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眼科超音波
Ultrasound
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常用眼科超音波
A-scan(眼轴长测量)
B-scan
Pachymeter(角膜厚度测
量)
Phaco(超音波晶体乳化)
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A-mode
以振幅(Amplitude)显示
为早期普及超音波诊断设备,目前眼科仍广泛使用,
具有疾病诊断及生物测量功能.
将组织界面反射讯号显示为垂直的波峰,形成一维影
像,超音波传递时间代表反射界面的距离.距离越远
,波峰位置越后面,波峰高度表示反射强度,反射越
强,波峰越高.
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眼科A-scan 测量
眼轴长度测量波形
人工晶体度数计算
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B-mode
以亮度(Brightness)显示
目前广泛用於眼科病变二维超音波诊断
反射波以不同灰阶亮度的亮点表示,也就是每一个反
射波在萤幕上显示成一个光点,光点亮度代表反射波
强度,越亮表反射波越强.
藉由探头扫描移动,显示被扫描截面的反射波,形成
二维影像.
眼科使用扇形扫描,探头作
扇形转动,形成扇形影像输
出,一般说来,探头小,使
用方便,解析度高.
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眼科B-scan扫描
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D-mode
都卜勒(Doppler)效应原理-由於反射面的移动,造成反
射波的频率和入射波不同.如果反射面朝向射源方向
,则反射频率增加,反射面离射源移动,则反射频率
降低.
可应用於测量血流方向及流速
探头发出固定频率超音波,当探头和血液中运动的血
球细胞间有相对运动,则反射波频率发生改变
眼科中多以彩色表示血流方向,灰阶度表示速度
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超音波显微镜
(Ultrasound Biomicroscopy ,UBM)
一种利用超高频超音波对眼前部结构进行类似低倍显
微镜检查的一种新的影像检查方法.
一般频率在50-100MHz
影像解析度高但穿透性差,仅能观察4mm左右眼前部
位变化
原理与B-mode相同
青光眼组织结构变化筛选
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Pachymeter
角膜厚度测量
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超音波
Ultrasound
声音依据频率(frequency)来分类
Infrasound(低音波,亚声)频率低於20 Hz.
Audible sound(可听见的声音)频率在20 到20
kHz.之间
Ultrasound(超音波)=>频率高於20 kHz.
Medical Ultrasound(医用超音波)频率通常在
3.5 到50 MHz.间
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频率
Frequency
Frequency (Hz)=每一段时间(秒)内机械变化或者振
动的数量.时间间隔(声波的周期)越短则频率越高.
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传递
Transmission
超音波可穿透软组织(soft tissue)与流体(fluid)
超音波不容易穿透骨骼(bone), 因为其高吸收特性
(absorption)
超音波不容易穿透空气,因其不易反射(reflection)
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超音波的连续模式与脉冲模式
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单元换能器
Single-element transducer
Maching Layer
媒介层
压电晶体Damping
Material 阻尼物
质
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阻尼物质
一种金属粉末和塑胶或树脂的混合物
连接於换能器背面,作为减少各脉冲中之周波次数
减短脉冲时间,增加轴向解析度
减小超音波振幅,降低系统效率和灵敏度
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媒介层
位於换能器主要元件压电材料前端
阻抗值介於压电材料与组织间
目的:减少换能器表面超音波的反射,增进声音的传
导
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压电效应
Piezoelectric Effect
声音能
量输出
电压输入
声音能
量返回
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震荡激励
Shock Excitation
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工作因子
Duty Factor
脉冲使用时间对全部时间的比值
CW 波的工作因子
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纵向声波
Longitudinal Waves
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周期和脉冲时间
Period and Pulse Duration
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波长和空间脉冲长度
Wavelength and Spatial Pulse Length
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声波反射
Sound Reflection
Sound Reflection发生在声音的介面(acoustic interface)
Acoustic Interface是两种介质的分介面,其声阻抗
acoustic impedance)不同
Acoustic Impedance与材料或组织的密度有关
不同的声阻抗影响声音在介面能量传递与反射
声阻抗差异越大,反射越多,穿透介面的就越少.
