超声诊断 总论

第一节 超声成像(USG)的基本知识

超声成像

*后形成图形和曲线，借此进行疾病诊断的一种物理检查方法。

一、超声波的概念

波是日常生活中常见的现象。根据其性质 (力的作用) 基本上分为两大类： 电磁波 — 如无线电波、可见光、X线等。

机械波 — 如声波、水波、地震波等。

* 电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场的变化在空间的传播过程，它传播的是电磁

能量。它可以在真空中和介质中传播，在空气中传播的速度是：3×10KM/s

* 机械波是由于机械力(弹性力)的作用而产生，是机械振动在连续的弹性介质内的传播过

程，它传播的是机械能量。机械波只能在介质中传播，不能在真空中传播。它传播的速度比

电磁波要低得多。按其频率也可分为各种不同的波(见下页)。

* 超声波是一种机械振动，它与一般声波一样，必须在介质中传播，在弹性介质中传播时，

主要以纵波的形式传播，依靠介质内粒子产生压缩与稀疏的交替变化传播能量，所以它不能

在真空中传播。

超声波(ultrasound)是超过人耳听阈高限值(正常人耳接受声音频率范围为16～20000次/s，即

16～20000Hz)的声波。

医用超声波为1～10MHz，其中最常用的为1～5MHz。

(1M=100万) (＜1MHz由于波长较长，分辨力差，难以用于诊断; ＞10MHz的

探头难以做出，且穿透力差。所以，超声诊断中所研究的只是1～10MHz的机械波)

超声波在传播时，有波长(入→读作lambda) 、频率 ( f ) 及声速 ( C ) 3个物理量。

声速是指单位时间内在介质中传播的距离，单位为m/s，大小取决于频率和波长，并与介质

的弹性 ( K ) 和密度(ρ →读作rho) 密切相关。声速C可分别用下列两式计算：

C = f × 入

C = K /ρ

一般说来，超声波在固体中传播速度最快，液体中次之，气体中最慢。

频率(f): 声波每秒振动次数，单位为 Hz。 (1次/S＝1Hz)

波长(λ): 声波在一个振动周期内所通过的距离，单位为 mm。

声速(C): 声波在介质中单位时间内传播的距离，单位为 m/s。

人体软组织声速平均为1540m/s

二、超声波的物理特性

1.指向性(束射性、方向性)

超声波由于频率高、波长短，在介质中能定向成束传播，具有较好的直线性，多条声束可以

组成平面，对人体进行断面检查。在相同声源直径的条件下，频率越高，波长越短，其方向

性越好，分辨力越精细。在超声诊断中正是利用超声波的指向性来探测声束透视方向上介质

(脏器)的情况。

指向性（方向性，束射性）

2. 反射、折射与透射

声阻抗(Z)为介质密度(ρ)与介质中声速(C)的乘积 ： ( Z = ρ× C ) 以cm /s表示。 5

当两种介质的声阻抗差 > 0.1%时即产生声学界面而发生反射(小界面产生散射)。 声阻抗差愈大，反射愈强。 当超声彼从空气向任一种介质播时，由于声阻抗差最大，反射系数等于1，则产生 “全反射” 现象，超声波不能通过，这就使含气脏器 (如肺、胃肠道) 的病变探测遇到困难; 探头与皮肤间的界面亦是如此，为防止发生全反射, 常用耦合剂来构成透声通道。

大界面反射遵守Snell定律(即反射角与入射角相等)

由于在人体各种组织、脏器中的声速不同，声束经过这些组织间的大界面时产生声束前进方向的改变，称为折射。

当入射超声与界面垂直，入射角于0, 一部分声能循入射途径返回换能器(探头)，并在示波屏上出现回波; 另一部分能则穿过界面，垂直进入第二种介质，此即为透射。第三种与第四种介质的界面又会发生反射与透射，依此类推，直至声能耗尽。

