作者：刘大为,王小亭
出版社：人民卫生出版社
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重症超声试读：
前言
重症医学以令人瞩目的速度快速发展着，而其中最令人兴奋的事件之一是原本就已经存在，因为重症而焕发的超声技术，即重症超声（critical ultrasonography，CU）迅猛地在重症医学领域生根、发芽、结果，并成为重症医学科（intensive care unit，ICU）必不可少的诊疗工具。
重症超声不同于传统的诊断超声，实施者和影像结果解读者均为ICU医生，ICU医生首先发现问题，然后将重症医学诊疗思路借助超声这一影像学工具在床旁实现，而不是借助中间人、借助影像学报告解决问题，也正是这个原因使得重症超声在重症领域得到迅猛发展，甚至从心、肺、血管逐渐发展为全身超声（whole-body ultrasound），而重症相关操作的可实施性与安全性也因为重症超声的介入而得到进一步发展。
在不远的将来，ICU医生将会随身携带超声，或者在ICU，甚至医院的每个角落里遍布超声，为随时可能出现的重症患者服务。重症超声将会借助超声新技术，同时从不断应用中创新性发展从而推动重症医学的变革。
本书针对重症医学的专业人员编写，对其他专业的医务人员在重症超声的学习上也有重要的帮助作用。本书的作者包括了我国重症医学的著名教授，更是包括了一些近年来在重症医学领域崭露头角，并“痴迷”于重症超声临床应用推广与科研创新的青年专家学者。作者们根据临床工作与重症超声应用的经验，大量查阅文献，力求从重症医学的角度，把重症超声相关的基础知识、临床实践技能、不同重症的应用特点、学术发展的重要位点等在全书中体现。
重症医学发展迅猛，因而重症超声发展也日新月异，所以由于时间与水平有限，书中一定有不当之处，恳请读者指正。刘大为2017年1月绪论 重症超声与重症一、重症超声的历史
重症医学（critical caremedicine）是研究任何损伤或疾病导致机体向死亡发展过程的特点和规律性，并根据这些特点和规律性对重症患者进行治疗的学科。中国重症医学的理念起步于20世纪70年代初期。随着第一个重症医学科病房（ICU）的建立及之后ICU逐渐在医疗工作中起到的不可比拟作用，重症医学已经成为中国医疗卫生系统中不可缺少的重要组成部分。今天，作为临床二级学科、具有丰富学术内涵的重症医学，正在系统化、规范化的道路上持续发展。在重要器官功能，如循环功能、呼吸功能、肾脏功能等器官功能的监测评估和支持方面，重症医学开始表现出自己明确的专业特点。其中，由于超声具有动态、实时、可重复的特点，不仅可以用于病情评估，还可以进行动态监测，与其他监测手段共同获得重症患者相关的重要监测和评估数据，为诊断与治疗调整提供及时、准确的指导。因此，由于重症医学的发展，赋予超声新的内涵和功能，被逐渐称为重症超声，正如 《重症血流动力学治疗-北京共识》所述：重症超声是在重症医学理论指导下运用超声针对重症患者，问题导向的多目标整合的动态评估过程，是确定重症治疗，尤其血流动力学治疗方向及指导精细调整的重要手段。
重症超声的发展离不开重症医学理念内涵和技术的快速进步，正在影响着重症监测与支持技术应用的改变与发展。因为重症的特色是患者复杂的发病机制和瞬息的多系统多器官性损害，同时对治疗有着迅速的反应，超声作为重症患者监测评估的一部分，自身的快速发展一方面使重症患者的评估监测更加方便直观和准确；另一方面，如果没有对重症医学理念的深刻理解和对患者病情变化的细微观察和思考，超声技术就只能是技术的进步。
自20世纪50年代起，超声被逐渐广泛应用于疾病诊断、筛查和辅助治疗，大多由放射科医生和有资质的超声科医生实施。在之后近20年，随着一些临床医学学科的快速发展，因为超声床旁、可视、便捷和一些特殊评价监测功能，快速被临床医师认知而掌握应用。心脏超声在ICU中应用的发展非常具有代表性。早期在ICU，心脏超声大多由心脏专科医生来做，主要目的是帮助诊断心血管疾病。当时，心脏超声被限制于检查心脏和大血管的解剖结构，快速准确地获得图像，有助于诊断一些急性心血管疾病，如心脏压塞、急性心肌梗死（心梗）的并发症、自发的主动脉夹层和创伤性主动脉损伤等。20世纪70年代，随着漂浮导管作为重要的血流动力学评估工具进入临床，对重症患者循环功能的改变有了更深入的认识，更加具体地探寻到休克的血流动力学内涵；循环支持性治疗从根据血压、心率等常规指标，发展到可以直接面对心输出量、前负荷、后负荷等重要基本因素，乃至氧输送的精确指导，并将这些原本孤立的参数变成连续动态的、定量的指标，与治疗紧密联系。心脏超声因为二维技术联合多普勒模式来测量每搏量和心输出量与漂浮导管热稀释法测量非常一致，又因为本身无创的特点从而开始广泛应用。到20世纪80年代中期，一些ICU医生的先行者开始拓展应用心脏超声对血流动力学进行全面而详尽地评估。首先他们推荐在感染性休克和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的患者进行血流动力学评估，尤其是可以24小时随时进行和重复检查和评估，并且指导治疗。随后，由于在循环衰竭的诊断、评估和有助于治疗的一些经验的积累，尤其是经食管超声心动图（TEE）准确度的增加，逐渐对ICU中心脏超声的应用价值有了进一步的认识。但直到20世纪90年代，ICU时刻存在的心功能评估需求和容量反应性理念的提出，同时，超声技术发展的参数准确地评估了ICU机械通气的感染性休克患者的心功能和液体反应性，从而进一步丰富了血流动力学内涵和评估手段。近年来，由于血流动力学从监测到治疗，以及重症血流动力学治疗的概念提出，再次推动了其在重症患者中的应用，与重症患者的治疗，尤其血流动力学治疗变得息息相关。
