关于医学超声介绍

[拼音]：yixue chaosheng

[外文]：medical ultrasonics

研究超声学在医学和生物学中的应用的一门学科。包括超声诊断、超声治疗、超声生物效应和超声处理等。

它的物理原理主要是利用超声在人体中传播时产生的反射或透射现象。超声通过声阻抗不同的两种媒质，在其分界面上将产生反射。反射能量与入射能量的比值叫反射系数。例如从软组织到骨骼的分界面上，有50％～70％的能量反射回去。除反射外，还有一部分能量从界面上透射通过。透过的超声能量与入射的超声能量的比值叫透射系数。两种媒质的声阻抗愈相近，透过的超声能量也愈多。超声诊断中的基本声成像系统，就是利用其反射回声或透射声构成不同的声像来检查病变的。如图1所示。目前应用最广泛的一种是脉冲反射式的超声诊断仪。根据显示和探查方法的不同，又分为许多类型。图2、3是A型和B型诊断仪的方框原理图。A型为调幅式。显像屏幕上，纵轴显示反射波的幅度，横轴显示时间，也就是脏器反射面与体表的距离。可探查点的断层声像。B 型的探头呈直线扫查运动，采用辉度调制显示，能获得脏器的切面声像图。还有P型诊断仪，使超声束绕一点在平面内摆动，扫描范围呈一扇形，所以也叫扇形诊断仪。为了检查人体内某些脏器的活动，如心脏及瓣膜的运动、血液的流动，则利用超声的多普勒效应来显示。当某一频率的超声到达运动的脏器时，其反射回声的频率将发生改变。二者频率之差随脏器运动速度的大小而异。通过这种频差或相位信息的显示，即可判明脏器的活动情况。超声诊断仪由于采用了灰阶显示、实时扫描与动态聚焦等手段，因而声像图的质量显著提高，直观、逼真、清晰而富有层次。对人体心、肝、胆、肾、颅脑、眼球、子宫、乳房及盆腔等，都有很好的诊断价值。应用这种声像图，不仅能显示脏器的外形，而且能深入观察其内部结构。还能定位指导穿刺。从妊娠 5周到分娩前胎儿的生长发育过程都能从声像图中显示出来，这对于计划生育、检查胎儿畸形、鉴别性别，都很有意义。诊断时射入人体的超声能量很小，一般为10mW/cm2左右，无致伤作用。已成为一种常规检查法。将电子计算机技术引入超声诊断，产生了超声CT技术(ult-rasonic computerized tomograph)。它将获取超声通过脏器的传播时间及幅度或衰减随频率的变化数据，输入电子计算机里，经过信号数字处理和综合后再给出组织的切面图像，这种技术的特点是能得到活体组织内部超声参量的空间分布。对于1MHz的超声，切面图像的分辨力可到5mm。目前已到临床试验阶段。

应用超声对人体组织的几种效应，引起病变组织的改变，从而达到治疗的目的。这些效应主要是热效应、机械效应和空化效应。超声在传播过程中，声强随传播的距离增大而发生衰减。原因之一是由于媒质的粘滞性、导热性等引起部分的声能被媒质所吸收，结果转化为热能，并导致局部温度上升。组织受到这种热效应后，产生了某些反应。如血管扩张、血液循环加快、组织代谢增高，从而促进病理产物的吸收消散；超声传播时，媒质中质点振动的机械效应引起某些细微组织的加速度、旋转、冲流等振动，从而起到按摩的作用，并增强了半透膜的弥散（即增强了通透性）、细胞的代谢功能和细胞的活力。对细胞的物质交换、组织营养也产生了较良好的影响；足够的超声强度遇到人体中某些液性组织时，将产生空化。空化气泡崩溃时能产生强度很高的微冲击波，可以改变或者破坏病变组织，从而达到治疗目的。