平滑大界面如入射角过大，可使反射束偏离声源，则发生回声失落，而在声像图 (示波屏) 上不显示此一界面。

3. 绕射与散射

超声波在传播时，如遇小于超声波长 (1/2)的界面 (障碍物) 时，会绕过界面继续传播，称为绕射。

当入射超声遇到直径大大小于波长的微小粒子 (d<<入) 时, 微粒吸收声波能量后成为新的声源，再向四周各个方向辐射声波而形成球面波，这种现象称为散射。人体中发生散射的小物体主要有RBC ( 研制超声多普勒血流仪的依据 ) 和脏器内的细小结构 ( 超声成像法研究脏器内部结构的主要依据 ) 。

利用超声的反射只能观察到脏器的轮廓，而利用超声的散射才能观察到脏器内部的病变。

超声波的绕射

目标大小约为1/2λ或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。 超声波的散射

遇界面远小于波长的微小粒子，超声波将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏器内的细微结构。

4. 分辨力与穿透力

分辨力是超声波能分辨并显示出最短距离两个界面的能力 (又分纵向、横向与轴向分辨力) 。

超声波在人体组织中传导有穿透力 (透射) 。超声频率高，波长短，则穿透力差，易被组织吸收(但分辨力强); 频率低，波长长，则穿透力强 (但分辨力差) 。 分辨力与穿透力

频率高，分辨力好，穿透力差

频率低，分辨力低，穿透力强

临床应用：

检测浅表器官，采用高频探头—如眼、甲状腺、乳腺等。

检测深部脏器，采用低频探头—如内脏、肥胖者。

当超声在人体软组织中传播时， ∵Ｃ=f ×λ

由于C不变 ∴ f 与λ成反比。

临床上，超声探头频率越高，则波长越 短 — 分辨率越高，穿透性越差。 反之，超声探头频率越低，则波长越长 — 分辨率越差，穿透性越好。

*临床上理想的仪器应是分辨率高，穿透性强的，即二者兼具。

5. 衰减

超声波在介质中传播时，声能隨着传播距离的增加而减少，这种现象称为衰减。

导致衰减的主要原因有:

⑴在传播方向上的声能分散

⑵吸收

①黏滞吸收

②热传导吸收

吸收与衰减

吸收：超声在介质中传播时，由于介质的粘滞

性、导热性等因素，一部分声能不可逆的转

换成其他形式的能量，使声波能量耗损称为

吸收。

衰减：是指由于界面上的反射、折射、远场扩

散和吸收，使声能随着传播距离而减弱的现

象。

*衰减量=频率×深度

频率高，衰减重

6. 多普勒效应 (Doppler effect)

入射超声波遇到活动的界面时，散射与反射回声的频率会发生改变，这种现象称为多普勒效应。

*发射超声频率与反射超声频率之差称为多普勒频移。

界面向着声源运动时，反射频率增高，称正频移;

界面背离声源运动时，反射频率降低，称负频移。

频移的大小与相对运动的速度成正比。

利用多普勒效应可测算出有无血流或组织的活动、活动方向及活动速度。 新近则发展成彩色多普勒超声血流成像系统。

多普勒效应：声源遇到与其做相对运动的界面时，造成反射频率不同于发射频率的现象。 多普勒频移：多普勒效应时，发射频率与反射频率之差。

当火车朝向你开来时，声音不断变强：离你而去时，声音逐渐变弱。这种声音的变化称为多普勒效应。

多普勒就是利用这种效应，在生物体内将探头发射超声后接收到的红血球散射信息转换为血流图或频谱曲线进行超声诊断。

三、人体组织结构的回声性质与超声图像诊断

(一)人体组织结构及病灶的声学分型 超声图像是由许多像素所构成，像素的亮暗反映了回声的强弱。反映在荧光屏上从最亮到最暗， 即从 白 →灰 → 黑 的像素变化过程称为灰度，将灰度分为若干等级即为灰阶。人体被测脏器与病灶的断面图像可根据各种不同界面的灰阶强度来进行描述。 按其声学特征，可将人体组织器官及病灶组织分为下述几种声学类型。