随着重症认识的不断深入，血流动力学的概念早已不仅限于循环的领域，而是深入到了重症患者的循环、呼吸、器官功能支持、感染控制等各个方面。呼吸困难是重症患者呼吸、循环受累的共同表现，是影响重症患者预后的独立危险因素。重症患者常见的肺部病变包括：肺水肿（心源性、容量过负荷和ARDS）、肺部感染、肺栓塞、气胸及慢性阻塞性肺疾病（COPD）急性恶化等；肺部超声是近年来发展进步的评估、监测肺部改变，指导滴定治疗的有效工具，而在1989年Lichtenstein于法国François Jardin的ICU将肺部超声常规用于ICU之前，肺部超声一直是超声检查的禁区，之后他利用肺部超声的10大征象，基于对解剖、生理、病理生理、临床表现、传统影像学和呼吸困难的生物学特征制定了急性呼吸衰竭床旁肺部超声的诊断流程，在3分钟内通过对肺和深静脉血栓（deep venous thrombosis，DVT）的快速筛查，可以对90.5%的急性呼吸衰竭做出快速、准确的诊断，由此可以减少胸片和CT检查所致的放射性损伤，减少转运风险。肺部超声就像是一个可视化的听诊器，可以在床旁和重症发生的第一现场，快速清晰地提供重症患者的肺脏信息。
在过去的25年中，肺部影像，尤其是CT改变了对ARDS的认知。肺部病变具有多样性的特点，而在治疗过程中肺泡复张、过复张、不同呼气末正压（PEEP）诱导的肺部气化的改变，既往常常只能通过CT进行评估，临床难以进行广泛应用。而现在肺部影像手段已经从仅仅的肺部病理生理诊断工具发展成床旁监测技术，而肺部超声在床旁即可提供良好的评估监测。已有研究证实，肺水的半定量B超评分可以用于准确地对肺水的情况进行评估，并且与CT的结果有着良好的相关性。同时，肺部超声也可以用于监测评估机械通气的设置与肺部病变的相关性，最新的研究显示，运用超声指导最适PEEP的滴定与P-V曲线的低位拐点法相比相关性很好，仅略高于低位拐点法，这为指导ARDS的治疗提供了一条新的思路。对ARDS的认知与评价的进步促进了肺部超声的发展，从而有可能促进临床预后的改善。
多系统多器官损害是重症患者的特点，在损害发生的过程中各器官、各系统相互之间的关系密切，互相影响，互相促进病情改变。休克可以引起ARDS，而ARDS又可以引起右心乃至肾脏等肺外脏器的损害；液体复苏是休克治疗的重要环节，但容量过负荷也会对于肺、肾脏等重要器官造成影响。重症超声不仅可以同时评估循环与呼吸的改变，还能够监测器官灌注的改变，并且可以动态地反复进行，进而准确指导治疗、滴定治疗。因此，重症超声在20世纪90年代后期迅速进入“全身超声”时代。以肾脏为例，它既是重症患者的常见受损器官，也是休克低灌注、脓毒血症乃至感染性休克时全身受累的前哨器官。因此在重症患者中，监测肾脏灌注的改变不仅有利于评估肾脏本身的灌注，还有利于评估整体的器官灌注状态，肾脏超声除了发现肾肿大以外，还能够发现肾动脉的阻力指数增加，据此可以评估肾脏损伤的严重程度。研究证实，这种改变在损伤的发生期和恢复期均早于肌酐的改变，较肌酐更为敏感。应用超声造影技术可以使得血管结构显影，利用特殊的影像模式或软件可以监测毛细血管水平的微循环情况，从而使得超声的监测可以涵盖微血管及微循环水平。
重症超声的发展也是重症超声培训规范化的过程，“让更多ICU医生获益，让更多重症患者获益”是重症超声规范化培训的宗旨。世界重症超声联盟（World Interactive Network Focused On Critical Ultrasound，WINFOCUS）在世界各地开办重症超声规范化培训班。从2008年前陆续发布了重症超声培训的指南，以及肺部超声、心脏超声、血管内导管置入的相关指南。2011年，北京协和医院重症医学科携手WINFOCUS在中国开办了第一期重症超声培训班，并持续至今。近年建立更加符合中国ICU的培训课程，并逐渐完善课程内容和评价细则，培训课程包括基础班、进阶班和超声血流动力学培训课程。课程包括理论、实践、上机培训，以及可视化远程ICU病例讨论等。同期，欧洲开始出现由欧洲重症医学会组织的重症超声培训，并针对性制定了有关ICU的初级和高级心脏超声培训规范；稍晚些时候，在北美，2014年前后，美国的重症医学会启动相关的重症超声培训，并逐步制定相关的指南和规范，其中包括有关重症经食管心脏超声的规范。总之，在全世界范围内，针对ICU的超声培训受到前所未有的重视。甚至在一些医学院校已经将包括重症超声在内的POC（point of care）超声纳入医学生教育教学课程。卡罗莱纳州南部大学医学院在2006年，将POC超声作为医学院校医学生课程，贯穿大学4年，其结果发现，医学生很喜欢这样的教学，他们的超声成绩很好，而且由此提高了医学教育，他们相信这样的教学能够提高对患者的救治水平，改善医疗质量。随后，他们又做了一个9年的调查，得到了相似的结论。在美国的医学毕业生教育中，超声培训已经成为急诊住院医生的必修课程，而内科、普外、重症以及其他专业也强烈要求将POC作为其专业必修培训课程。目前，世界重症超声联盟已经与医学教育超声协会携手成立了世界医学教育超声协会，我们相信在不久的将来，医学教育将会因此发生革命性的改变。
