第六讲-医学与声学课件

第六讲医学与声学众所周知，超声能诊断疾病．但你也许不知道超声还能用来治病、美容．

§6.1超声诊断仪分类

§6.2超声治疗超声诊断仪分类A型超声波诊断仪F型超声波诊断仪B型超声波诊断仪C型超声波诊断仪M型超声波诊断仪多普勒超声诊断仪(DopplerUltrasound,D超)

A型超声波诊断仪A型超声波诊断仪是幅度调制型(AmplitudeModulatedMode)的简称．A型显示是超声技术应用于医学诊断中最早、最基本的方式．图像的横轴表示超声波在人体内的传播深度，纵轴表示回波幅度大小．临床诊断中的应用范围：A型超声波诊断仪可用于许多科室，它主要适用于检查肝、胆、脾、眼及脑等简单解剖结构，测量线度以及获得回波幅度的大小和形状，通过分析回波幅度的分布以获得组织的特征信息．其中最有代表性的应用是脑中线位置的测量．一般正常人脑中线位置通过颅骨的几何中心，最大偏差≤0.3cm．用双迹A型诊断仪测量若脑中线偏移＞0.3cm，则应考虑有占位性病变．此法检查无痛苦，准确性高．展望：A型诊断仪是最早应用于临床的超声设备．由于B型诊断仪的出现，A型诊断仪已经面临被淘汰的边缘，目前只在脑中线测量、眼科等方面还在应用．但是A型诊断仪在组织的判别和确定（或称组织定征）、生物测量方面都具有很高的准确性和特异性．目前只有几家国外厂家在生产标准化的A型诊断仪．B型超声波诊断仪基本原理：B型（BrightnessModulationMode）超声，为辉度调制型，其原理与A型相同，其不同点为：①将幅度调制显示改为辉度调制显示，它将放大后的回声脉冲电信号送到显示器的阴极（或控制栅上），使显示的亮度随信号大小变化；②医生根据声像图所得之人体信息诊断疾病，而不是像A型超声那样根据波型所反映的人体信息诊病．简单的说，B超图像的纵轴表示超声波在人体内的传播深度，横轴表示对人体的扫描，各点的亮度表示超声波在该点的回波幅度．B超将从人体反射回来的回波信号以光点形式组成切面图像，所以B超图像反映的是人体内声扫描断面上各点的回波幅度．此种图像与人体的解剖结构极其相似，故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．特点超声的传播速度快，成像速度快，每次扫描即产生一幅图像．快速地重复扫描，产生众多的图像组合起来便构成了实时动态图像．因而能够实时地观察心脏的运动功能、胎心搏动，以及胃肠蠕动等．B型实时成像仪用于诊断的依据是断层图像的特征，主要由图像形态、辉度、内部结构、边界回声、回声总体、脏器后方情况以及周围组织表现等，在临床医学方面应用十分广泛．应用范围可以显示胎头、胎体、胎位、胎心、胎盘、宫外孕、死胎、葡萄胎、无脑儿、盆腔肿块等，也可以根据胎头的大小估计妊娠周数．在妇产科中的探测如肝、胆、脾、肾、胰和膀胱等内部结构；区分肿块的性质，如浸润性病变往往无边界回声或边缘不气，若肿块有膜时其边界有回声且显示平滑；也可显示动态器官，如心脏瓣膜的运动情况等．人体内部脏器的轮廓及其内部结构的探测如眼睛、甲状腺、乳房等内部结构的探查和线度的测量．表浅器官内部组织探测诊断分辨率高．由于人体内组织的密度不同，相邻两种组织的声阻抗也不同，当声阻抗差达千分之一时，两组织界面便会产生回声反射，从而将两组织区分开来．超声对软组织的这种分辨力是X射线的100倍以上．