j 医学超声原理-第十九讲-超声新进展

第十九讲超声在生物医学中的最新应用与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。主要内容超声诊断超声探头血管内超声动脉粥样硬化超声造影剂六、光声成像七、超声多普勒新技术八、超声治疗新技术

一、超声诊断-微型计算机技术迅速发展随着计算机特别是微型计算机技术的迅速发展，超声诊断设备及成像技术水平得以迅速提高,微型计算机技术的应用不仅局限于超声诊断仪的一般控制,而且与前处理，特别是在声束的形成和图像的产生过程，以及质量改善等方面都有着密切的关系。几大特点：(1)强大的信息处理能力；(2)高速运算能力；(3)灵活的软件控制能力；(4)方便而丰富的计测功能。

一、超声诊断-改善图像质量的新技术20多年以来，超声诊断仪从采用节模拟技术到电脑超声(采用模拟/数字混合技术)，一直到全数字式声束形成技术，图像质量有明显的改善。(一)动态聚焦

(二)动态孔径

(三)动态变迹(四)高分辨率影像

与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。二、超声探头技术的发展

(一)超高密度和高匹配声阻抗探头

超高密度是高性能超声影像的保证。高匹配声阻抗探头提高声能的传输效率，获得高灵敏度和低噪声的声能，明显改善近场的图像质量和深部的灵敏度。(二)“智能化”探头和“自适应”探头

前者是一种用于彩色血流图中的电子探头，“自适应”探头是通过自适应软件，对接收过程中因不同的电阻抗所引起的能量损耗进行自动检测和自动补偿。(三)体腔内探头

目前主要有以下腔内探头：(1)直肠内探头；(2)膀胱内探头；(3)经阴道探头；(4)子宫腔内探头；(5)经食道探头。

三、血管内超声成像技术管腔内或血管内超声系统是将先进的计算机处理技术与高频超声技术相结合，它将高频换能器置于导管装置末端，发射和接收高频超声，能获得极高分辨率的图像，可显示组织的360°切面细微结构(血管壁层及其损伤)，这是X光或常规超声检查无法达到的。对外周血管、冠状动脉，以及身体内其他管腔的状态进行检查，并可使介入性超声十分方便地与介入性治疗相结合。这类装置使用的频率在20-40MHZ范围，分辨率极高。

血管内超声

血管内超声（intravascularultrasound，IVUS

）

血管内超声技术诞生于20世纪末，它利用安装在心导管顶端的微型超声探头，实时显示血管的截面图像。原理：利用不同性质的组织对声波的吸收及反射系数的不同从而使其显影的技术.小身材的超声探头:最小的探头直径只有1.2毫米，最大的也不超过3毫米血管内超声的技术并不成熟，在临床上的应用还处于研究阶段，目前大部分应用于颈动脉的研究中。四、动脉粥样硬化

高频超声（40MHz）应用于浅表的大血管（颈动脉）的检测动脉粥样硬化的检测和手术后的效果评估动脉粥样硬化

就是动脉壁上沉积了一层像小米粥样的脂类，使动脉弹性减低、管腔变窄的病变。包括对狭窄或闭塞血管，特别是冠状动脉、主动脉、肾动脉和四肢动脉施行再通、重建或旁路移植等外科手术，也可用带气囊心导管进行的经腔血管改形术、经腔激光再通、经腔粥样硬化斑块旋切或旋磨、经腔血管改形术后放置支架等介入性治疗。此外，对药物治疗无效的高胆固醇血症，国外有施行回肠旁路手术或血浆交换法治疗，但费用昂贵或兼有后遗症。肉眼观察，少量脂纹沉积的主动脉

