超声波衰减机制
当声波穿过组织时,声波的能量会丢失或衰减。声波衰减的机制包括反射、散射、干涉及吸收。反射是让信息以机械能的方式返回换能器的关键物理现象。当超声波击中一个物体、物体表面或两个不同组织的边界(称作“界面”)时反射就会发生。超声波击中目标的大小和形状及击中时的角度是反射能量多少的决定因素。界面反射超声波能量的多少也由两种组织交界的声阻抗决定,声阻抗这种属性受组织的硬度及密度影响。不同的声阻抗就能帮助我们鉴别不同组织的界面(表3-1)。
表3-1 在进行泌尿系超声检查时不同组织的密度及声阻抗
肾周脂肪与肾不同的声阻抗导致两种组织的界面在图像上有明显的视觉差别。如果两种组织的声阻抗差别很小(如肝与肾),两种组织界面的差别在图像上就不明显(图3-8A)。如若两种组织的声抗阻区别很大,就会产生很明显的超声波反射,进而在界面的远端产生声影(图3-8B)。
声波的散射发生在声波击中一个小或不规则的目标时。由此产生的球面波会与周围散射物体的反射波发生重叠(图3-9)。
图3-8 A.在这幅肾矢状面超声图中,肾周脂肪较少且肾脏与肝脏声阻差距较小,故分辨肾与肝的界面较为困难(长箭头所指处);B.因尿液与膀胱结石(长箭头所指处)声阻抗的巨大差距导致强烈的声波反射及衰减,故在结石的远端形成声影(短箭头所指处)
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图3-9 声波的散射发生在声波击中一个小的目标时,这导致声波能量分散,通常进而形成干涉
当相交互的声波处于同相位或反相位时它们的振幅会相互增强或减弱。这种干涉模式部分影响器官超声图像的回声结构与质地。我们通常称作“斑点”(图3-10)的一种干涉模式常见于细腻的内脏器官(如睾丸的声反射)。
图3-10 细腻的内脏回声称作“斑点”,是由声波散射进而造成干涉形成的。注意图中细小的颗粒状均匀回声(箭头所指)的睾丸实质
声波的机械能转化为热能时会出现声波的吸收。波的吸收与声波的频率成正比。入射声波的频率越高,被组织吸收的能量越多,组织升温越高。这直接导致越高频率的声波,其衰减速度越快,穿透深度越浅(图3-11)。
图3-11 声波频率与其组织穿透深度的关系。高频声波会快速地发生衰减并无法穿透至组织深部。相反的,低频声波发生相对较少的衰减,可以穿透至较深的组织结构部位