1、聲學檢測1一、超聲學問題超聲學：研究超聲波的產(chǎn)生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產(chǎn)生超聲波的裝置有機械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應和電磁作用原理制成的電動超聲發(fā)生器、 以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應制成的電聲換能器等。2一、超聲學問題機械效應。超聲在介質(zhì)中前進時所產(chǎn)生的效應。超聲振動可引起組織細胞內(nèi)物質(zhì)運動，由于超聲的細微按摩，使細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉(zhuǎn)、摩擦、從而產(chǎn)生細胞按摩的作用，也稱為“內(nèi)按摩”這是超聲波治療所獨有的特性.可以改變細胞膜的通透性，刺激細胞半透膜的彌散過程，促進新陳代謝、加速血液和淋巴循環(huán)、改善細胞

2、缺血缺氧狀態(tài)，改善組織營養(yǎng)、改變蛋白合成率、提高再生機能等。使細胞內(nèi)部結構發(fā)生變化，導致細胞的功能變化，使堅硬的結締組織延伸，松軟。 3空化作用。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡 。一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液

3、體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。 4熱效應。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應。人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領，因此當超聲波在人體組織中傳播過程中，其能量不斷地被組織吸收而變成熱量，其結果是組織的自身溫度升高。產(chǎn)熱過程既是機械能在介質(zhì)中轉(zhuǎn)變成熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。即內(nèi)生熱。超聲溫熱效應可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營養(yǎng)，增強酶活力。一般情況下，超聲波的熱作用以骨和結締組織為顯著，脂肪與血液為最少。 5化學效應。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫；溶有氮氣的水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后

4、會變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結構發(fā)生了改變 。6醫(yī)學超聲概述它主要研究超聲波與生物組織(主要指人體組織)的相互作用機理、規(guī)律及其應用。醫(yī)學超聲包括超聲診斷和超聲治療。 超聲診斷研究如何利用各種組織聲學特性的差異來區(qū)分不同組織，特別是區(qū)分正常和病變組織。其物理基礎是超聲波在生物組織中的傳播規(guī)律(即組織對聲波的作用)及診斷信息提取方法。 超聲治療則研究如何利用超聲波的生物效應(因聲波照射

5、引起的組織結構、功能和生物過程的變化)來治療某些疾病，其物理基礎是超聲生物效應的機理和超聲劑量學等。 7醫(yī)學超聲概述醫(yī)學超聲檢測原理：醫(yī)學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態(tài)與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同。醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影像的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。目前，醫(yī)生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。 8醫(yī)學超聲概述醫(yī)學超聲

6、治療：一定劑量的超聲波作用于人體組織，會產(chǎn)生一定的生物效應，如利用生物效應達到某種醫(yī)療目的便構成了超聲治療。超聲治療開始于超聲理療，出現(xiàn)在上世紀30年代。到70年代以后，超聲治療技術取得了長足的發(fā)展，不僅傳統(tǒng)的超聲理療有了新發(fā)展，而且又涌現(xiàn)出一系列新的超聲治療技術，如超聲外科、超聲治癌及超聲碎石等，從而使超聲治療技術進入了一個新的歷史發(fā)展時期。9超聲的概念振動頻率20,000Hz的聲波超聲波醫(yī)用頻率2.513MHz(常用2.5 5MHz) 10超聲波的特點和優(yōu)點USG特點： 對軟組織的分辨能力強 信息的顯示有多種方法USG優(yōu)點： 無損傷、無痛苦、無輻射 實時、快捷、準確、方便11超聲的三個基本

7、物理參數(shù)頻率( f): 聲波每秒振動次數(shù)，Hz。波長(): 聲波在一個振動周期內(nèi)所通過的距離，mm聲速(C): 聲波在介質(zhì)中每秒傳播的距離，m/s=f C（m/s）人體軟組織聲速平均為1540m/s12超聲的物理特性 指向性 反射、折射、散射和繞射 吸收與衰減 分辨力與穿透力 多普勒效應13近場遠場DD聲源直徑 擴散角頻率高，波長短，呈直線傳播1.超聲波的指向性142-1. 超聲波的反射和折射反射 1.聲阻抗(z)=介質(zhì)密度()聲速(c) Z0.1%即可產(chǎn)生反射 2.聲阻抗差大，反射強折射 兩種介質(zhì)內(nèi)聲速不同可產(chǎn)生 折射現(xiàn)象 結果：導致入射聲束的偏轉(zhuǎn) 15超聲波的入射、反射和折射示意圖大界面