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声音在组织的传递
Sound through Tissue
Transmitted-声音穿透介面
Reflected-声音在介面的
反射(大部分是镜面)
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声音在组织的传递
Sound through Tissue (continued)
折射(Refracted)-声波入射通过
界面在或大或小的角度(界面两边
的介质声波速度不同)
散射(Scatter)-声音从界面
散射(非镜面).
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频率和周期
频率越高周期越短
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频率和波长
频率越高波长越短
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典型的反射比例
(脂肪-肌肉)
(脂肪-骨)
(组织-空气)
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衰减Attenuation
声波经传递进入人体组织后,强度和振幅会逐渐降低
原因:吸收,反射,散射
衰减系数:声音行走方向每单位长度的衰减值(dB/cm)
频率增加导致衰减系数增加
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解析度
Resolution
影响解析度的因素有
Frequency-频率越高,解析度越高
Bandwith-频宽越宽,轴向解析度(axial resolution)越
高
Transducer diameter-直径越大,横向解析度(lateral
resolution)越高
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解析度
Resolution of ultrasound
是萤幕上能分辨两个物
体间最小的距离
Axial Resolution= 能分辨在声束方向两个物体间最小的距离
Axial Resolution=
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解析度
Lateral Resolution= 能分辨横过(across)声束方向两个物
体间最小的距离
Lateral Resolution=
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基本脉冲反射系统
Basic Pulse-Echo System
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Ultrasound System
Pulser/Emitter(脉冲器/发射器)-提供震荡激励(电压)
给换能器
Receiver/Amplifier(接收器/放大器)-经由换能器处理
反射回来的讯号
Timing (定时器)-控制发射脉冲与接收讯号的时间,
确认每个接收的脉冲在正确的轴向上显示
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Receiver / Amplifier
增益(Gain ,dB)-整体的增益控制接收反射讯号的强度
,增益越高,强度越高(亮度越亮).
时间增益补偿(TGC ,dB)-Time GainCompensation -
深度越深的反射波渐进式的放大,使不同深度的反射
波讯号等化.
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增益Gain
High Gain (80 dB)
低反射的组织也会显示出
来,高反射组织变得很亮
(过饱和)
Med. Gain (66 dB)
在高与中度的反射组织
都有不错的亮度显示(好
的灰阶度)
Low Gain (38 dB)
度度与中度的反射组织
显现不出来,只有高反
射组织分辨的出来.
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Receiver / Amplifier(continued)
动态范围(Dynamic Range ,dB)-最大与最小讯号比值
,动态范围以一系列的灰阶来显示,范围越大,灰阶
度越好,组织辨别效果也越好.
增益范围(Gain Range)-最大显示讯号与最小显示讯号
的范围(dB)
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反射波显示
*反射波受什麼因素影响:
增益:gain越高,反射波越高/越亮
声波方向:与组织正交的反射波越高/越亮
组织的密度:组织密度越高,反射波越高/越亮
A-Scan -反射波的强度以高度(也就是amplitude)来表示
B-Scan -反射波强度以亮度来表示
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Focusing
声波经由换能器(transducer)弧面形状来对焦,超音波进
入眼球后,眼球的光学结构会轻为离焦(defocus)现象,
特别是水晶体.
