超聲對(duì)人體的影響本章重點(diǎn)：超聲生物效應(yīng)超聲的空化機(jī)制2超聲對(duì)人體的影響一概述超聲波是目前廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療的手段之一。無創(chuàng)可視3超聲對(duì)人體的影響1、電磁波和機(jī)械波。電磁波：電磁能量，以其頻率可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外光、X射線，γ射線和高能宇宙射線。4超聲對(duì)人體的影響機(jī)械波：由于機(jī)械力（彈性力）產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，它傳播的是機(jī)械能量，并且僅能在介質(zhì)中的傳播。聲波以頻率可分為三大類：次聲波、聲波、和超聲波。5超聲對(duì)人體的影響超聲波（Ultrasound）是指頻率超過2萬赫茲即超過人耳聽閾高限的聲波。一般診斷用超聲波頻率為1～10MHz，而最常用的是2.5～5MHz。6超聲對(duì)人體的影響2、超聲在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展1915年法國(guó)科學(xué)家在研究超聲水壓探測(cè)時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)超聲對(duì)魚類等水中小動(dòng)物可以產(chǎn)生致死效應(yīng)。

40年代末，A型（AmplitudeMode）超聲診斷儀開始應(yīng)用于臨床。腦中線的探測(cè)、眼軸的測(cè)量、漿膜腔積液的診斷、肝膿腫的診斷以及穿刺引流定位

不久B型（BrightnessMode）、M型（MotionMode）和D型（DopplerMode）超聲診斷儀相繼問世。

7超聲對(duì)人體的影響70年代迅速向二維灰度顯示的B型超聲診斷儀D型超聲診斷儀也開始出現(xiàn)。80年代出現(xiàn)彩色多普勒血流顯像。

90年代，出現(xiàn)高強(qiáng)度聚焦超聲。8超聲對(duì)人體的影響二超聲生物效應(yīng)1、概念是指當(dāng)作用人體的超聲波達(dá)到一定劑量時(shí)，可以使人體組織或器官產(chǎn)生某些生化的、免疫的、功能結(jié)構(gòu)上的可逆或不可逆的變化。

9超聲對(duì)人體的影響2、超聲生物效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制

①熱機(jī)制

②機(jī)械機(jī)制

③空化機(jī)制10超聲對(duì)人體的影響熱機(jī)制超聲波在生物體內(nèi)傳播的過程中，其振動(dòng)能量不斷地被組織吸收,導(dǎo)致物體分子快速摩擦產(chǎn)生熱能而使組織自身溫度升高。11超聲對(duì)人體的影響機(jī)械機(jī)制超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)能量的傳播形式，在作用于人體時(shí)，可以引起生物體系中的生物大分子、細(xì)胞及組織結(jié)構(gòu)處在激烈振動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中，其功能、生理過程甚至結(jié)構(gòu)都可能會(huì)受到影響。

12超聲對(duì)人體的影響空化機(jī)制空化效應(yīng)是指在超聲作用下,人體內(nèi)的微氣泡（氣核）表現(xiàn)出的各種形式的活性.這些微小氣泡或作非線性運(yùn)動(dòng)或在高壓作用下迅速增大、急劇壓縮、快速破裂或塌陷。