8、折射波 入射波 反射波 162-2.超聲波的散射 遇界面遠小于波長的微小粒子，超聲波將產(chǎn)生散射，人體內(nèi)的散射源為紅細胞和臟器內(nèi)的細微結構。172-3.超聲波的繞射 目標大小約為1 2或稍小，超聲波將繞過該靶目標繼續(xù)前進，很少發(fā)生反射。 18 超聲波的吸收與衰減聲衰減定義： 是指聲能隨著傳播距離而減弱的現(xiàn)象 衰減量=頻率深度頻率高，衰減重 原因：吸收損耗、聲束擴散、反射和折射19 超聲波的分辨力與穿透力頻率高，分辨好，穿透差頻率低，分辨低，穿透強對應的臨床應用：檢測淺表器官，采用高頻探頭檢測深部臟器，采用低頻探頭20 多普勒效應 聲源與接收體之間的相對運動引起聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，頻率的變化稱

9、為頻移fdfd = f- f0 = Vcosf0/c f0 為入射超聲頻率 f 為回聲頻率 V 為物體的運動速度 C 為聲速 cos為運動方向與聲束方向間的夾角 21多普勒效應示意圖聲源目標22多普勒效應示例23血流信息獲取 V =血流速度 C =聲速 cos=血流與探頭間夾角血管VC探頭24cos900，血流迎向探頭，fd為正值稱為正性頻移cos900，血流遠離探頭，fd為負值稱為負性頻移夾角對fd值的影響25二、超聲成像的基本原理聲阻抗特性聲衰減特性多普勒效應26人體組織的聲學特征無回聲 （無反射型）膽汁、尿液、血液低回聲 （少反射型）肝、脾強回聲 （多反射型）血管壁、結石極強回聲（全反射

10、型）肺、胃腸道27回聲類型肝膽汁膽囊壁28超聲成像的檢查方法基本檢查方法：A型、M型、B型、D型29型（超聲示波法）機理：是以波形來顯示組織特征的，以波幅變化反映回聲情況。主要用于測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性，如實質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。特點：一維波形圖，不直觀。用途：鑒別液、實性包塊，測距。目前臨床不再使用。30A型超聲示意圖距離振幅A型超聲實例31型（超聲掃描法）機理： 以單聲束取樣，獲得活動界面回聲，再以慢掃描方式展開。是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。特點：一維時間運動曲線圖用途：最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可

11、以用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態(tài)、結構的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。 32M型曲線圖33型（超聲顯象法）機理：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺娙醪煌墓恻c，這些光點可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，即，不同的光點反映回聲變化，用切面顯示正常組織與異常組織。 特點：二維斷面圖像，灰階/彩階，實時顯示，直觀。用途：這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。 3435肝臟B超心臟B超36D型（超聲多普勒法）機理：利用Doppler原理對心血管內(nèi)血流進行探測分析，是專門用來檢測血液流動和

12、器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法。頻譜多普勒（PW+CW） 以頻譜曲線顯示，檢測血流動力學參數(shù) 彩色多普勒血流顯像（CDFI） 彩色編碼實時顯示血流方向、速度及血流性質(zhì)用途：可確定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內(nèi)血液的流量。37二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流PW38其它醫(yī)用超聲檢測技術現(xiàn)在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內(nèi)窺鏡等超聲技術不斷涌現(xiàn)出來，并且還可以與其他檢查儀器結合使用，使疾病的診斷準確率大大提高。39超聲探頭與掃查方式常規(guī)探頭：扇型、線陣型、凸弧型專用探頭：腔內(nèi)探頭（食管、直腸、陰道） 術中探頭 穿刺探頭40探頭

13、類型41超聲掃查方式示意圖線陣型扇型凸弧型42凸弧型探頭掃查凸弧型B超切面43扇型探頭掃查扇型探頭B超切面44線陣型探頭掃查線陣型B超切面45超聲檢查前準備根據(jù)檢查部位的不同而不同 腹腔臟器：空腹 盆腔臟器：膀胱充盈 心臟：忌服影響心肌收縮力的藥物 表淺器官及外周血管：無須特殊準備46超聲成像的臨床應用確定占位病變的物理性質(zhì)檢查臟器的形態(tài)、大小及結構 測定心功能檢測血流監(jiān)測胎兒生長發(fā)育檢測積液隨訪、介入、術中US 健康體檢、防癌普查等47超聲成像的局限性圖象易受氣體和皮下脂肪的干擾對骨骼、肺、腸道的檢查受到限制偽像干擾圖象顯示范圍較小48三、超聲治療一定劑量的超聲波作用于人體組織，會產(chǎn)生一定的