1. 无回声型 液体，为无回声暗区。

2. 弱回声型 如肾锥体和正常淋巴结 (为透声较好的暗区) 。

3. 低回声型 如肾皮质 (为灰暗水平的回声) 。

4. 等回声型 如正常肝、脾、子宫、心肌等实质脏器。

5. 高回声型 反射系数 > 0.20左右，为结构复杂、

排列无一定规律的实质性组织 (或病变) 的回声， 如肾窦、乳腺、纤维组织、肝硬化、肝癌、葡萄胎、畸胎瘤等 (灰度较明亮，后方不伴声影) 。

6. 强回声型 反射系数 > 0.50以上，灰度明亮，后方常伴声影，如结石和各种钙化灶 (因超声波发生绕射所致) 等。

7. 含气型 含气组织的反射系数等于1，与软组织的声阻抗相差3000倍以上，声能几乎全部被反射，不能透入下一组织，界面后方的组织结构不能显示， 如肺、胃肠道等。

人体组织的声学特征

无回声（无反射）型 — 胆汁、尿液、血液

低回声（少反射）型 — 肝、脾

强回声（多反射）型 — 血管壁、结石

极强回声（全反射）型 — 肺、胃肠道

回声类型

肝(等回声型)

胆汁(无回声型)

胆囊壁(高回声型)

( 二 ) 超声图像诊断

1. 定位诊断 确定病变的解剖部位。

2. 定量诊断 测定脏器径值、角度、管腔内径、壁的厚薄、区域面积、周长及病灶范围等; 产科方面可估测孕龄、预产期，预报胎儿出生体重等，以达到量化诊断。

3. 定性诊断 包含两种含义:

⑴物理性质

⑵病理性质 常见病理声像特征可从以下几个方面进行分析观察: 肿瘤、炎症、积液、纤维化、结石、钙化及骨骼、金属异物、气体等。

四、超声诊断原理及类型

( 一 ) 超声波的发射与接收

超声波的发射与接收是利用换能器 ( 探头 )内晶体的压电效应来完成的。 *利用逆压电效应产生声波;

*利用正压电效应接收反射回来的声能，通过主机接收并予以放大处理。 以不同方式显示于显示屏上，此即不同类型超声诊断法的基础。

(二)超声诊断仪的类型

目前临床最常用的是按显示回声的方式进行分类。

1.A型诊断仪

A型(amplitude mode)诊断仪—其显示方式为脉冲回声式、振幅调制型。

示波屏的X轴自左至右代表回声时间的先后次序，它一般代表人体软组织的深浅; 而Y轴自基线上代表回声振幅的高低。

Ａ型（超声示波法）

机理：以波幅变化反映回声情况

特点：一维波形图，不直观

用途：鉴别液、实性包块，测距离目前临床不再使用

2.B型诊断仪

B型 (brightness mode)诊断仪 — 其显示方式亦属脉冲回声式、辉度调制型。 其完整含义为超声成像诊断仪，它包括下列重要概念：

回声界面以光点表达;

各界面回声振幅 (或强度) 以辉度 (灰阶) 表达;

声束顺序扫切脏器时，每一单条声束线上的光点群按次序分布成一切面声像图。当成像速度达到24～30幅/S(帧频＞24f/S)时，则能显示脏器的活动状态，称为实时显像。 Ｂ型（超声显象法）

机理： 不同的光点反映回声变化，用切面显示正常组织与异常组织

特点： 二维断面图像，灰阶/彩阶实时显示，直观

用途： 极其广泛

B型显示的是人体组织的二维解剖断面，又称二维或切面法。

肝脏B超

心脏B超

B型根据探头与扫查方式又可分为:

⑴线扫—用于浅表脏器的探查;

⑵凸弧扫—多用于腹内脏器探查;

⑶扇扫—用于心脏探查;