重症超声的推广应该关注资源的存储与整合、培训与质量控制、专业化与重症超声的亚专业化以及广泛的国际交流与合作。资源存储是非常重要的环节，只有完整的合理的资料保存整理才是最后整合的基础，形式可多样，包括结合病例资源，以及网络资源和科学研究的资源的存储与整合。国际上重症超声培训越来越多，目前已有基本合理的培训体系，包括培训教材和不同的培训形式，因此，培训的过程管理和质控变得非常重要。培训是发展与推广的基础，而质量控制（质控）是可持续发展的动力。重症医学发展已经到了亚专业化的阶段，出现了重症呼吸、重症血液净化、重症营养和重症感染等亚专业，尽管均处于发展阶段，但重症超声作为多系统多器官评估的工具，作为重症医学的一个关键环节，进行专业化规范化发展也是必由之路。重症超声未来发展的关键在于重症医学的发展，在于国际交流与合作，包括临床、培训与科研的每个方面，要让中国重症超声发展就必须自我发展的同时增进国际交流与合作，让世界倾听中国的声音，让国内重症超声发展与国际同步，更期待部分领先于国际发展。最终，我们期望通过这种强制性、规范化的培训能够让所有的ICU医生在床旁常规应用重症超声，就像常规的物理检查，把它作为一项基本技能应用和服务于重症患者。二、重症超声的特点
重症超声是由ICU医师操作的，在重症医学理论指导下的超声检查，既包括对患者主要问题的病因判断，又可在床旁对血流动力学各环节（前负荷、左右心功能等）、肺部气水比例的变化进行连续性评估。重症超声不是重症医生与超声操作本身的简单相加，而是在重症的思路指引下，二者结合产生的巨大化学效应：一方面使得重症医生获得更接近病情本质的指标，同时也使超声与临床治疗更紧密的结合。因此重症超声有其鲜明的特点。1.“问题导向”
重症超声的一大特点就是以临床问题为导向。重症超声不是“常规”检查，该操作的始动因素是重症医生遇到的明确临床问题。也就是说临床医生在进行操作前往往都有明确的、需要判断和解决的临床问题。如对于新收入的休克患者，临床医生首先要解决的是判断休克病因、确定治疗方向，这时重症超声有助于快速、准确判断低血压的原因，如通过下腔静脉内径及变异度、左室舒张末面积大小等判别是否存在低血容量性休克；通过评价右室功能、左室收缩舒张功能判断是否存在心源性休克；通过评价股静脉血栓、右室大小、室间隔运动、肺动脉压力及心包积液等判断是否存在梗阻性休克。2.“实时实地”
血流动力学治疗贯穿于重症患者治疗的各个环节，无论休克复苏、机械通气，还是持续肾脏替代治疗、严重感染的控制等，均离不开血流动力学治疗。而血流动力学治疗的最基本特征就是连续与动态。重症医生可以在重症患者管理的任何时间及治疗阶段对患者进行检查，找出关键环节，且可以对相应的治疗进行动态跟踪指导，“实时实地”解决重症患者的关键问题。 “实时实地”的重症理念赋予超声更广阔的发挥空间，真正具有了重症的内涵。3.多系统整合
多器官功能不全是重症患者的常见临床表现，重症患者的治疗本身就是一个多系统评估和治疗的过程，所以重症超声也具有多系统整合的特点。重症超声可以在循环、呼吸、器官功能支持等各个方面发挥作用。更重要的是，其检查方法可以很好地融合到临床医生的诊疗思路过程中，起到多系统整合应用的作用。例如呼吸衰竭患者，肺部超声被认为可以敏感地监测肺部变化及气与水的平衡，动态和静态地分析肺部超声的伪像和实际图像准确诊断肺部疾病，同时还可以通过心脏功能及容量状态的评估，对肺水肿的原因进行鉴别。而休克患者除了对循环做细化的评估外，还可以对肾脏血流、肾动脉阻力指数等测量，明确肾脏的灌注情况，有利于从器官灌注的角度对休克进行管理。4.多目标流程化实施
重症患者的心功能处于变化之中，而每种心功能不全的处理方式均有不同，连续而无创的床旁超声评估，有利于及时地动态调整。而且超声的操作应根据患者的具体情况，确定目标，按一定流程及顺序进行。还是以休克患者举例，通过心脏超声评价，除外低血容量、梗阻因素及左室收缩舒张因素，考虑分布性休克，结合患者发热病史考虑感染性休克，进一步利用超声筛查感染灶，发现一侧肾盂扩张，考虑上尿路感染造成，继续明确病因发现肾结石。所以基于重症思路的目标顺序出现，指导超声操作，超声检查结果为下一目标的制订提供新的信息，使整个治疗按流程有序进行是重症超声的重要特点。另外，基于重症理念，由临床医生制定的针对特定临床情况的超声操作流程是超声多目标流程化实施的较好诠释。如针对心脏骤停患者的 FEEL方案、针对呼吸困难评估的 BLUE方案、针对创伤出血筛查的FAST等。
总之，伴随重症医学的发展与变革，借助重症超声临床与基础科研的发展，借助新技术、借助规范化培训和医学生教育，重症超声将持续、创新性的发展。（刘大为 王小亭）参考文献
1.Lamperti M，Bodenham AR，Pittiruiti M，et al.International evidence-based recommendations on ultrasound-guided vascular access.Intensive Care Med，2012，38：1105-1117.