13超聲對(duì)人體的影響根據(jù)氣泡不同的動(dòng)力學(xué)行為，可以分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化兩種。穩(wěn)態(tài)空化是氣泡在聲壓的作用下可能進(jìn)入體共振（即體脈動(dòng)）狀態(tài)，當(dāng)聲波頻率接近氣泡共振的特征頻率時(shí)，體脈動(dòng)的幅度達(dá)到最大。瞬態(tài)空化是指在強(qiáng)度較高的聲場(chǎng)中，氣泡在聲場(chǎng)負(fù)壓相迅速膨脹，隨即又在正壓相突然收縮以至崩潰。14超聲對(duì)人體的影響三超聲對(duì)人體的影響超聲在臨床上按照應(yīng)用不同分為診斷性超聲和治療性超聲。診斷性超聲包括常見的B超、彩色超聲多普勒等，是臨床上常用的檢查方法。治療性超聲即高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）。15超聲對(duì)人體的影響（一）診斷性超聲對(duì)人體的影響1、胚胎和胎兒：妊娠期的診斷性超聲照射可以導(dǎo)致老鼠胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，出生體重降低。對(duì)于人類還有待于進(jìn)一步研究。16超聲對(duì)人體的影響2、神經(jīng)組織：在孕早期以診斷性超聲照射可能影響胚胎腦功能的發(fā)育。17超聲對(duì)人體的影響3、細(xì)胞：孕8—12周接受3.5MHz超聲照射5分鐘，可以引起胎兒角膜上皮的腫脹，但呈可逆性改變。照射20分鐘則出現(xiàn)不可逆的角膜表層細(xì)胞壞死。超聲照射中期妊娠婦女30分鐘，可出現(xiàn)胎兒睪丸精原細(xì)胞腫脹。18超聲對(duì)人體的影響4、染色體、DNA：孕早期接受診斷性超聲照射，新生兒臍血的姐妹染色單體交換率增加，中晚期的累積超聲照射使染色單體的交換頻率下降。超聲照射離體細(xì)胞，觀察到DNA斷裂、嘌呤、嘧啶醇堆積，且自由基水平增高。19超聲對(duì)人體的影響（二）高強(qiáng)度聚焦超聲高強(qiáng)度聚焦超聲（highintensityfocusedultrasound，HIFU）是19世紀(jì)40年代首先由Lynn等提出的一種技術(shù)，早期主要應(yīng)用于神經(jīng)外科選擇性破壞腦內(nèi)的特定區(qū)域，以幫助神經(jīng)性行為異常疾病的治療。

20超聲對(duì)人體的影響2、HIFU在腫瘤治療中的應(yīng)用對(duì)聚焦超聲生物學(xué)效應(yīng)的研究和應(yīng)用在上世紀(jì)80-90年代成為研究熱點(diǎn)，一系列體外、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行，如肝、前列腺、乳腺腫瘤等。真正將HIFU技術(shù)用于臨床則是由重慶醫(yī)科大學(xué)完成的。自1997年首次應(yīng)用于人體疾病治療以來，迄今已治療了上千例病例，適應(yīng)癥已由肝癌、骨肉瘤等擴(kuò)展到了乳腺癌、胰腺癌、腎癌、軟組織腫瘤和盆腔腫瘤。

22超聲對(duì)人體的影響優(yōu)點(diǎn)：可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控超聲來觀察腫瘤的大小、部位、形態(tài)以及與鄰近組織器官的關(guān)系，保護(hù)周圍的正常組織。適形治療，不受腫瘤大小和形狀的限制，可切除任意大小、任意形狀的腫瘤包塊。無創(chuàng)，無傷口，避免患者術(shù)后感染。治療劑量均勻一致，確保滅活腫瘤靶區(qū)(焦域)內(nèi)所有腫瘤細(xì)胞?！熬G色治療”，沒有放射線，沒有放療副作用，對(duì)患者、醫(yī)生和環(huán)境均無輻射污染，勿須輻射防護(hù)措施等。

23超聲對(duì)人體的影響3、HIFU引起的病理變化①巨體表現(xiàn)：照射前，肉眼下兔乳腺移植性腫瘤與周圍組織分界明顯，切面呈粉紅色魚肉狀。照射后呈白色凝固性損傷灶，橢球性，邊界清，損傷區(qū)完全覆蓋腫瘤。另外可見凝固性損傷區(qū)周圍組織呈一黑色充血出血帶。

24超聲對(duì)人體的影響②鏡下表現(xiàn)：光鏡下，照射前腫瘤細(xì)胞排列緊密呈實(shí)體巢狀，細(xì)胞大，胞漿豐富，淡紅染色，核大而淡染，核膜清楚，染色質(zhì)顆粒較粗，核分裂相多見，細(xì)胞間纖維結(jié)締組織較少。

