超声技术在医学的发展及应用

超声技术在医学的发展及应用摘要:随着声学原理和电子计算机科学的迅速发展，医学超声影像学的新技术层出不穷，从B型、M型、彩色多普勒超声发展到三维、声学造影、血管内超声等多种技术，极大地拓展了超声影像学的临床应用范围，几乎包括对所有疾病的超声诊断、结构成像和运动成像，医学超声诊断技术已成为临床诊断中必不可少的甚至是首选的方法。

关键词:超声;影像学;临床应用

医学超声诊断技术产生于20世纪40年代，其发展主要依赖于声学原理、探头技术、电子电路、计算机技术、实验研究及临床应用的紧密配合。由于其操作无创伤及对患者无电离辐射损伤而深得医学界推崇。目前医学超声影像学的新技术层出不穷，诸如三维超声成像、谐波成像、腔内超声已广泛应用于疾病诊断、治疗和预后评估。现对医学超声的进展和临床应用作一综述。

1医学超声技术的发展及其临床应用

1.1二维超声成像B型超声应用回声原理，即发射脉冲超声进入人体，然后接受各层组织界面的回声作为诊断依据。由于B超能直观地显示脏器的大小、形态、内部结构，并可将实质性、液性或含气性组织区分开来，故医生根据得到的一系列人体切面声像图进行诊断。它所构成的二维（2D）实时动态图像具有真实性强、直观性好、无损伤、操作方便等优点，目前应用最广泛。主要用于心脑血管疾病、腹部脏器损伤、肿瘤、儿科和妇产科疾病及其它疾病的诊断。如二维超声诊断感染性心内膜炎时可清楚地观察到心内膜赘生物的形状大小及部位，检查率达80%～100%，特异性达80%以上，还可以发现腱索断裂瓣周脓肿、心包积液等并发症［1］。但二维超声对含气空腔（胃、肠）和含气组织（肺）以及骨骼显示不清，还由于切面范围和扫查深度有限，对病变所在脏器或组织的毗邻结构显示不清。1.2三维超声成像三维（3D）超声成像的基本原理主要有立体几何构成法、表现轮廓提取法和体元模型法。3D超声成像的基本步骤是利用二维超声成像的探头，按一定的空间顺序采集一系列的2D图像存入3D重建工作站中，计算机对按照某一规律采集的2D图像进行空间定位，并对相邻切面之间的空隙进行像素补差平滑，形成一个3D立体数据库，即图像的后处理，然后勾划感兴趣区，通过计算机进行3D重建，将重建好之3D图像在计算机屏幕上显示出来。3D超声成像技术包括数据获取、三维图像重建和三维图像的显示。1961年Baum和Greewood最先提出3D超声的概念，但其后的30年发展比较缓慢。近十年来，随着计算机技术与超声影像技术的不断发展，3D超声成像技术已由实验研究阶段走向临床应用阶段［2］，可分为（1）静态3D:收集一定数量的2D图后作3D组图，然后作各种3D显示，其中又分脏器实质3D和血管流道3D。（2）动态

3D:在不同时间点取不同空间的多幅2D图输入存储，然后用心电统一时间点，将原不同时间中取得的图形作3D组图，依心电图时间序列组图后回放。目前在心脏、妇产科、小器官、血管、泌尿生殖系统等各系统与部位都有广泛应用［3］。与2D超声相比，3D超声能够显示组织结构的立体解剖形态和空间关系，具有图像显示直观、能精确测量医学诊断参数等优点。

1.3介入性超声介入性超声是在超声显像基础上，应用超声显像仪通过侵入性方法达到诊断和治疗的目的。可在实时超声引导下完成各种穿刺活检、X线造影、抽吸、插管、局部注射药物等［4］。伴随着各种导管、穿刺针、活检针及活检技术的不断改进和发展，介入性超声使超声导向细胞学诊断提高到组织病理学诊断的水平。由此，将介入性超声学推向了“影像和病理相结合，诊断与治疗相结合”的新阶段，为促进现代临床医学的发展，发挥了不可替代的重要作用。现主要应用的领域有超声引导下穿刺活检、经皮穿刺造影、经皮穿刺引流、手术中超声、腔内超声（经直肠、经阴道、经食管、血管内超声）等。1981年日本创用了超声内镜，目前临床开展的有膀胱镜、直肠镜、阴道镜、十二指肠镜、腹腔镜超声等的超声内镜检查。由于腔内超声避免了体表超声检查难以克服的气体或骨骼干扰、位置较深等缺陷，并且能使用更高频率（5-30MHz）的探头检查，所以图像质量更清晰，使诊断更为准确。余奇侠对103例腹腔脏器囊肿患者采用超声引导经皮穿刺针吸细胞学检查，超声引导经皮穿刺针吸细胞学检查对腹腔脏器囊肿的诊断率为95.2%，明显高于单纯超声扫描的诊断率85.44%;28例手术病理对照其诊断符合率为96.4%［5］。