2.Fragou M，Gravvanis A，Dimitriou V，et al.Real-time ultrasound-guided subclavian vein cannulation versus the landmark method in critical care patients：a prospective randomized study.Crit Care Med，2011，39：1607-1612.
3.Czarnik T，Gawda R，Nowotarski J.Real-time，ultrasound-guided infraclavicular axillary vein cannulation for renal replacement therapy in the critical care unit—A prospective intervention study.JCrit Care，2015，30：624-628.
4.Gurnaney HG，Maxwell LG，Kraemer FW，et al.Prospective randomized observer-blinded study comparing the analgesic efficacy of ultrasound-guided rectus sheath block and local anaesthetic infiltration for umbilical hernia repair.Br JAnaesth，2011，107：790-795.
5.Weinberger SE，Drazen JM.Diagnostic procedures in respiratory diseases//Kasper DL，Braunwald E，Fauci AS，et al.Harrison's Princip les of Internal Medicine.16th ed.New York：McGraw-Hill，2005：1505-1508.
6.Lichtenstein DA，Mezière GA.Relevance of lung ultrasound in the diagnosis of acute respiratory failure.The BLUE Protocol.Chest，2008，134：117-125.
7.Owan TE，Hodge DO，Herges RM，et al.Trends in prevalence and outcome of heart failure with preserved ejection fraction.N Engl JMed，2006，355：251-259.
8.Lichtenstein D.Whole body ultrasonography in the critically Ill.Berlin：Springer-Verlag，2010.
9.Lichtenstein D.BLUE-Protocol and FALLS-Protocoltwo applications of lung ultrasound in the critically Ill.CHEST，2015，147：1659-1670.
10.Vincent JL，De Backer D.Circulatory shock.N Engl J Med，2013，369，18：1726-1734.
11.Labovitz AJ，Noble VE，Bierig M，et al.Focused cardiac ultrasound in the emer-gent setting：a consensus statement of the American Society of Echocardiography and American College of Emergency Physicians.JAm Soc Echocardiogr，2010，23：1225-1230.
12.Vincent JL，Rhodes A，Perel A，et al.Clinical review：update on hemodynamicmonitoring—a consensus of 16.Crit Care，2011，15：229.
13.Jones AE，Tayal VS，Sullivan DM，et al.Randomized，controlledtrial of immediate versus delayed goaldirected ultrasoundto identify the cause of nontraumatic hypotension in emergency department patients.Crit Care Med，2004，32：1703-1708.
14.王小亭，刘大为，张宏民，等.扩展的目标导向的心肺超声方案在感染性休克患者中的应用.中华医学杂志，2011，91：1879-1883.
15.王小亭，刘大为，张宏民，等.改良床旁肺部超声评估方案对重症患者肺实变和肺不张的诊断价值.中华内科杂志，2012，51：948-951.
16.Wang XT，Liu DW，HEHW，etal.Using critical care chestultrasonic examination in emergency consultation/a pilot study.Ultrasoundmed boil，2015，41：401-406.
17.尹万红，周然，吴红，等.目标导向重症超声在庐山地震创伤伤员应急救治中的作用.中华医学杂志，2014，94：1135-1138.
18.Rossaint R，Bouillon B，Cerny V，etal.Managementofbleeding followingmajor trauma：an updated European guideline.Crit Care，2010，14：R52.
19.Brenchley J，Walker A，Sloan JP，et al.Evaluation of focused assessment with sonography in trauma（FAST）by UK emergency physicians.Emerg Med J，2006，23：446-448.
20.Kirkpatrick AW，Sirois M，LauplandKB，et al.Hand-heldthoracic sonography for detecting post-traumatic pneumothoraces：the Extended Focused Assessment with Sonography for Trauma（EFAST）.J Trauma，2004，57：288-295.
21.Dulchavsky SA，Henry SE，Moed BR，et al.Advanced Ultrasonic Diagnosis of Extremity Trauma：The FASTER Examination.JTrauma，2002，53：28-32.
22.Kanji DK，McCallum J，Sirounis D，et al.Limited echocardiography-guidedtherapy in subacute shock is associated with change inmanagement and improved outcomes.JCrit Care，2014，29：700-705.
23.刘大为，王小亭，张宏民，等.重症血流动力学治疗—北京共识.中华内科杂志，2015，54：248-271.
24.Bender SP，Rodriguez G.Focused echocardiography trainee curriculum and competency：demand outpacing training？Crit Care Med，2013，41：2063-2064.
25.Mosier JM，Malo J，Stolz LA，et al.Critical care ultrasoundtraining：a survey of US fellowship directors.JCrit Care，2014，29：645-649.
26.Hoppmann RA，Rao VV，Pos tonMB，et al.An integrated ultrasound curriculum（iUSC）fo rmed ical students：4-year experience.Crit Ultrasound J，2011，3：1-12.
27.Hoppmann RA，Rao VV，Bell F，et al.The evolution of an integrated ultrasound curriculum（iUSC）for medical students：9-year experience.Crit Ultrasound J，2015，7：18.
28.Morris AE.Point-of-Care ultrasound：seeing the future.Curr ProblDiagnRadiol，2015，44：3-7.
29.王小亭，刘大为.重症超声：急性呼吸窘迫综合征诊治中的新手段.中华内科杂志，2012，51（12）：539-540.
30.王小亭，刘大为.重视心脏多普勒超声在重症医学领域中的应用.中华内科杂志，2011（7）：539-540.