14、生物效應，如利用生物效應達到某種醫(yī)療目的便構成了超聲治療。超聲治療開始于超聲理療，出現(xiàn)在上世紀30年代。 超聲理療與我國傳統(tǒng)針灸療法相結合，于80年代研制出超聲針刺治療儀和穴位超聲治療儀。 49超聲-電療法 將聲與電兩種不同的物理因子結合用于臨床治療即是超聲-電療法 。對疼痛癥有迅速緩解的作用 。低頻脈沖電流和中頻電流，與超聲協(xié)同作用于人體，表明其效果均超出了它們各自的單獨療效 。50超聲藥物透入療法 將藥物摻人耦合劑中，通過超聲作用，使藥物經(jīng)過皮膚或粘膜透人人體內(nèi)的一種治療方法，謂之超聲藥物透人療法。 超聲波進入人體組織時，使組織細胞進入振動狀態(tài)，類同于細胞受到按摩作用，提高了細胞膜的通透性

15、，從而不僅可以使藥物沿著細胞間隙透進人體內(nèi)組織深部，還可以進入細胞內(nèi)部，這是直流電藥物離子透人療法所遠不及的。 51 通過超聲空化等作用，使藥液分散成微小的霧滴，借助于呼吸而進入呼吸道，直接作用于病灶進行治療的一種方法，稱作霧化吸入療法。 醫(yī)用上用于制霧的超聲頻率取在 間，制取的霧滴直徑分布可達 ，霧滴越小越易進入氣管深部。如 可達到細支氣管， 可達肺泡導管， 則可進入肺泡。 超聲霧化吸入療法52 下呼吸道極易受細菌等有害微生物侵襲而感染發(fā)病，藥物霧滴可直接沉積在病灶處，其施藥濃度遠非其他療法所及，故而具有藥效大、療效高、用藥少的特點。 在此療法中，霧化藥液的制備十分重要，選用藥物的基本要求是

16、其有效成分必須為水溶性的。常用的藥物包括:化痰劑、平喘劑、抗生素、激素等。適于治療各種急慢性呼吸道感染、慢性阻塞性肺疾患、肺心病伴肺部感染、急慢性鼻炎、鼻竇炎、扁桃體炎、喉結核、支氣管內(nèi)膜結核、肺結核、哮喘等。超聲霧化吸入療法53超聲外科 狹義：超聲外科系指以超聲手術刀代替通常的手術刀 ，切除人體病變組織，進行臨床外科治療的一種新技術。設備主要由高頻功率源和超聲手術刀。包含三個組成部分:超聲振動系統(tǒng)、聚能器(亦稱變幅桿)和刀頭。超聲振動系統(tǒng)可以采用夾心式壓電換能器或磁致伸縮效應來實現(xiàn)，頻率一般取20-30kHz之間。廣義：凡是在外科中使用超聲技術進行治療，都屬于超聲外科的范圍。如在骨科、矯正科

17、、眼科、和一般普通外科，甚至美容和減肥等。 54超聲外科 一般超聲手術刀 ：超聲振動能量通過變幅桿會聚而增強(變幅桿可取階梯形，線形錐體及指數(shù)形椎體等)，從而可使刀頭產(chǎn)生高大的位移幅值。 超聲手術刀可分兩大類，一類接觸式超聲手術刀或超聲切割刀，另一類是具有抽吸功能的手術刀，通常稱作超聲吸引器。 超聲刀在切割組織時，很容易使組織局部液化，液體組織中的氣核在強大超聲作用下被激活，便產(chǎn)生空化過程。空化泡崩潰時伴生的局部高溫高壓、沖擊波及射流等，都足以破壞組織。55 如果說，一般超聲手術刀主要是靠振動加速度切割組織，那么在抽吸式手術刀的切割機制中，聲流和空化就將會起更重要的作用。 超聲手術刀在進行臨床