⑷圆周扫—用于腔内探查。

*B型是临床使用最广泛的超声诊断法，且

为M型、D型超声诊断法的图像基础。

各种超声探头

探头类型

超声探头与扫查方式

常规探头：扇型、线阵型、凸弧型

专用探头：腔内探头（食管、直肠、阴道）术中探头

穿刺探头

B型超声扫查方式示意图

凸弧型探头扫查

凸弧型B超切面

线阵型探头扫查

线阵型B超切面

扇型探头扫查

扇型探头B超切面

3. M型诊断仪

M型 (motion mode) 诊断仪—其显示方式亦属脉冲回声式、活动显示型 ( 辉度+幅度调制型 ) 。其原理为:

单声束取样获得界面回声;

回声辉度调制;

示波屏y轴代表界面深浅;

示波屏x轴为慢扫描时间基线，代表在一段较长时间内 (数秒至数十秒) 的超声与其他有关生理参数的显示线。

M型诊断仪可丰富、完善扇扫的图像诊断。

Ｍ型（超声扫描法）

机理： 以单声束取样，获得活动界面回声，

再以慢扫描方式展开

特点： 一维→时间运动曲线图

用途： 分析心脏和大血管的运动幅度

M型曲线图

4. D型诊断仪

D型诊断仪其显示方式为差频回声式。利用多普勒 (Doppler) 效应原理，发射固定频率的脉冲式或连续式超声，提取频率己经变化的回声 (差频回声) ，将多普勒频移用各种方式显示于示波屏上。

临床上又分为两种:

二尖瓣血流CDFI

二尖瓣血流－PW

D型（超声多普勒法）

机理：利用Doppler原理对心血管内血流进行探测分析

频谱多普勒（PW+CW）

以频谱曲线显示，检测血流动力学参数

彩色多普勒血流显像（CDFI）

彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质

( 1 ) 彩色多普勒血流显像 (color Doppler flow imaging，CDFI )

在实时二维图像上叠加彩色编码的实时显像方法 (显示血流) 。通常用：

红——黄色谱代表血流朝向探头，红色表示低流速，愈往黄色流速愈高，最高流速为亮色; 蓝——绿色谱表示血流背离探头，并用蓝色表示低流速，愈往绿色流速愈高，最高流速为白色。

( 2 ) 频谱多普勒 为幅度调制型。

又可分为：

脉冲多普勒 (pulsed wave doppler , PW )

连续多普勒 (continual wave doppler , CW )

其中：

PW定位准确，但可测最高流速受限;

CW可测最大流速不受限，但定位不准确。

五、超声检查的特点及应用范围

(一) 超声诊断的优点

1. 无创性

2. 取得的信息量丰富

3. 动态实时显示

4. 能发挥管腔造影功能

5. 对小病灶有良好的显示能力

6. 能取得各种方位的切面图像，并能准确定位及定量测量

7. 能准确判定各种先天性心血管畸形的病灶性质和部位

8. 可检测心脏收缩与舒张功能、血流量、胆囊收缩和胃排空功能

9. 能及时取得结果，并可反复多次进行动态随访观察

10. 对危重病人可进行床边检查

超声波的特点和优点

USG特点：

对软组织的分辨能力强

信息的显示有多种方法

USG优点：

无损伤、无痛苦、无辐射

实时、快捷、准确、方便

( 二 ) 超声诊断的应用

*脏器病变的形态学诊断和器官的超声大体解剖学研究 *功能性检测

*介入性超声的研究

图像记录和保存方式

照片

波拉一次成像

热敏打印记录

录像

磁光盘

计算机工作站

第二篇：超声波总结1

超声波检测检测技术总结

我叫王景人，40岁、高级工程师，19xx年7月毕业于武汉化工学院机械工程系化工设备与机械专业。分配在陕西省石化厅锅炉压力容器检测中心站工作，并开始从事无损检测工作。检验的主要对象是我省石油化工企业在用压力容器。20xx年6月调入陕西省锅炉压力容器检验所，继续从事无损检测工作。 89年5月取得RT（Ⅱ）资格，89年6月取得MT（Ⅱ）、PT（Ⅱ）资格，90年7月取得UT（Ⅱ）资格，20xx年12月取得RT（Ⅲ）资格，20xx年12月PT（Ⅲ）资格，20xx年12月取得MT（Ⅲ）资格。现同时持有压力容器检验师（RS）、锅炉检验师（GS）及压力管道检验员（GD）资格证书。工作19年来，参加了我省许多大型锅炉压力容器等特种设备的无损检测工作。

