的例子是组织谐波成像和空间复合成像。

组织谐波成像的好处首先是在针对美国造影材料成像的工作中观察到的。谐波一词是指频率是发射脉冲频率的整数倍（也称为基频或一次谐波）[9]。二次谐波的频率是基波的两倍。当超声波脉冲穿过组织时，原始波的形状会从完美的正弦曲线变形为“更锐利”、更尖的锯齿形。这种扭曲的波又会产生许多高次谐波的几种不同频率的反射回波。现代超声设备不仅使用基频，还使用其二次谐波分量。这通常会减少近表面组织中的伪影和杂乱。谐波成像被认为对体壁结构较厚且复杂的“技术困难”患者最有用。

空间复合成像（或多波束成像）是指对来自阵列换能器的超声波束进行电子转向，通过使用沿不同方向定向的平行波束对同一组织进行多次成像 [10]。然后将来自这些不同方向的回波平均在一起（合成）成单个合成图像。多光束的使用导致散斑的平均化，使图像看起来不那么“颗粒状”并提高横向分辨率。空间复合图像通常显示降低的“噪声”和“杂波”水平以及改进的对比度和边缘定义。由于使用多个超声束询问同一组织区域，因此数据采集需要更多时间，并且与常规B模式成像相比，复合成像帧速率通常降低。

6。结论

US 在本质上相对便宜、便携、安全和实时。这些特征以及图像质量和分辨率的持续改进已将 US 的使用扩展到传统诊断成像应用之外的许多医学领域。特别是，它在辅助或指导介入程序方面的应用正在增长。区域麻醉和止痛药程序是当前增长的一些领域。现代美国设备基于 50 多年前使用的初始设备中采用的许多相同基本原理。对这些基本物理原理的理解可以帮助麻醉师和疼痛从业者更好地理解这个新工具，并充分利用它的潜力。