肉眼观察，脂纹沉积的主动脉肉眼观察，不同程度动脉粥样硬化的主动脉与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。肉眼观察，轻度动脉粥样硬化的冠状动脉肉眼观察，重度动脉粥样硬化的冠状动脉肉眼观察，闭塞性动脉粥样硬化的冠状动脉肉眼观察，冠状动脉斑块内出血肉眼观察，有新近形成血栓的心脏和冠状动脉左前降支肉眼观察，有动脉粥样硬化性动脉瘤的主动脉五、超声造影剂超声造影剂超声造影剂(ultrasoundcontrastagent,UCA)具有较强的回波反射性能,能够显著增强超声检测信号。目前最好的人体微血管内的造影材料，既反映器官的血流灌注情况,而又不干扰血流动力学新型声学造影剂以氟碳类气体或空气为气泡主要成分,外壳包以白蛋白、多糖、脂类或聚合物等超声造影剂目前新型声学造影剂一般分为三代:第一代造影剂以空气或氧气为主要成分,因分子量小,受动脉压力影响,微球里的空气很快扩散,球壁塌陷而迅速失去声反射性,不能随血流分布至全身第二代超声造影剂：氟碳类物质制备成的微球、乳剂和脂质体,该类物质分子量比空气大得多,且为惰性气体,在微球中不易穿过球壁而扩散,能耐受250mmHg以上的动脉压力,它在血管内停留的时间足以满足实际应用所需要的最大值第三代为多聚体包裹空气或氟碳类气体的造影剂,持续时间更长超声造影剂的应用应用二维灰阶超声：增强多血管区域的对比度多普勒血流显像：造影剂微泡声学散射值比红细胞大1000倍瞬间反应成像：微泡破裂后,重新充填扫描平面需要一定的时间，这期间得到的图象可用来反映组织血流灌注二次谐波显像：造影剂微泡在声场中有强烈的非线性运动,可产生较强的谐波信号,其峰值频率为基波的二倍。通过宽频带超声探头接收发射频率的二倍频率实现由二次谐波组成的影像。超声造影剂的应用反向脉冲谐波成像：基本原理是发射两束形状相同、方向相反的脉冲进入媒质,取代常规B型或常规谐频成像法仅发射一束脉冲的方法,在合成返回信号时,来自组织细胞等返回的线性信号呈振幅相等而方向相反的波型,经相加时被删除;来自微泡返回的非线性谐频信号,波型位相相同而使振幅增大,实现理想检测造影剂微泡产生的非线性信号的目的。对比脉冲序列成像：利用造影剂微泡产生的非线性基频信号,同时接受与超声波相遇后微泡产生的基频和谐频成分,最大限度地显示造影剂微泡产生的回波成份,信号强度提高30dB超声造影剂的应用目前的超声造影剂应用于心血管，肝脏，胰腺，肾脏，腹部损伤，前列腺及妇科疾病的检测中，在治疗方面主要应用于评价血栓性疾病及增强治疗性超声的溶栓作用；携带药物或治疗基因的载体；治疗肿瘤，造影剂微泡的破坏可促使供应肿瘤的微血管破裂而引起肿瘤退变。六、光声成像光声成像光声信号：当强度调制的激光照射在介质上，由于介质的吸收效应导致光能量的沉积、温度的增加，瞬时的温度增加导致超声信号的产生。成像过程：光吸收→诱导光声信号→超声波检测→图像重建把一束短脉冲激光经光学元件扩束后,均匀照射到生物组织上,组织内的光吸收体快速吸收激光能量,产生绝热膨胀,从而产生光声信号,利用超声换能器从各个方向接收来自组织中的光声信号,再利用合适的算法进行图像重建,就可以得到组织光吸收分布图像无损，低成本，高分辨率，高对比度的成像方式与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。光声成像肿瘤组织对和正常组织对光吸收的差异(在近红外激光的照射下,癌变组织和周围正常组织的光吸收差异至少5倍以上）所以光声成像可以得到高对比度、高分辨率的癌组织影像。不同生理状态的生物组织对光的吸收不同,生物组织对光吸收的差异,反映了组织的结构特征,同时还可能反映组织的代谢状态、病变特征、甚至神经活动,被认为是一种很有前途的生物组织无损检测方法。光声成像研究现状HOELEN等利用PVDF（聚偏二氟乙烯）压电晶体传感器,首次对高散射介质中的血管进行三维成像,其重建图像的横向分辨率为200μm,纵向分辨率达10μm；KOLKMAN等研制了方向性很好的双环探测器,采用类似B超扫描成像模式,对组织进行断层成像,利用该系统,得到了人造血管和兔子耳朵血管的光声图像,测定了血管的直径、血氧含量,为病变血管的诊断提供重要的手段,在此基础上,该研究小组不仅成功地重建了手腕浅层血管的断层光声像,而且实现了不同时期对白鼠肿瘤组织的生长情况进行监控的光声图像；光声成像研究方向解决深层组织成像和图像对比度的矛盾：短波信噪比低，穿透组织深度不够，长波穿透力够，信噪比大,在目前的光声成像中,都是小面积的光声层析成像,利用多束激光同时进行照射,可以实现大面积的光声成像提高激光器的重复频率,可能实现实时的光声层析成像采用多通道的阵列超声换能器同时进行探测成像,以减少扫描时间光声成像大鼠脑部重建图象和解剖照片与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。七、超声多普勒新技术(一)高分辨率的彩色血流显像—声学双处理

发射声束时，与常规方式类似，但在接收时，它用两个连接在同一组晶片上而又独立的声束处理通道，通过不同的方式对信号进行延迟和组合，以便同时接收来自不同方向的信号。这样，在保持帧频的条件下可大大增加空间分辨率。

(二)血流矢量定量测量的三角形法

本技术是在传统的多普勒系统上附件一专门设计的定位系统。它使探头从两个方向对空间某一点采样，并通过三角形投影法计算，实现流速矢量的二维计测。

超声多普勒(三)曲面相控阵探头技术(CPA)

相控阵探头最大的缺点是旁瓣大，采用CPA探头的目的是减少旁瓣，使图像更精确。

(四)精确的峰值速度测量技术(APV)

该技术是利用计算机根据发射的声束宽度、发射孔径、发射频率以及多普勒采样线的角度等参数，按照一定的数字模型，编制成软件，并对误差自动校正，使峰值速度测量更精确。八、超声治疗新技术

超声治疗低强度脉冲超声（lowintensitypulsedultrasound）促进同种异体移植骨组织的愈合：有研究表明在大型动物中应用低强度脉冲超声可以促进骨组织的愈合，未来可能应用于人同种异体移植器官中高强度聚焦超声治疗食道肿瘤：大多数的食道肿瘤患者都不适合采用外科手术，所以大部分治疗手段都是使肿瘤减小。超声治疗

治疗时探头插入食道内，包括一个用于观测肿瘤的位置和观察治疗效果的显影探头和一个可以旋转的高强度聚焦超声探头。所以这种办法只适合于食道的肿瘤目前有用于临床的试验，文献称对4个病人的应用这种疗法都有明显效果，其中一个肿瘤组织完全‘坏死，在15天之内病人平安的恢复而且不能进食的状况得到极大缓解，3个病人可以进食固体食物与本PPT配套的指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合