在承压特种设备的检验中，无损检测是决定我们检验工作质量的最主要工作之一。超声波检测由于具有如下优点：1、穿透能力强，可对大厚工件内部缺陷进行检测2、面积型缺陷检出率高；3、适用于各种试件，包括对接焊缝、角焊缝、板材、管材、棒材、锻件及复合材料等。4、缺陷定位准确5、灵敏度高，可以检测工件内尺寸很小的缺陷；6、成本低、速度快，仪器体积小，重量轻，现场使用方便。成为无损检测最应用为广泛的检测方法。

现结合在役超高压水晶釜检验工作，就超高压水晶釜检验工艺谈一些体会。 不妥之处，敬请老师批评指正。

一、 超高压水晶釜基本情况及具体参数

超高压水晶釜是用于在高温、高压工况下进行人工合成人造水晶的一种超高压容器。通常超高压水晶釜主体材质为PCrNi3MoVA的锻钢（经机械加工内外壁，底部用堵底螺丝封堵，上端用卡箍和堵塞进行密封）。

φ250超高压水晶釜具体参数如下：

设计压力：151 Mpa 材质：PcrNi3MoVA

工作压力：137 Mpa 介质：碱溶液

设计温度：400 ℃ 容积：0.22m3

筒体厚度：93 mm 内径：250mm

制造：国营内蒙第二机械制造厂

二、超高压水晶釜容器特点分析

1、、内径小、壁厚大应力复杂（三向应力），

且应力分布不均匀。内壁承受周向应力最大。

外壁最小，以内蒙二机生产超高压水晶釜

为例，内外壁周向应力相差达98％。如图1 2、外部电加热内壁受到拉应力，使内壁

综合应力状况恶化。

3、超高压水晶釜在运行时，由于进出物料及水晶种挂架、铲料很容易在内壁产生使用缺陷，特别是纵向裂纹、刮痕、划伤等缺陷。

以上分析可知，超高压水晶釜的危险点将首先在内壁表面及其近表面。这也是超高压容器制造和检验验收内壁比外壁严格的主要原因。也是定期检验的重点，由于内径小、长径比大，表面探伤非常困难，所以首选超声波检测。但是，20xx年1月1日之前，我国超高压水晶釜的定期检验依据只有19xx年12月原劳动部颁布的《超高压容器安全监察规程（试行）》。该《规程》规定，必要时应进行超声波检测，但该《规程（试行）》中有关超声波检测的要求和验收标准只针对制造过程中的釜体超声波检测，并无在役超高压容器超声波检测的验收标准。国家质监总局20xx年11月8日颁布的《超高压容器安全监察规程》

TSG R0002—2005第58条（四）款中关于定期检验超声波检测及验收标准，仍然按照《规程》第34条制造要求规定。前面分析知道，在役超高压水晶釜和制造高压水晶釜进行超声波检测应各有侧重，验收标准概念不同，制造期间的超高压容器超声波检测以原材料及制造过程中产生的缺陷为主，而在役超高压水晶釜应以是否存在有应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹等裂纹类缺陷为主，该类缺陷最有效的检测方法是进行横波检测。尽管《规程》第34条规定了验收标准和横波检测的要求，但是该验收要求显然不适用于横波检测，因此超高压水晶釜进行横波检测存在空白，给超声波检测和最终检测结论带来不便。