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速度(Velocity) / 传递(Propagation)
声音通过某介质(组织)以及反射的速度,测量单位为米/
秒
Tissue Velocity=
Distance=
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声波在眼睛组织的速度
声波在一般眼球的传递速率如下:
角膜(Cornea) C = 1620 m/s
前房(Anterior Chamber) AC = 1532 m/s
晶体(Lens) L = 1641 m/s
玻璃体(Vitreous) V = 1532 m/s
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声音的速度
4080骨Bone
1585肌肉Muscle
1570血液Blood
1640透明的晶体Clear lens
1532房水和玻璃体Aqueous & Vitreous
1540软组织Soft tissue
1450脂肪Fat
5000金属Metal
1430纯水Pure Water
330空气Air
M/sMaterial
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超音波模式-A
A-Scan:一维振幅显示(One Dimensional (x) Amplitude
display)
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超音波模式-B
B-Scan:藉由移动换能器以二维亮度显示(Two
Dimensional (xy) Brightness display Moving Transducer)
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超音波模式-3D
三维断层扫描3D Tomography:
Three Dimensional (xyz)
Brightness display -- Threshold display
旋转和移动换能器
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3D影像
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3D影像强化处理
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3D测量-体积
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诊断超音波
评估玻璃体-视网膜的结构
从介面侦测玻璃体-视网膜结构的异常现象
评估眼球的肿瘤结构(大小,形状)与区分.
当眼球受外伤时(包含异物)的评估..
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B-Scan筛检
B-Scan 用来筛检眼睛不透明物质,如下:
不透明的角膜
外伤
糖尿病
瞳孔或晶体后膜
白内障晶体
玻璃体出血
其他的玻璃体混浊
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眼轴长测量技术
测量前角膜(anterior cornea)到视网膜黄斑部(retina at the
macula)的距离
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眼轴长测量技术
探头Probes
分成固态(Solid)与装水(water-filled)
(optional: "soft touch" spring-loaded)
频率: 8-10 MHz
清洁: 70% 酒精
校正: 每星期或每个月
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眼轴长测量技术
影响反射波振幅的因素:
介面的密度排列
声波与介垂直的程度
调整Gain设定值
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眼轴长测量技术
Gates: 透过电子方法来测量距离
Two gates: 角膜到视网膜(平均声波速度)
Four or five gates: 角膜, 前房,水晶体, 玻璃体(每一部份
以适合的速度来测量)
波峰的初始位置
Gates 在萤幕上可以看得到
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眼轴长测量技术
超音波在不同介质的速度
无晶体眼(Aphakia): aqueous/vitreous 1532 M/sec
晶体Lens (crystalline) 1641 M/sec
有晶体眼平均Phakia(average) 1550 M/sec
假晶体(Pseudo-phakia)
- PMMA lens - 2718 M/sec
- Crystalline lens - 1641 M/sec
- Silicone lens - 1049 M/sec
- Silicone oil - 986 M/sec
- Acrylic IOL - 2120 M/sec
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眼轴长测量技术
测量模式
"Auto Freeze": 仪器选择扫描
-正常眼, 有白内障眼睛
-稳定固视
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眼轴长测量技术
测量模式
手动定格(Manual Freeze): 检查者选择扫描
-固视较差
-无法垂直
-没有晶体(Aphakia)和已装了人工晶体(pseudo-
phakia)
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眼轴长测量技术
点麻醉药剂
病人固视
探头轻轻接触眼睛
仪器萤幕摆在方便观看的地方
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眼轴长测量技术
无法自动测量
后极部葡萄膜肿伴有黄斑部倾斜
无晶体(Aphakia)
假晶体(Pseudo-phakia)
严重白内障引起的前房变浅
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眼轴长测量误差
测量值过短
角膜压迫
-探头接触角膜便要测量
-监控前房深度
Gate位置出错
视网膜脉络膜隆起
声速过低
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眼轴长测量误差
探头位置离开视轴-眼轴长太短
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眼轴长测量误差
测量值过长
探头和角膜间的流体
-擦掉眼睛周围过多的泪液
-测量前不要点任何药膏类物质
视网膜gate或晶体前后gate出错
声束没有和黄斑部垂直
-测量了巩膜而不是视网膜
倾斜声束入射角度
增益可能太低
眼轴长测量中断
-葡萄肿(Staphyloma)
黄斑倾斜(Mascular sloping)
后极部葡萄肿但不在黄斑(Staphyloma at posterior pole but not at
macula)
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眼轴长测量误差
探头位置离开视轴-眼轴长过长
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眼轴长测量误差
不容易获得好的扫描
问题
-眼睛游移不定
-斜眼
-过多眨眼
-乾眼