31.王小亭，刘大为.重症超声是整合重症医学的有力武器.中华内科杂志，2013，52（08）：631-633.第一篇 重症超声基础理论部分第一章 重症超声基础知识第一节 超声诊断的物理基础
我们生活在充满声音的世界里，鸟语虫鸣，管乐弦乐，歌声和语言……但是还有一些声音是人耳听不到的。人耳所能听到声波的频率范围通常在20～20000Hz，频率高于20000Hz的声波就叫做超声波（ultrasound）。
琴弦振动发出乐声，声带振动发出语声，超声波作为声波的一种，其本质也是机械振动波，和人耳能够听到的声波具有共同的物理性质。例如，必须通过弹性介质进行传播；在液体、气体和人体软组织中的传播方式为纵波；具有反射、折射、衍射和散射的效应；在不同介质中具有不同的传播速度和不同的衰减等。由于超声波方向性好、穿透力强，在无损检测方面有着非常广泛的应用，例如工业中的流量、液位测量，对材料的无损探伤等。医学中常用的临床超声检测，就是利用超声波的物理特性进行无损检测的一个重要方向。
若想理解临床超声图像，势必要理解超声波的物理特性和与周围介质的相互作用。重症医师还经常作为超声检查的执行者操作机器，获取图像，因此对超声基本理论的学习是非常必要的。由于本书面向的是医学专业人员，在超声物理原理方面的介绍将力求简明实用、通俗易懂。读者如对超声技术原理的细节有兴趣，可以参考超声学专业书籍。一、超声成像的基本原理1.回声成像的基本原理
当声波遇到两种不同介质的界面时，一部分能量会穿透界面继续向前传播，剩下的能量将反射回声源形成回声（echo）。回声信号的延迟时间由声速和界面位置决定，其强度与界面的物理性质有关。因此，回声可以为我们提供生成图像所需的信息，这便是超声最基本的原理。在界面上未被反射的声波会继续向前传播，这一透射声波在到达下一界面会再次发生透射和反射。通过不同时间返回的回声信号，可以获知不同深度界面的情况。
在界面上反射超声能量与入射超声能量的比例由界面两侧介质的“声阻抗”（acoustic impedance）决定。声阻抗是介质的一种物理特性，对于同一种材料（介质、组织），声阻抗通常不会发生改变。界面两侧介质声阻抗的差异越大，反射信号越强，透射信号越弱。当界面两侧介质声阻抗相等时，声信号完全透过，不会产生反射。图1-1-1直观地反映了声信号垂直入射时，不同声阻抗介质界面上透射信号和反射信号强度的关系，以及反射信号到达时间与界面距离的关系。图1-1-1 不同声阻抗介质界面透射信号和反射信号强度的关系垂直入射时，如果在两介质的界面上，声阻抗没有差异，将不会发生反射。声阻抗的差异越大，反射回声源的超声波就越多。界面的距离可以根据超声波到达界面和返回声源的时间（延迟时间）计算得出。在软组织中，可以这样计算：到界面的距离（mm）＝ 传播的时间（μs）×0.7 7（mm/μs）（摘自Levitov Alexander B，Mayo Paul H，Slonim Anthony D.Critical Care Ultrasonography.New York： The McGraw-Hill Companies Inc，2009.）2.超声模式的类型和成像过程
超声机实际使用的检测模式分为A型、B型和M型。不同模式下，超声机发出超声信号的方式和对接收信号的处理和显示并不相同（图1-1-2）。
A型（amplitude mode）：
即幅度调制式，又叫一维超声，显示单声束界面回声幅度，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。此时，超声探头仅在一个方向上发出和接收超声信号，并将回声的强与弱以脉冲波形的幅度显示。
B型（brightness mode）：
即亮度模式，显示超声束扫描切面的回声图像。在这一模式中，超声探头在一个切面的各个方向上依次发出和接收超声信号，并将每个方向上的回声信号的强弱映射为亮度显示在屏幕上，并排列起来。这样屏幕上就可以得到由亮度表示回声强度的一个切面上的二维图像了。
M型（motion mode）：
即运动模式，可用于显示心脏各层次，如心脏房室壁、心脏瓣膜和大血管的运动。在这一模式下，超声探头仅在一个方向上发出和接收超声信号，并将回声信号的强与弱用亮度表示。这一测量反复进行，将测量结果按时间排列起来，可以得到一幅Y轴（垂直方向）代表软组织空间位置深浅，而X轴（水平方向）代表时间的二维图像。从这幅图像上，可以读出不同反射面随时间的变化，即不同位置的运动情况。图1-1-2 三种不同超声检测类型原理和相互关系的示意图A、B、C分别示意了A型、B型和M型超声检查的原理。其中，图B和图C中的每条虚线相当于在对应方向上进行一次A型检测的检测结果。图C中，物体从t时刻的形状变化0到了虚线表示的t1时刻的形状。从三张图的对比可以看出，B型超声可以看作是把A型超声在一个平面不同方向上的检测结果结合起来，并将各方向上回声信号强度映射到亮度上进行显示的检测方法；而M型超声则是将同一个方向上不同时刻A型超声的检测结果按时间排列起来，并用亮度显示回声信号强度的检测方法二、超声检查中的重要参数1.探头频率和分辨率
超声检查最后的输出结果为图像。图像的质量很大程度取决于成像的分辨率。对于常用的B超检查而言，其图像两个方向上的分辨率分别称为横向分辨率和轴向分辨率。物理上说，横向分辨率对应的是反射超声信号分辨出同一深度界面上细节的能力，而轴向分辨率对应的是对深度接近的不同界面所产生反射信号的区分能力。