三、超声波检测工艺条件的讨论

1、探头选择： 如图2 纵波直探头：2.5P20

横波斜探头：2.5P13×13K1

专用横波斜探头：2.5P13×13入射角α=28.5○的斜探头

入射角28.5选择理由如下：

Tm=93mm、D=250＋186=436mm Sinβ=1-2Tm/D

有机玻璃中：CL1=2730m/s，钢中：Cs2=3230m/s

所以入射角α≤Sin-1（Sinβ×CL1/ Cs2）≈28.988○

即探头入射角α应小于28.988○横波才能扫查到釜体内壁。有机玻璃/钢界面 第一临界角αⅠ=27.6○，为了保证釜体中纯横波探伤，故选择入射角α=28.5○的

探头能够扫查内表面

探头耦合面与水晶釜外径相同，利于入射点与釜体周向耦合。

2、对比试块：材料及尺寸应与超高压水晶釜釜体相同

1）、纵波探伤试块：（GYF-1）

该试块（如图3）用于纵波直探头探伤时灵敏度的调节。

图3

2）、K1横波斜探头探伤试块：（GYF-2）

a b

图4

该试块（图4）上加工有两个周向单V型槽（位置如图4），角度300，深度：

1%壁厚（0.9mm），槽长25mm，用于K1横波斜探头外圆面轴向扫查时灵敏度的调节。

3）、专用横波斜探头探伤试块：（GYF-3）

a b

图5

基准反射体选择内外表面1mm深、长25mmV型60○人工缺陷；距离内表面10、

、30、40、60、80mm处6个φ2通孔，相隔18○ 如

3。

图3

c、验收标准：用入射角α=28.5○做周向双向扫查，釜体内表面20m范围内不允许存在1mm深、长25mmV型槽当量的缺陷及裂纹；距离内表面20mm起至外表面不允许存在1mm深、长25mmV型槽当量的缺陷及裂纹。此验收标准严于《规程》要求，但符合《规程》第34条4.3规定。也符合“内严外宽”的精神。 故特制定工艺如下：

3、检验方法

4.1 用2.5P13×13K0.68（入射角α=28.5。）的斜探头做周向双向扫查（图1），检查与轴线平行的径向缺陷。用超高压水晶釜1mmV型槽对比试块调节距离—波幅曲线，作为基准灵敏度。

4.2用2.5P13×13K1的斜探头做轴向双向扫查（图2），检查与轴线垂直的径向

缺陷。用超高压水晶釜1mmV型槽对比试块调节距离—波幅曲线，作为基准灵敏度。

4.3用直探头从外圆面对进行检测（图3），检查与轴线平行的周向缺陷。缺陷灵敏度可用底波调节法，灵敏度不得低于内表面处φ2mm平底孔当量直径。

图2 图3

5.缺陷记录

5.1

周向检测：超过距离—波幅曲线一半的缺陷反射波。

5.2轴向检测：超过距离—波幅曲线一半的缺陷反射波。

5.3纵波检测：采用计算法或AVG曲线法缺陷当量，当材质衰减系数大于4dB/m，应予以修正。当量直径≥φ2mm的单个缺陷及位置、φ2mm当量直径的密集缺陷区。

6.复验 对发现的缺陷应由其他Ⅱ级以上人员或采用其它方法检测确认 7验收条件

7.1周向扫查：a、釜体内表面20mm范围内，不允许存在1mmV型槽当量的缺陷

及裂纹；

b、釜体内表面20mm起至外表面，不允许存在1mmV+10dB型槽

当量的缺陷及裂纹。

7.2轴向检测：a、釜体内表面20mm范围内，不允许存在1mmV型槽当量的缺陷

及裂纹；

b、釜体内表面20mm起至外表面，不允许存在1mmV+10dB型槽当

量的缺陷及裂纹。

7.3纵向检测：a、不允许有φ3mm当量直径的单个缺陷或超过φ2mm当量直径的

密集缺陷区存在；

b、内壁和开孔部位沿边缘50mm厚度范围内，不允许有φ2mm当

量直径的单个缺陷存在。

超声波检测技术工作总结

报考项目： UT

考 核 号：

组 别： 第 组

姓

20xx年6月日