超聲的生物效應(yīng)及診斷概述解析第1頁/共26頁熱作用機(jī)理介質(zhì)的能量可以以分子的平動(dòng)、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等多種形式存在。超聲引起的機(jī)械作用使分子的平動(dòng)動(dòng)能增加，溫度升高。如果不發(fā)生任何形式的能量轉(zhuǎn)化，則在壓縮變?yōu)橄∈杵陂g，分子的平動(dòng)動(dòng)能將會(huì)還原為波動(dòng)能量。但往往平動(dòng)動(dòng)能因耦合作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。因此，?dāng)壓縮變?yōu)橄∈璧陌胫芷谥?，還原了的聲波振幅將減小，一部分超聲能量被介質(zhì)吸收了。

一、熱效應(yīng)及機(jī)制第2頁/共26頁

當(dāng)溫度上升到43度時(shí)，腫瘤細(xì)胞就開始無法生存。故可用超聲作為人工加熱治療腫瘤的一種手段。超聲對惡性腫瘤的治療第3頁/共26頁圖治療前圖治療后2周，癌灶出現(xiàn)凝固性壞死患者，男，51歲，原發(fā)性肝癌超聲治療前后磁共振（MR）影像學(xué)變化第4頁/共26頁腫瘤組織血管畸形、血液供應(yīng)減少，血流速度慢。正常組織在受熱時(shí)有良好的血液循環(huán)可充分散熱。腫瘤組織局部溫度會(huì)升高，氧缺乏，抑制了腫瘤細(xì)胞的DNA、RNA及蛋白質(zhì)的合成，破壞了溶酶體和線粒體，生物膜通透性增加，低分子蛋白外溢。高熱提高機(jī)體的免疫功能，起到限制癌細(xì)胞擴(kuò)散的作用。為什么超聲對腫瘤組織能特異性殺傷超聲波聚焦熱療升溫可達(dá)90℃以上，穿透力強(qiáng)，可治療深部腫瘤。超聲不能穿透含氣的組織，不能穿透骨骼，因此難以治療胸部的肺癌、食道癌。第5頁/共26頁我國北方地區(qū)第一臺(tái)高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)超聲聚焦治療是利用高強(qiáng)度超聲波從體外對體內(nèi)的腫瘤進(jìn)行覆蓋，在不開刀、不流血的情況下完成對體內(nèi)腫瘤的滅活“切除”，同時(shí)又避免了傳統(tǒng)外科手術(shù)、放療、化療手段治療腫瘤時(shí)所帶來的副作用，還可以增強(qiáng)患者的免疫功能，是具有國際先進(jìn)水平的“21世紀(jì)的腫瘤無創(chuàng)治療新技術(shù)”，它使骨腫瘤患者保留肢體，滿意的療效。第6頁/共26頁二、機(jī)械效應(yīng)及機(jī)制機(jī)械效應(yīng)：在超聲波作用下，生物組織將受到壓力的作用，產(chǎn)生按摩效果，并引起速度和加速度方面的變化，

弱超聲的照射可引起血管擴(kuò)張，有明顯的降壓作用。對血液和血管的作用第7頁/共26頁

機(jī)械作用機(jī)理

1、輻射壓強(qiáng)2、超聲壓強(qiáng)第8頁/共26頁1、輻射壓強(qiáng)輻射壓強(qiáng)：當(dāng)超聲入射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，除反射和透射外，在界面處還產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的沿傳播方向的靜壓強(qiáng)。輻射壓強(qiáng)對生物體可引起兩種效應(yīng)，騷動(dòng)效應(yīng)和摩擦效應(yīng)。第9頁/共26頁加濕器——超聲霧化超聲波通入水罐中，劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣的濕度。騷動(dòng)效應(yīng)：當(dāng)強(qiáng)超聲束通過液體時(shí)，引起類似水的沸騰現(xiàn)象。第10頁/共26頁2）摩擦效應(yīng)超聲波引起的輻射壓強(qiáng)作用于介質(zhì)點(diǎn)，引起組織細(xì)胞容積變化，內(nèi)含物移動(dòng)及胞漿環(huán)流，從而對組織產(chǎn)生一種“按摩作用”，可改善血液和淋巴循環(huán)，增強(qiáng)細(xì)胞膜的通透性。聲壓給予溶劑和大分子以不同的加速度運(yùn)動(dòng)，使小分子（水）和大分子（蛋白質(zhì)和核酸）之間發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，力量之大可以導(dǎo)致鍵的斷裂而使大分子降解。第11頁/共26頁許多植物“愛聽”超聲波.水稻、番茄、種子經(jīng)超聲處理有增產(chǎn)效果。水分、氧氣、一定的溫度種子外面裹著一層嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的種皮，保護(hù)種子不受損傷，但是，它的透水性和透氣性都不好，使種子“喝”不到足夠的水分，“呼吸”也特別微弱，就像睡著了.第12頁/共26頁當(dāng)超聲波照射到浸泡在水里的種子時(shí)，激烈的超聲振動(dòng)會(huì)對種子產(chǎn)生一種類似摩擦的作用。使得種皮的透水性和透氣性大大增強(qiáng)，并能使種子得到一定溫度。種子吸著水“發(fā)胖”，呼吸也加快了，種子就能提早發(fā)芽.第13頁/共26頁超聲波促使種子內(nèi)貯藏的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)更好地溶解于水.變成易被種胚吸收的養(yǎng)料，苗兒就使勁地長個(gè)兒.超聲波具有殺菌作用，能殺死潛伏在種子身上的某些菌和蟲卵，不讓它們到大田里為非作歹.第14頁/共26頁植物喜歡的超聲波都有一定的頻率和強(qiáng)度，如果處理不當(dāng)，非但不能增產(chǎn)，還會(huì)造成種子死亡和減產(chǎn).需要注意?。〉?5頁/共26頁2、超聲壓強(qiáng)