18、手術時，由于人體組織的聲學性質(zhì)不同，在破壞與吸除高含水量的組織細胞的同時，卻可使彈性較強的高膠原含量的組織(如血管、淋巴管)保存完好無損，從而可以大大減少出血與感染。超聲外科 56超聲外科超聲手術刀在進行臨床手術時，在破壞與吸除高含水量的組織細胞的同時，卻可使彈性較強的高膠原含量的組織(如血管、淋巴管)保存完好無損，可以大大減少出血與感染。超聲手術刀的優(yōu)點如下:（1）出血或少出血。（2）切割速度快而又省力。（3）組織的破壞面小且創(chuàng)緣整齊。（4）可層層剝落且隨時沖洗吸除，切面清晰，使手術便于進行。（5）在某些情況下，還具有焊接與加速組織再生的優(yōu)點。 57超聲美容作用機理：是利用超聲波對人體細胞微

19、按摩及溫熱效應，其結果是增大了細胞膜的通透性，改善血液和淋巴循環(huán)，促進新陳代謝和細胞的再生能力。頻率為1.0-3.4MHz,聲強為 0.25-1.5W/cm2。如超聲美容機。 58超聲去脂術(或超聲減肥術) 超聲去脂按如下程序進行: (1)去脂部位局部麻醉。 (2)將一種特制溶液注入皮下脂肪層，使之容易產(chǎn)生空化;同時溶液(為低滲液體)大量滲入脂肪細胞內(nèi)，使其體積膨脹，細胞膜變得薄而脆弱，易于受到空化破壞。 (3)將細長的鐵合金超聲變幅桿聲頭插入皮下脂肪層，并發(fā)射出20kHz的超聲波，超聲空化作用使脂肪細胞破裂。 (4)油脂從脂肪細胞中流出后與注人液體混合成混濁液，經(jīng)輕輕擠壓，混濁液即從變幅桿入

20、口處緩緩流出體外，直到獲得理想體形。 59 超聲去脂術與傳統(tǒng)的負壓抽吸術相比，其優(yōu)點是:（1）超聲去脂術只選擇性地破壞結構疏松的脂肪組織，而不損傷膠原含量較高的神經(jīng)、血管、淋巴管等及周圍組織，故損傷輕，副作用小，術后恢復快。（2）只去除脂肪細胞內(nèi)的液體部分(脂肪酸)，而細胞膜等非液體物質(zhì)留在原位，使皮膚光滑、平整。（3）操作簡便，省時，省力。 超聲去脂術(或超聲減肥術) 60超聲治癌 超聲加熱以其安全、便于控制、可加熱的深度大等優(yōu)點而受到重視 。溫熱療法用于治癌時，一般使癌變組織加熱升溫到之間，維持一定時間，癌細胞即可被殺死。 61超聲治癌高能沖擊波(HESW)療法：要求沖擊波會聚在焦點上的壓

21、力需高達35MPa(即350大氣壓)以上 。沖擊波巨大的機械破壞力對癌細胞具有明顯的殺傷、延緩和抑制作用，而且此法定位準確，不損傷正常組織，屬非侵襲性療法，易為患者接受。高強聚焦超聲(HIFUS)療法 ：可采用單元或多元聚焦超聲輻照系統(tǒng)，使焦點處的聲強可達數(shù)千乃至上萬W/cm的高聲強。重要特點是避免或軟化了對體內(nèi)測溫的要求。62超聲治癌高強度腫瘤超聲治療系統(tǒng)（超聲聚焦刀，海扶刀） 63超聲治癌超聲聚焦腫瘤消融機 強聚焦超聲是一種正在世界各國引起廣泛重視的無創(chuàng)局部治療手段，它利用超聲波的聲能轉(zhuǎn)化為熱能原理，僅用0.250.1秒時間便能在其聚焦區(qū)組織內(nèi)產(chǎn)生65-100以上的高溫，從而使腫瘤細胞組織變性、凝固、壞死（其焦點作用到的地方，腫瘤細胞殺死率可達到100），這是除手術外其他方法實現(xiàn)不了的，因此被國際醫(yī)學界公認為繼手術、化療、放療后興起的全新、安全、高效第四種治療腫瘤的手段。 64經(jīng)顱超聲療法“經(jīng)顱超聲療法”是利用超聲波可以穿透顱骨、直接作用于腦病變部位的特性，改善腦病變部位的血液循環(huán)，提高腦細胞代謝水平，使失去的腦功能得以恢復而創(chuàng)立的治療方法，簡稱“腦超聲”。 65經(jīng)顱超聲療法治療性的超聲波是每秒鐘震動80萬次(0.8兆/秒)的一種能量波，它可以使血栓溶解，可以給腦細胞提供一定的能量，提高腦細胞代