1.4M型超声该技术在心脏形状和定位异常的情形下，采用M模式解剖成像取代探头成像产生更为准确的信息。自上世纪80年代起，M型超声心动图测量房室平面的移动作为一种简单指标评价左室功能，左侧的房室平面的移动与二维超声心动图、核素左室造影以及左室造影计算的左室射血分数之间已经显示很好的相关性，它被用于所有不同疾病患者左室功能的评价。而解剖M型超声是近几年发展起来的超声新技术，应用这一技术可克服传统M型超声取样线仅能在扇形角90度内取样的限制，可在360度内任意取样，对任意点、任意角度的M型超声心动图进行分析，从而极大地扩展了M型超声精确定量时间、空间分辨率的优势，引起国内外学者的广泛关注。解剖M型超声可应用于对心室收缩和舒张功能的分析研究、正常人心房功能的分析研究以及检测心房功能、房室旁道、肺动脉高压等方面。采用解剖M型超声后处理系统，李越等人观测21例合并有三尖瓣返流的肺动脉高压患者以及21例年龄和性别与病变组配对的正常人的肺动脉干运动曲线并测定肺动脉干前侧壁搏动幅度（PAWPA），同时用常规超声心动图测定肺动脉干内径、右心房内径、肺动脉瓣血流频谱上升支加速时间（ACTpv）、三尖瓣返流峰值流速，并根据后者推算肺动脉收缩压（PASP）。结果发现，肺动脉高压组的PAWPA低于正常组，肺动脉高压组PAWPA与PASP呈中度负相关、与ACTpv呈中度正相关。提示，解剖M型超声心动图可用于观测PAWPA，该参数有可能作为一个新的简便易行评估肺动脉高压的定性或半定量指标［6］。

1.5彩色多谱勒血流显像彩色多普勒血流显像（CDFI），它的全称是实时二维彩色多普勒血流显像，它是使用多频道法获取断面不同深度的脉冲多普勒信号，用高速计算机进行相位检测、自相关处理、彩色灰阶编码，把平均血流速度以彩色显示，实现解剖断面和血流空间与时间分布的实时二维重叠显示。这是彩色多普勒血流显像技术发展的第一阶段，也是多普勒技术发展的里程碑［7］。CDFI作为近年来影像学检查的一项新技术，包括彩色多普勒能量图（CDE），已应用于颅脑疾病、急性肾功能衰竭、下肢静脉血栓、肿瘤、非典型性宫外孕、不完全流产的检查与诊断。如经阴道彩色多普勒（TVS-CDFI）检测，常在4～4.5孕周间即可发现孕囊［8］。彩色血流信号的显示为滋养层周围性血流，即单相或双相、频谱增宽的高速低阻动脉血流频谱，或比目鱼状怪异频谱。在附件区非特异性包块中检测到的与卵巢分离的低阻血流，代表了异位妊娠囊的滋养血流，其发现可以提高异位妊娠诊断的敏感性［9］。

1.6定量组织速度成像定量组织速度成像技术（QTVI）是近年来发展起来的一项多普勒组织成像新技术，可对左心室壁各节段心肌运动进行速度取样，获得全心动周期的速度图，达到定量测定左心功能的目的。QTVI可在组织灰阶信息的基础上迭加色彩（血流速度）信息，可与心室功能的某一方面进行比较，如对来自某一区段心肌的速度、应力与应力比和通过多重心搏周期与另一心肌区段进行比较研究。QTVI克服了多普勒心肌成像只能在低帧频率下获得二维彩色多普勒的心肌速度和回声信息的局限性，可于同一时相对不同节段的心肌进行多点取样，同时可以显示出2～8个点的心肌运动曲线，也可以对同一患者不同时期的心肌组织彩色成像中心位置取样，对得出的运动曲线进行对比分析，找出其运动异常的特点，定量测定室壁运动异常节段心肌运动速度，所以可应用于正常心室壁、心肌运动检测及各种心脏疾病如心肌梗塞、冠心病、高血压、肥厚型心肌病、心肌缺血的检查与诊断。Garcia-FernandezMA等应用脉冲波多谱勒组织成像技术评价缺血性心脏病患者左室收缩功能，结果表明缺血性心肌局部室壁收缩功能受损，脉冲波多谱勒组织成像可用于评价左室收缩功能和左室心肌运动情况［10］。邓劲松等［11］采用QTVI技术评价30例心衰患者左室收缩与舒张功能，结果表明心衰患者左室壁各节段心肌运动的速度明显降低，该技术为临床快速、无创的早期诊断心衰提供了影像依据。