當(dāng)頻率為1MHz、強(qiáng)度為2W/cm2的超聲波輻照人體軟組織時(shí)，質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)且聲壓幅值可達(dá)2.4*105Pa。表明，質(zhì)點(diǎn)在1s內(nèi)要受100萬次從+2.4*105Pa到-2.4*105Pa聲壓作用。超聲在介質(zhì)中傳播時(shí)，波線上各處出現(xiàn)交替的正壓和負(fù)壓，這種壓差可達(dá)數(shù)百kPa。大分子、細(xì)胞及組織結(jié)構(gòu)就處在激烈變化的力學(xué)環(huán)境中，其狀態(tài)、功能都會(huì)受到影響。第16頁/共26頁超聲波碎石超聲波使物體振動(dòng)，能使結(jié)石粉碎。第17頁/共26頁三、化學(xué)效應(yīng)及機(jī)制

超聲對雞胚胎細(xì)胞的影響

用頻率為2MHz、強(qiáng)度為11.5mW/cm2的超聲，照射孵化了50小時(shí)的雞胚胎3分鐘。繼續(xù)孵化兩天后，與對照組比較，用胚胎的體節(jié)數(shù)測定生長，發(fā)現(xiàn)超聲波照射組中發(fā)育延遲者大于97.5%。第18頁/共26頁用3.6MHz、0.1W/cm2的超聲波對兔子耳朵上的傷口進(jìn)行輻照，每周3次，每次5分鐘，結(jié)果使傷口的愈合速度大大加快。超聲對組織再生的作用第19頁/共26頁

化學(xué)作用機(jī)理

超聲的熱作用和機(jī)械作用常常會(huì)引發(fā)生物組織化學(xué)變化。超聲的化學(xué)作用是二級效應(yīng)。超聲首先引起組織內(nèi)升溫、壓強(qiáng)變化，之后繼而引發(fā)化學(xué)效應(yīng)。引起化學(xué)反應(yīng)的加速或抑制，影響高分子化合物的聚合與解聚，酶活性變化和高活性化學(xué)物質(zhì)形成（自由基、H2O2）第20頁/共26頁四、空化效應(yīng)及機(jī)制空化作用：超聲引起介質(zhì)中氣體或水蒸汽空腔發(fā)生振蕩作用而產(chǎn)生的各種現(xiàn)象。1、穩(wěn)態(tài)空化2、瞬態(tài)空化第21頁/共26頁1、穩(wěn)態(tài)空化

當(dāng)液體媒質(zhì)內(nèi)的聲場中存在適當(dāng)大小的氣泡時(shí)，氣泡會(huì)在聲波的交變聲壓作用下進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)聲波頻率接近氣泡的固有頻率時(shí)，氣泡進(jìn)入共振狀態(tài)，振幅達(dá)到極大，這時(shí)會(huì)伴隨發(fā)生一系列二階現(xiàn)象，如輻射力及微聲流。微聲流可使振動(dòng)氣泡表面附近出現(xiàn)高的速度梯度和粘滯力，足以使該處的細(xì)胞和生物大分子產(chǎn)生生物效應(yīng)?？栈陌l(fā)生與液體中溶解的氣體量有關(guān)。第22頁/共26頁

超聲對白細(xì)胞影響

用鎢絲以20kHz的振動(dòng)為聲源輻照白細(xì)胞，溶液中的氣泡振動(dòng)，產(chǎn)生微聲流，微聲流引起的細(xì)胞表面效應(yīng)與金屬絲振動(dòng)幅度有關(guān)。當(dāng)切變力的壓強(qiáng)為300dyn/cm2，對應(yīng)振幅為4um時(shí)，白細(xì)胞的吞噬能力改變。當(dāng)微聲流產(chǎn)生的切變力的壓強(qiáng)達(dá)500dyn/cm2,對應(yīng)振動(dòng)幅度>8um時(shí)，白細(xì)胞發(fā)生溶解；第23頁/共26頁2、瞬態(tài)空化

當(dāng)強(qiáng)度較高的超聲波幅照液體時(shí)，聲場中氣泡的動(dòng)力學(xué)過程變得復(fù)雜和激烈。在聲波的負(fù)壓半周期內(nèi)微小氣泡迅速膨脹，隨后又在聲壓正半周期內(nèi)氣泡被壓縮以至崩潰。當(dāng)氣泡被壓縮至崩潰前的暫短時(shí)期內(nèi)，氣泡內(nèi)的溫度可高達(dá)數(shù)千度，壓力可高達(dá)幾百個(gè)大氣壓。氣泡內(nèi)的水蒸汽在這種極端的物理?xiàng)l件下可以