和其他机械波一样，超声波的频率（f）、波长（λ）和声速（c）满足以下基本公式：λ ＝c/f
由于在同一介质中声速是恒定不变的，因此声波的频率越高，其波长就越短；反之，频率越低，波长就越长。在其他物理条件相同的情况下，高频率的超声波能够在更小的物体上发生反射，即回声信号能够包含更小物体的信息，从而使解析出的图像具有更高的横向分辨率。图1-1-3阐释了这一现象。
当两个界面相距较远时，它们各自回声的延迟时间不同，将在图像上分别显示出来。但是，当两个界面离得较近时，它们各自的回声信号时间差异很小，致使在图像上分辨不出，看上去像是一个界面。两个界面能被分辨的最小间距被称为轴向（纵向）分辨率。高频超声的轴向分辨率优于低频超声的轴向分辨率。表1-1-1总结了高频超声与低频超声的特点比较。图1-1-3 波长、频率与图像分辨率的关系波长越短、频率越高的超声可在更小的物体上发生反射，从而产生更好的图像。因为在某一介质内的声速是介质的固有属性，声波在某介质的波长与发射声波的频率成反比（摘自Levitov Alexander B，MayoPaul H，Slonim Anthony D.Critical Care Ultrasonography.New York：The McGraw-Hill Companies Inc，2009.）表1-1-1 高频超声与低频超声的比较
因此，在进行不同深度，不同分辨率需求的超声成像时，需要选用不同频率的探头进行检测。2.衰减、增益和动态范围
超声信号的响度与声波的振幅有关，其能量与振幅的平方成正比。在超声领域中，常用“输出增益”（output gain）或“声功率”（acoustic power）来反映输出超声信号振幅和能量的大小。和声波一样，超声信号的强度也会在介质中的传播过程中逐渐衰减（attenuation），即能量降低，幅度减小。这样的衰减是由于能量在传播介质中的散射和释放造成的。信号强度衰减的多少与声信号传播的距离以及信号频率相关。超声信号传播的距离越长，衰减越多，这一点很容易理解；而在同样的传播距离上，高频信号相较低频信号衰减得更多。为了便于理解，不妨想想我们在搓手时的状况：搓手频率越高双手越热，这是因为更多的能量由于摩擦转化为了热量，这与高频信号衰减较快的原理类似。
由于超声探头接收到的信号是发射信号经历了传播过程中衰减、反射，甚至多次反射后的回声信号，这一信号非常微弱。为了让回声信号构成的图像合理地显示在屏幕上，需要对这些信号做一些处理工作：
首先，由于接收信号非常微弱，需要对信号进行放大。对所有回声信号进行整体无差别放大的操作是通过调节 “增益”（gain）实现的。由于回声信号的振幅反映在显示屏上是图像的亮度，提高增益将增加整个图像的亮度。
其次，由于信号在传播过程中的衰减，较深处的回声信号（返回较晚）与较浅处的回声信号（返回较早）相比，信号会不成比例地减弱。另外由于浅层界面的反射，到达深层界面上的信号本身较弱，即使在深层界面发生了较强的反射，也很难得到很强的回声信号。为了补偿这样的问题，需要对回声信号根据深度（到达时间）进行有区别的补偿（compensation）。这一调控方法被称为时间增益补偿（t ime-gain compensation，TGC）或深度增益补偿（depth-gain compensation，DGC）。
补偿结束之后，图像生成的基本信息已经准备就绪，接下来是图像的生成和显示。超声机屏幕显示（人眼可见）的亮度范围是有限的，生成图像时需要将不同强弱的信号使用不同亮度的点表示，即需要完成信号强度到亮度的映射，这一步骤被称为“信号压缩”。屏幕能够显示的（人眼可见的）最亮和最暗的点所对应的信号强度差，称为检测的“动态范围”（dynamic range）。当需要观察回声影像整体情况时，可以采用较大的动态范围，使图像包含所有不同强弱回声对应的亮度信息。这样做的缺点是图像对比度不高，可能会有回声强度接近的点映射到了相近的灰度上而难以区分。若需要区分亮度相近的点以观察细节时，可以缩小动态范围来增加图像对比度，但此时整体图像上亮度较高/较低的部分可能会落在动态范围之外，统一以最高亮度/最低亮度显示而无法观察。动态范围的数值需要根据实际情况进行调节。3.多普勒成像
1842年的一天，奥地利一位名叫克里斯蒂安·多普勒的物理学家路过铁路，恰逢一列火车从他身边飞驰而过。他发现火车从远而近时汽笛声调变高，而火车从近而远时汽笛声调变低。研究后发现，这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率。这就是多普勒现象。
对于定向声源发出声波的反射，若反射物向声源移动，声波将被压缩，其反射波频率升高（正向多普勒位移）；若反射物相对声源远去，声波将被拉长，反射波频率降低（负向多普勒位移）。在多普勒频移公式中，频移的大小与声源运动速度在声波发射方向上的分量相关，即与声源运动方向和声波发射方向夹角的cosine值成正比。因此，在夹角为0°或180°时频移最大，在夹角为90°时频移为0。