1.7组织追踪显像组织追踪显像（TTI）是基于组织多普勒显像的一种新的超声心动图技术，能迅速评价收缩期左室所有心肌组织向心尖方向的运动距离，用7种层次颜色表示。组织追踪显像提供了一种全新的、快速的评价左室功能的方法，特别在图像质量差的患者中，它比传统的方法更敏感。采用TTI技术，看到了实时的左心室活动图像，在收缩期应用了基于图象的组织运动速率测量技术、彩色编码技术、定量组织图等来说明心肌运动的局部变化，为评价左心室收缩功能开辟了一种新的途径。已有研究证实TTI测定的收缩期二尖瓣瓣环下移距离与左室射血分数有很好的相关性［12］。为明确TTI技术在评价心肌梗塞患者左室功能是否较谐波超声心动图更适用，BorgesAC等［13］对40例健康对照者和40例心梗患者做了组织追踪成像和谐波超声心动图检查，并与磁共振成像进行了比较。结果表明，TTI能定量评价心梗患者局域心肌收缩功能。朱梅等人［14］观察了组织追踪显像技术评价经皮冠状动脉介入术后左室室壁运动和左室功能变化，发现TTI技术对冠心病心肌缺血治疗后局部血运改善的评价具有较高的应用价值。TTI通过定量检测组织位移来判断左室壁节段性运动能够无创、快速、客观和较为准确地评价左室节段性收缩功能和心肌缺血，并可以对冠心病室壁节段运动异常进行量化［15］。TTI能定量、准确快速评价左室节段性收缩功能和左室壁心肌运动异常，在临床上具有一定的应用价值［16］。

1.8声学造影显像新型声学造影剂结合超声新技术能有效增强心肌、肝、肾、脑等实质性器官的二维超声影像和血流多普勒信号，反映正常组织和病变组织的不同血流灌注，明显提高超声诊断的敏感性和特异性，是目前很重要的研究方向。理想的新型声学造影剂应具备以下特点:高散射性、低弥散性、低溶解性、无生物学活性（对人体无害），可自由通过毛细血管，组织显影好，微泡大小均匀，直径5μm左右，有类似红细胞的血液动力学特点。新一代声学造影剂多以含氟气体为微泡的核心，因含氟气体为惰性气体，分子量大，在血液中的溶解度和弥散性差，故稳定性好。包裹超声造影剂微气泡的物质有人体白蛋白、脂类物质、棕榈酸、聚合物。国内研究的声学造影剂有南方医院研制的“全氟显”，为白蛋白包裹的含氟微气泡，已进入临床实验阶段。另有为数很少的单位在实验室初步研制的声学造影剂用于动物实验研究。声学造影特别是心肌声学造影已成为一种很有前途的无创灌注技术［17］。心肌声学造影从定性到定量研究并扩展到其他用途，造影剂也从有创的冠状动脉直接注射发展到无创的由外周静脉注射。对急性心肌梗死心肌灌注的估价及定量，冠心病的检测与评价等已成为心肌声学造影研究的热点及发展方向。心肌声学造影由二维到三维的发展，使得三维心肌声学造影能对心肌缺血及心肌梗死立体范围作出精确诊断，此外心肌声学造影还能应用于心腔内血栓、肿瘤的诊断、心肌梗死的新评价与药物疗效评价等。Linka［18］利用三维方法对15条开胸犬进行心肌缺血再灌注声学造影，检查结果与病理染色切片对照。结果显示缺血状态下三维心肌声学造影显示的心肌缺血体积与染色相比呈线性相关，再灌注后的心肌梗死体积与染色相比也呈线性相关，三维心肌声学造影可用来估测改变梗死/危险体积比值的干预效果。AsanumaT通过心肌声学造影显示心肌与心腔之间充盈缺损诊断出2例常规超声心动图未能诊断的附在心尖部的附壁血栓，经食管超声心动图心肌声学造影时标化峰值回声强度可用于诊断左房内血栓及粘液瘤［19，20］。1.9谐波成像超声波在介质中传播时，除具有线性效应外，还具有非线性效应，即指由于弹性介质中分子排列不同，这一密度上的变化使声波各点传播速度不同而导致声波传播过程中形态上发生畸变，即产生谐波。谐波成像包括造影剂谐波和组织谐波成像。临床应用组织谐波成像是采用较低基