Độ hồi âm và trở kháng âm trong siêu âm

Siêu âm tạo hình ảnh từ các tiếng vang: các xung âm thanh được gửi vào cơ thể, và máy sẽ lập bản đồ vị trí cũng như cường độ phản xạ của chúng. Cường độ của các tiếng vang đó — độ hồi âm của một cấu trúc — chủ yếu phụ thuộc vào sự khác biệt về trở kháng âm tại các ranh giới giữa các mô, do đó các giao diện giữa các mô rất khác nhau sẽ sáng trong khi mô đồng nhất hoặc dịch thuần túy sẽ tối.

Definition

Độ hồi âm là cường độ tương đối của các tiếng vang siêu âm được trả về từ một mô; trở kháng âm là tích của mật độ mô và tốc độ âm thanh trong đó, và các tiếng vang được tạo ra tại các giao diện nơi trở kháng này thay đổi, với sự không phù hợp lớn hơn sẽ tạo ra các phản xạ sáng hơn.

Scope

Chủ đề này giải thích cách trở kháng âm và sự không phù hợp của nó tạo ra độ tương phản siêu âm: tại sao các mô được mô tả là tăng âm, giảm âm hoặc trống âm, và cách các chất cản quang vi bọt chứa khí tạo ra các phản xạ mạnh. Đây là một tài liệu tham khảo về cơ sở vật lý của hình ảnh siêu âm, không phải là hướng dẫn về kỹ thuật quét hoặc cách sử dụng chất cản quang.

Core questions

• Thuộc tính vật lý nào của mô quyết định độ sáng của nó trên siêu âm?
• Tại sao các giao diện giữa các mô khác nhau lại tạo ra tiếng vang?
• Tăng âm, giảm âm và trống âm có nghĩa là gì?
• Tại sao xương và khí lại chặn chùm siêu âm?
• Các chất cản quang vi bọt làm tăng tín hiệu echo như thế nào?

Key concepts

• Trở kháng âm (mật độ nhân với tốc độ âm thanh)
• Sự không phù hợp trở kháng và phản xạ tại các giao diện
• Độ hồi âm (tăng âm, giảm âm, trống âm)
• Bóng cản âm và tăng cường âm
• Chất cản quang vi bọt
• Sự suy giảm của chùm siêu âm

Mechanisms

Đầu dò siêu âm phát ra các xung ngắn và lắng nghe các tiếng vang trở lại. Tại mỗi ranh giới mô, phần âm thanh phản xạ được xác định bởi sự khác biệt về trở kháng âm giữa hai mô: sự không phù hợp nhỏ (như trong mô mềm) tạo ra các tiếng vang yếu, tạo nên kết cấu đặc trưng của các cơ quan, trong khi sự không phù hợp lớn (mô mềm với xương hoặc khí) phản xạ gần như toàn bộ âm thanh, tạo ra các giao diện sáng và bóng cản của các cấu trúc phía sau. Dịch thuần túy không chứa các giao diện phản xạ và xuất hiện trống âm. Các chất cản quang vi bọt chứa khí tạo ra sự không phù hợp trở kháng rất lớn trong máu và dao động mạnh trong trường âm thanh, làm tăng đáng kể tín hiệu trở lại từ mô được tưới máu, như được Cosgrove tổng quan.

Clinical relevance

Các mẫu độ hồi âm cho phép siêu âm phân biệt dịch, mô đặc, vôi hóa và khí, điều này là cơ sở cho việc giải thích giải phẫu học siêu âm. Mục này mô tả nguồn gốc vật lý của hình ảnh siêu âm và không phải là cơ sở cho các tiêu chí chẩn đoán hoặc việc sử dụng chất cản quang ở từng bệnh nhân.

Evidence & guidelines

Các nguyên tắc về trở kháng, phản xạ và độ hồi âm là vật lý hình ảnh tiêu chuẩn, được trình bày trong các văn bản như của Bushberg và cộng sự và Kremkau. Hành vi và việc sử dụng các chất cản quang vi bọt được tóm tắt trong các bài tổng quan như của Cosgrove.

History

Siêu âm chẩn đoán phát triển trong suốt giữa thế kỷ XX từ các kỹ thuật xung-echo, với độ sáng hình ảnh ngay từ đầu đã gắn liền với sự phản xạ âm thanh tại các ranh giới trở kháng. Các chất cản quang vi bọt chứa khí, khai thác sự không phù hợp trở kháng lớn trong dòng máu, được phát triển sau này và được mô tả trong các bài tổng quan chuyên biệt như của Cosgrove (2006).

Seminal works

• cosgrove-2006

Frequently asked questions

Tại sao dịch xuất hiện màu đen (trống âm) trên siêu âm?

Dịch đồng nhất không chứa các giao diện bên trong có trở kháng âm khác nhau, do đó hầu như không có âm thanh nào được phản xạ trở lại và vùng đó trả về rất ít hoặc không có tiếng vang.

Tại sao siêu âm không thể nhìn rõ qua xương hoặc khí?

Sự không phù hợp trở kháng giữa mô mềm và xương hoặc khí quá lớn đến mức gần như toàn bộ âm thanh bị phản xạ tại giao diện, để lại rất ít năng lượng để tạo hình ảnh các cấu trúc phía sau và tạo ra bóng cản âm.

Các chất cản quang vi bọt làm cho máu dễ nhìn thấy hơn như thế nào?

Khí trong vi bọt có trở kháng âm rất khác so với máu và các bọt cộng hưởng mạnh trong trường siêu âm, do đó chúng trả về các tiếng vang mạnh hơn nhiều từ dòng máu so với máu đơn thuần.