由于血管中的红细胞能够反射超声信号，因此可以通过比较从超声探头发射超声信号和由运动中红细胞反射的回声信号的频率差来测量红细胞的运动速度，即血液的流速（图1-1-4）。图1-1-4 血液流速测定的原理若红细胞朝向探头移动，反射信号的频率将比发射频率高（正向多普勒位移）。若红细胞远离探头移动，反射信号的频率将比发射频率低（负向多普勒位移）。多普勒位移的大小与反射器（红细胞）运动方向和声波发射方向的夹角有关（与夹角的c o s值成正比）。当夹角呈9 0°时，多普勒频移为零，无法计算反射体的运动速率。运动速率的计算在成角为0°时最为准确（摘自Levitov Alexander B，Mayo Paul H，Slonim Anthony D.Critical Care Ultrasonography.New York：The McGraw-Hill Companies Inc，2009.）
在利用多普勒效应进行的超声血流测量中，有两种常用的方式：连续波多普勒（continuous wave Doppler，CWD）和脉冲波多普勒（pulsed wave Doppler，PWD）。 在连续波多普勒方式下，超声探头发射和接收连续的超声信号，并通过对收/发连续信号频移的测量计算血流速度。连续波多普勒方式主要用于高速血流的定量分析，优点是能测量较高的血流速度（流速≥2m/s），缺点是由于使用了连续波测量，无法计算回声的延迟时间，因而不能提供距离信息。在脉冲波多普勒方式下，超声探头发出一系列脉冲超声波信号，并通过对回声时间和频率的测量计算位置和血流流速。脉冲多普勒方式的优点是能够与B超显像进行组合，精确测量特性位置的血流情况，缺点是由于脉冲时间短，获取信息较少，所能准确检测的血流速度有上限限制（流速＜2m/s）。
彩色多普勒血流显像就是以显示解剖结构的二维声像图为背景，对感兴趣的血流区域进行实时取样，把平均血流速度以彩色显示的一种检测方式。在彩色多普勒血流显像的影像中，红色代表血液流向探头，血流速度加快时颜色变成黄色。蓝色代表血流流离探头，血流速度加快时颜色变成天蓝色。4.人体组织的回声特点
人体组织可分成三类，第一类是气体和充气的肺，第二类是液体和软组织，第三类是骨骼和矿物化后的组织。
人体软组织与水的声阻抗相近。人体体液的一般性规律为：均质性液体，如胆汁、尿液为无回声；非均质性液体，如尿液中混有血液和沉淀，或囊肿合并出血或感染时，液体内回声增加；体液中含蛋白成分越多，声衰减越高。
人体组织和体液回声强度可分为高水平回声（强回声）、中等水平回声、低水平回声（弱回声）和无回声四级，可以简称为高、中、低、无四级。很高（很强）回声常伴声影，见于含气肺（胸膜-肺界面）、胆结石、骨骼表面（软组织-骨界面）；典型的中等水平回声（等回声）见于肝、脾实质；典型的低回声见于皮下脂肪；典型的无回声见于胆汁、尿液和胸腹水（漏出液）。高回声见于皮肤、肝脾包膜、血管瘤及其边界等。
表1-1-2归纳了人体不同组织的回声强度情况。表1-1-2 正常人体不同组织回声强度举例三、超声机的重要组成（一）探头的基本原理
超声的基本原理就是超声波，超声探头发射超声波，发出的超声波经过组织后发生回波，回波再次作用于超声探头，探头内部的压电晶体就产生电流，产生的电流经过处理以图像形式显示到屏幕上，这是超声的最基本的原理。但是探头为什么能产生超声波，同时又能接收超声波？我们需要对超声探头内部做进一步的了解。
超声探头主要构件是压电晶体，压电晶体的一个非常重要的特性是在压电晶体两边加载电场（电压），压电晶体就会产生形状变化（压电晶体的厚度发生增加或减少），这种现象在物理学上称为“逆压电效应”。如果作用在压电晶体两端的电场不停发生变化，在这种作用下压电晶体的厚度也会随着电场的变化发生厚度的变化，压电晶体厚度变化导致压电晶体产生振荡，晶体振荡产生超声波。同时压电晶体厚度变化的幅度和作用于压电晶体的电压高低是相关的（一定的电压决定压电晶体变化幅度），压电晶体厚度的变化和产生的超声波的频率相关，不同的超声频率穿透组织的深度和清晰度明显不同，频率越高，超声的穿透性越低，但是清晰度越高；超声频率越低，组织穿透性越高，清晰度越低，这也是为什么对于不同的检查部位需要选择不同探头的原因。
探头不仅要产生超声波，同时超声波作用于人体后要产生回波，这种回波会作用于探头，探头的压电晶体在回波的影响下也会产生形变，这种形变导致压电晶体产生不同的电流变化，超声的这种作用在物理学上称为“正压电效应”。由于压电晶体的这两种特性（负压电效应和正压电效应），我们在实际应用时可以这样理解：探头的压电晶体在电场作用下产生超声波，这种超声波发出后作用于人体，超声波遇到的不同组织或器官会发生反射、散射、折射、吸收等，发射的超声波频率是固定的，但反射回来的超声波却不相同，由于不同组织和器官在人体的深度和产生（发射、散射、折射、吸收）也不一样。不同深度不同超声的信息转化成不同的图像信号。这种不同的超声信息显示的图像是不一样的。也就有了临床上用的强回声、弱回声、等回声、无回声。这些回声和器官组织直接相关，比如气体、骨骼表现为强回声，实体器官（肝脏、脾脏）等回声，液体、血液等为无回声。
以上介绍了超声探头产生超声波和接收超声波的基本原理，下面简单介绍超声探头的内部结构（图1-1-5）。将探头的不同的结构按照探头接触人体的距离由近到远分别介绍。图1-1-5 超声探头的内部结构
1.声透镜
使压电晶体发出的超声波以汇聚的形式将超声波传入人体内，同时又可以将反射的超声波以汇聚的形式接受；主要作用是提高探头的灵敏度，同时起到防止水分、耦合剂等进入探头内部的作用。