B型超声具有操作简便，价格便宜、无损伤无痛苦，适用范围广等特点，因而已被广大患者和临床医师所接受．C型超声波诊断仪在B超广泛地应用于医疗诊断后，人们希望获得与X透视相似的图像，这就是C型超声诊断的图像．C型与B型的成像都是二维图像．但C型的成像画面是与超声束垂直的，它与B型扫描面相差90°．C型检查肿瘤组织，能显示出肿瘤组织的扩大范围，这在临床诊断中极为重要．F型超声波诊断仪F型与C型的原理基本相同．只不过C型超声仪的延迟电路控制的距离选通门的开启时刻是个可调常数．而F型的距离选通时间是随位置变化的函数．这样，F型的成像画面不是一个平面，而是一个由位置函数决定的曲面．F型成像画面可从三维角度去观察体内组织及病变情况．M型超声波诊断仪基本原理实现辉度调制在一维超声扫描和显示中，M型(MotionMode)和A型仪器的区别在于显示方式的不同：A型是幅度显示，即回波信号加到示波管垂直偏转板上，显示的是波形幅值的大小，其幅度的高低表示信号的强弱，而M超采用亮度显示，回波信号加到示波管的栅极或阴极上，及控制电子束的强弱，信号强时屏上显示光点亮，信号弱时光点就弱．可见其显示与B超显示相类似．位移——时间曲线在A超设备中，水平方向信号的距离代表着探测深度，而M超中反映探测深度的扫描信号是加在垂直偏转板上，光点在垂直方向上的距离代表探测深度．即垂直方向代表人体软组织脏器自浅至深的空间位置．另外，M超中在水平偏转板上施加慢扫描电压，使上下摆动的光点随时间横向展开，即水平方向代表时间，由此得出一条位移——时间曲线．时间—电转换电路M超与A超的最主要差别是，M超具有慢扫描电路．当回声信号加在Z轴以后，深度扫描电路将输出一个表示距离的锯齿波，加在显示器Z轴偏转板上，则显示屏上显示出一条按距离分布的光点群．这时慢扫描电路产生的时间扫描电压同时加在了Y轴上，因此在双重扫描电压作用下，扫描回声信息线被时间扫描分离，当重复频率足够高时，每给固定的目标的界面就显示成一条连续变化的曲线光迹．曲线的幅度表示反射界面在运动中所通过的距离大小，而曲线的斜率则表示反射界面运动速度的大小．当探头的声束通过心脏时，就可得心脏内各层组织的反射面对于探头表面的距离（即到体表的距离）随时间变化的曲线（回波光迹），这就是所谓的超声心动图．简单的说，M超图像的纵轴表示超声波在人体内的传播深度，横轴表示时间展开，各点的亮度表示超声波在该点的回波幅度．显然，M超图像反映的是超声波传播方向上各点回波位置随时间变化的位移信息，所以，M型超声波诊断仪又称为时间——运动型(Time-MotionMode)超声诊断仪．基本结构M超是由心电、心音、心搏和M型的多参数同步显示组成的超声心动仪器．主要由同步控制电路、水平(X轴)扫描发生器、高频脉冲发生器、回波接收电路、生理参数通道和显示器等部分组成．临床诊断中的应用范围M型超声诊断仪的主要特点是能测量运动器官，因此专用于心脏的各类疾病的诊断，如对心血管各部分大小、厚度的测量，心脏瓣膜运动状况的测量等．同时还可以输入心脏的其他有关生理信号，进行比较研究，如研究心脏各部分和心电图、心音图之间的关系；研究心脏搏动和脉搏之间的关系等．另外还可以研究人体内其他各运动面的活动情况，因此可以用于对胎儿和动脉血管的搏动等的检测．目前的双导超声心动图仪可以同时比较心脏的两个不同部分的活动情况，使临床的诊断更趋于方便和完善．多普勒超声诊断仪——(DopplerUltrasound,D超)