值得十分注意的是，超声强度或剂量必须严格选择和控制，否则过高的超声强度会对机体造成损害。在超声治疗采用的连续波辐射和脉冲波辐射两种方式中，较多的是采用脉冲波辐射，脉冲重复频率为50～150Hz。这样，减少了超声辐射在组织中的积累效应，如热积累导致温度升高过快。至于超声强度或剂量，尚缺乏统一的标准。一般分为三级，即低强度(小剂量)、中强度（中剂量）、高强度(大剂量)。例如脉冲波辐射的剂量，如附表所示。近年来根据大量实践和分析，趋向于使用小剂量治疗，不仅安全，而且疗效也有所提高。多数人认为移动式声辐射法的最大剂量不要超过1.5～2W/cm2。固定式声辐射法不要超过0.5～0.6W/cm2。当然人体每次承受的总超声剂量还与治疗的时间有关。随着医学超声的迅速发展，超声安全剂量的深入探讨也日趋重要。

通过临床实践，超声治疗目前用于:神经痛，骨、关节、肌肉及其他软组织的创伤、劳损和炎症，疤痕病，呼吸和消化系统的某些疾病，粉碎尿路结石，白内障手术，洁齿，人工肾等。对于垂体病、美尼尔氏症也有所试用。大功率聚焦超声(500W/cm2以上)已试用于恶性脑瘤的破坏性治疗。

研究超声在人体中的传播特性和超声与人体组织的相互作用。传播特性包括超声的传播速度、反射、透射、吸收衰减、干涉、衍射等。对于声速，如纵波已积累了一些数据。例如水为1410m/s，海水(30℃)为1545m/s，人体软组织为1540m/s，颅骨为3360m/s。这些数据是平均值。随着超声在医疗应用上的不断深入和扩展，对声速也需要进行深入研究和测量。针对离体与活体、儿童与老年、正常组织与病变组织等区别所引起的速度差异，结合组织成分探讨新的测量方法，借以获得精确的数值。对于衰减系数，例如血液为0.4dB/cm，肌肉为0.90dB/cm，头盖骨为15dB/cm。这些量一般与超声频率的二次方成线性关系;但频率过高时则有变化。如新鲜的头盖骨当频率在3.5MHz以上时，幂指数即下降。儿童与老年又各有不同。当声束辐照血液时，血球引起声波的散射，各血球的散射波合成接收波，并出现多普勒频移。

超声与人体的相互作用，例如超声引起组织大分子结构的变化、组织的电离、细胞原浆的微流、细胞内容物的转移、酶的加速活化等，这些都随着所用超声频段的不同、超声强度的大小而产生不同效果。有的是有益的，有的则能造成损害。例如对初生小鼠在其脊神经施加频率为1MHz的超声辐照，当强度达到1W/cm2，作用2小时；或300W/cm2作用0.2秒;它的后肢即发生瘫痪。用电子显微镜可以观察到损伤组织的细胞核、线粒体及细胞内的网状蛋白都已发生形态上的变化。

在医疗卫生中超声处理的应用也日益广泛。超声除直接用于人体治疗外，还可以间接以超声为手段配合药物进行治疗。如超声透入疗法。利用了超声的振动作用而不需要穿刺皮肤，即能把药物送入人体内。这种方法具有选择性强，药物集中，局部浓度大，不损伤肌体完整的优点。现在透入的药物有激素、维生素、抗菌素、组织胺、菸酸等。还有通过超声把药物雾化成微粒，通过病人的呼吸进入呼吸道，达到吸入治疗的目的。药物微粒的直径约为2～20μm，可深达微小支气管甚至肺泡中。故比一般吸入疗法效果好。

利用超声的空化效应可将细胞粉碎，或灭菌进行病理分析；清除放射性污染的器件；清洗难以用常规方法清洗的医疗器械；外科医生洗手消毒等。

除了上述各种在医学上的应用外，超声还能对病残人进行功能辅助，如超声导盲。可制成手电筒式或眼镜式的导盲器。