2.匹配层
如果压电晶体直接和人体接触因为声阻抗有很大的差别，这样超声波会产生发射，为了更好使超声传播及接收，就要添加匹配层使之更好地检查。匹配层的主要作用是提高探头的能量传出和接收；提高轴向分辨力；起到绝缘作用，防止电击伤发生。
3.压电晶体
这是超声探头的主要构件，主要是产生和接收超声波，但是压电晶体机械强度低，受外力会导致损坏，所以在用探头检查时要轻拿轻放，防止由于机械力导致探头损坏。
4.电极
位于压电晶体两侧，将银层涂到压电晶体两侧，然后连接到电极上，产生脉冲电压作用于压电晶体，导致压电晶体发生厚度变化从而产生超声波。同时脉冲间歇期压电晶体接受超声波时会产生电流变化通过电极转化成电流信号。
5.背衬材料
由于压电晶体具有双向辐射作用，超声波可以向压电晶体双方向产生超声波，但是我们只需要向检查方向产生超声波。如果有反方向的超声波，会产生杂波，会对回波信号产生干扰。最好要消除探头后方的干扰，加入的这种材料称作背衬材料，主要作用是最大限度使向后发射的超声波消耗，避免对反射的声波造成影响，同时缩短压电晶体的振动周期。
6.开关电路板
通过程序控制使不同的压电晶体完成发射组合及接收组合。（二）探头的选择
临床上应用的探头很多种，但基本的工作原理是一致的。涉及重症超声的应用，目前能够应用到的探头有腹部探头、血管探头、心脏探头、食管超声探头等，根据不同的检查需求设计探头不同的形状（图1-1-6）。图1-1-6 不同探头扫描的示意图
探头设计成不同的形状主要是为了不同部位的检查，腹部探头成弧形，扫描深度较深，范围比较广，如临床检查肝脏、脾脏；中间位心脏探头，探头比较小，便于从肋间隙检查心脏，同时检测深度较深；右侧探头为血管探头呈线性，深度较浅。需要强调一个概念，上述各种探头的称呼如上面所述是临床的称呼，实际上合理的称呼是探头的标注的赫兹数，同时也并不是腹部探头只能检查腹部、心脏探头检查心脏、血管探头检查血管。实际应用需要结合临床，如检查腹主动脉应用血管探头就不合适，腹主动脉比较深在需要腹部探头才能达到检查的深度，血管探头的深度达不到腹主动脉的深度。对于重症患者肺部检查是常规检查项目，上述探头都能检查，但是腹部探头和血管探头更为合适。探头的选择需要根据临床需要检查患者的部位、自身条件及经验而选择，并不是固定不变的。
目前大多数的超声机具有预设功能，根据不同的探头、组织特点、检查深度等条件提前选择探头的频率、深度等同时优化了图像的质量，可以在此预设条件下配好一定的测量条件，预设探头就可以满足一定的测量，这样减少了临床上检查调节机器的时间。所以我们在选择探头时，可以在选择探头后再做进一步选择，比如血管探头，可以选择检查动脉、静脉、甲状腺、体表等。由于不同的机型预设不完全相同，检查时根据检查部位，可以按设定好的预设条件进行选择。
由于超声机配有不同的探头，所以牵涉不同探头的切换问题。目前多数床边超声机并不是像超声科一样每台超声机具有探头转换架，在检查中如果需要更换探头时，需要按freeze键冻结图像才能更换探头。如果不进行上述操作探头是在加电状态，这种情况下很容易导致超声机或探头损坏，这一点需要每个临床医生注意，尤其是初学者。（三）耦合剂的应用
超声波遇到空气会衰减得非常严重。如果探头直接接触人体表面，超声波也无法进入人体，那么超声波也不会产生回波用于检查，为了使超声波能够很好地进入人体就要消除这一障碍，就必须使用耦合剂才能完成超声检查。耦合剂是一种水溶性高分子胶体，中性，对人体无毒、无害、无刺激性、不易干燥、无油腻性。应用耦合剂主要是消除探头和人体之间空气屏障作用，有利于超声波进入人体，同时还起到超声检查时的润滑作用，所以耦合剂对于临床超声检查是不可缺少的一部分，而且耦合剂的质量优劣在一定程度上影响超声图像的质量。检查时可以涂到探头或是检查部位上才能进行超声检查。
临床上经常需要超声引导下操作。如果应用成品套装一般配有无菌套和无菌的耦合剂，然而临床上有时没有无菌的耦合剂应用，经常应用无菌手套套在探头操作，这样操作解决了探头的无菌问题。但是无菌手套和检查部位的接触部考虑应用碘仿或无菌生理盐水涂抹后才能得到清楚的图像。这种方法紧急情况可以考虑应用，条件允许建议使用无菌套装完成相关操作，上述操作不符合无菌的原则。（李晗歌 王小亭）第二节 重症超声检查优化图像获得的基本原则
超声检查的探头选择非常重要，根据不同的检查目的选择不同的探头，只有通过超声探头才能获得图像，图像质量和探头本身有关，同时通过各种调节也可以使得图像更符合我们的视觉要求，图像质量对临床判断非常重要，由于重症患者的自身特点导致临床图像质量差，通过图像优化可以使得图像清晰，这对于临床医生非常重要。一、超声图像优化
图像质量和探头、超声机本身、耦合剂等有关。对于一幅图像需要进一步调节才能使得图像更清晰。清晰的图像是我们减少诊断错误关键的一步。如何使超声图像更清晰是涉及许多调节的问题，以下参数可以帮助我们调节，使得超声图像优化。1.输出功率
输出功率可以简单地认为是超声波发出的强度。输出功率越强，形成的超声图像整体亮度就会越高，这样会改善图像内部结构的清晰程度及细节，目前有预设功能的超声机实现预设条件的自动调节，同时使用者也可以通过功率和输出按键手动调节。需要强调的是输出功
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