在过去的几十年中，超声频谱多普勒探测血流的研究工作已取得很大的成就，彩色多普勒的出现，使之更趋完美．频谱多普勒对血流的探测不是直观的，通过频谱的变化进而表达血流的改变，对血流的定量测定来说，频谱多普勒是必备的工具；彩色多普勒血流显像对血流的显示是直观的，它已成为定性诊断的最可靠的方法．根据多普勒效应制成的超声诊断仪称为多普勒超声诊断仪（D型超声诊断仪）．根据显示方式的不同，可把它大致分类如下超声多普勒仪连续波多普勒频谱多普勒仪脉冲波多普勒(按产生信号的方式分)超声多普勒血管显像仪超声多普勒显像仪彩色多普勒血流显像仪临床诊断中的应用范围连续波多普勒诊断仪连续超声多普勒诊断仪通过发射与接收连续多普勒信号，来获得运动目标的信息．这类仪器结构简单，价格低廉，可用来观测心壁、瓣膜、胎体的运动状态．连续波多普勒血流计利用连续超声多普勒血流计可以检测血流速度的大小与方向，尤其是在测量高速血流时连续式超声多普勒血流计有其独特的优势．这类仪器的测量也存在很多的局限性，例如不能判断物体的运动方向，不能探测血流状态．由于没有深度分辨力，它也不能探测运动物体的深度，因此目前除用以胎儿的检测外，已很少在临床上使用．此类仪器仍不能分辨探头和运动目标间的距离，测量结果受声束和运动方向夹角的影响较大，无法了解异常血流的产生部位．脉冲波多普勒血流计脉冲波多普勒血流计发射的是超声脉冲同时有延迟电路来控制接收器，使得这种仪器具有距离选通能力．如果采用不同的延迟时间，就可以得到沿声束方向上的血流速度，从而构成血流剖面图．目前脉冲多普勒血流计与B超显像仪进行组合，用前者检查血流状态，用后者探测解剖结构，所以能在诊断瓣口与血管狭窄、瓣膜关闭不全及先天性间隔缺损所致的分流方面取得良好的效果．这类仪器也有它的缺点，它所测血流速度的大小即多普勒频移大小受脉冲重复频率的限制．当其频移值超过耐奎斯特频率时，速度高的血流尖峰部分不能正常显示，出现频率倒错的现象．此外，由于采样体积范围很小，需要在断面上反复移动，检测时间较长．彩色多普勒血流显像仪彩色多普勒血流显像即是通过对散射回声多普勒信息作相位检测并经自相关处理，彩色灰阶编码，把平均血流速度分类以彩色显示．它与B型图像和M型超声心动图相结合，可提供心脏和大血管内血流的时间和空间信息．可同时显示心脏某一断面上全部血流束的分布及数目，腔室形态、大小；表现血流途径及方向；辨别层流、湍流或涡流；测量血流束的面积、轮廓长度和宽度；清楚暗示血管结构异常与血液动力学异常的关系．临床用于心脏瓣膜病，先天性心脏病、心肌病、心脏肿瘤的无创伤诊断，彩色多普勒血流显像直观、形象、快速检测，诊断灵敏和准确率很高．当然，彩色多普勒血流显像也有其局限性，它更多地作为定性诊断的方法，而对血流动力学的定量分析还须借助频谱多普勒．超声治疗可以击碎结石和体内脂肪的声学振荡器高强度聚焦超声刀(HIFU)可以击碎结石和体内脂肪的声学振荡器这是一种无形的振荡器，可用以击碎肾结石和胆结石．声波以一定的耦合方式进入到人体内，粉碎结石，使我们痊愈．声波所产生的压力可以被调整到很高强度，从而粉碎那些已被分解为极小颗粒的沙石，使之以完全自然的方式排出体外．在整形外科领域(医治骨骼损伤)，这种碎石机是从1991年起被启用的：声波的冲击可以使肌体组织再生．如今，人们把超声波直接应用于吸脂术，它利用超声波的空化效应，只分解脂肪细胞，而不损害其他细胞．加利福尼亚大学洛杉肌分校的卡洛斯·卡马拉(CarlosCamara)解释说：“这一技术恰恰是以声致发光现象为理论依据的──超声波进入患者的肌体内，使脂肪细胞升温液化，此时这些细胞中所聚积的高温可以达到太阳上的温度．高强度聚焦超声刀(HIFU)高强度聚焦超声(HIFU)俗称超声聚焦刀，是近年我国首先研制成功并应用于临床治疗肿瘤的高科技项目．和传统外科用手术刀切除肿瘤的血淋淋的操作过程不同，超声聚焦刀属微创甚至接近无创的治疗．病人麻醉后安静地躺在床上，医师坐在B型超声监控和计算机操作的荧屏前．手术在无声或轻音乐声中进行，在没有刀创、没有血痕的情景下完成．病人并不知觉，医师在荧屏中捕杀肿瘤就如愿电子游戏机上歼灭敌人一样全神贯注．HIFU超声聚焦刀的原理：就如同把太阳能聚焦到太阳灶上把食物煮熟一样，把能穿透人器官和组织的超声能量聚焦到一个焦点上，形成60～100℃的高温，医师在B超的直视下，把焦点对准肿瘤组织，使其在高温下凝固坏死．通过计算机的控制，焦点可准确地移动以覆盖整个肿瘤，而尽量不损伤正常组织．焦点以外B超通过的组织，由于温度不高，基本不受影响．整个肿瘤热凝的过程在B超下可视见．HIFU超声聚焦刀的优点有确切疗效，即时令肿瘤凝固坏死；损伤少，除破坏肿瘤外，很少波及正常组织；适形治疗，能按肿瘤的不规则形状设计治疗范围，对多个、位处深部、血管或胆管等重要组织旁的肿瘤，外科手术感棘手或视为禁区的原发或转移病灶也敢下手，对失去外科手术机会的病人也能有效治疗．肿瘤被热凝固，失去生命力的肿瘤留在身体内会被纤维化、固化而缩小，不再危害机体．应用前景超声聚焦刀对乳腺癌、骨癌、子宫肌瘤等症的治疗还有非常突出的优点，因破坏性少，可在保乳、保肢、保器官的前提下切除肿瘤，免除病人残疾的痛苦．由于高能超声聚焦刀是以超声波为导体，因而广泛用于肾癌、膀胱癌、肝癌、胰腺癌、胃癌、直肠癌、子宫颈癌、前列腺增生等腹腔、盆腔的实体肿瘤，对于早期肿瘤，它可以像手术刀一样将肿瘤组织“切除”，而且可以避免手术时可能引起的癌细胞种植与淋巴转移．对中晚期肿瘤，除可以局部杀死原发灶肿瘤癌细胞外，还有利于提