25超聲對(duì)人體的影響照射后細(xì)胞明顯固縮變小，胞漿減少，核固縮深染。細(xì)胞間隙明顯增大，排列稀疏。但細(xì)胞輪廓完整，形態(tài)可辨。

24小時(shí)后部分腫瘤細(xì)胞開始溶解，可見核碎裂，可見少許中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，靶區(qū)周圍組織充血出血；3天后腫瘤細(xì)胞大片破裂、壞死溶解，細(xì)胞輪廓消失，伴大量中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，周圍出現(xiàn)成纖維細(xì)胞和新生毛細(xì)血管；7—14天，腫瘤細(xì)胞完全壞死溶解，見不到完整的腫瘤細(xì)胞，靶區(qū)充滿大量的中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和少許淋巴細(xì)胞，周圍纖維結(jié)締組織增生明顯，出現(xiàn)纖維化。

3周后，靶區(qū)組織逐漸壞死脫落，由纖維結(jié)締組織增生修復(fù)。

26超聲對(duì)人體的影響照射前27超聲對(duì)人體的影響照射后28超聲對(duì)人體的影響電鏡表現(xiàn)：腫瘤細(xì)胞明顯水腫，細(xì)胞器腫脹，結(jié)構(gòu)不清；部分細(xì)胞質(zhì)膜及核膜失去連續(xù)性，染色質(zhì)固縮，碎裂呈團(tuán)塊狀。24小時(shí)后見細(xì)胞內(nèi)大量水分積聚，形成空白區(qū)，細(xì)胞膜、核膜破裂，胞漿內(nèi)可見大量散在深染的染色質(zhì)團(tuán)塊，細(xì)胞器結(jié)構(gòu)消失；第三天腫瘤細(xì)胞大片溶解，結(jié)構(gòu)破壞消失。

29超聲對(duì)人體的影響④結(jié)論：大多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，高強(qiáng)度聚焦超聲能夠有效的破壞腫瘤組織，抑制腫瘤的生長(zhǎng)和減少腫瘤復(fù)發(fā)。只要輻照劑量足夠，高強(qiáng)度聚焦超聲能完全覆蓋腫瘤組織，徹底殺滅腫瘤細(xì)胞。30超聲對(duì)人體的影響4、超聲治療治療腫瘤的機(jī)制①熱效應(yīng)：熱效應(yīng)是高強(qiáng)度聚焦超聲治療腫瘤的主要機(jī)制。將高強(qiáng)度的超聲波聚焦在0.5～1.0cm范圍內(nèi)，在10秒內(nèi)即可產(chǎn)生很高的能量，使靶區(qū)溫度瞬間達(dá)到65℃，使靶區(qū)組織發(fā)生不可逆壞死。

31超聲對(duì)人體的影響②空化效應(yīng)：空化作用可以促使生物組織產(chǎn)生自由基從而損傷生物組織。

空化機(jī)制參與作用，可以使細(xì)胞的急性損傷程度增加。細(xì)胞外環(huán)境中的某些物質(zhì)可以增強(qiáng)超聲空化效應(yīng)對(duì)細(xì)胞的損傷作用。如卟啉、光敏素2（photofrinII）等。

32超聲對(duì)人體的影響③超聲對(duì)化療的增強(qiáng)作用：超聲波在局部組織產(chǎn)生的聲壓力使細(xì)胞膜的通透性增加，化療藥物在腫瘤組織中濃度升高。超聲空化效應(yīng)引起的細(xì)胞膜損傷也是通透性增加的原因之一。超聲對(duì)DNA的修復(fù)合成沒有明顯的影響，不誘使腫瘤產(chǎn)生對(duì)化療的耐受性。

33超聲對(duì)人體的影響④免疫協(xié)同作用：超聲破壞腫瘤，使瘤/宿主優(yōu)勢(shì)得以改善；高溫使瘤組織變性，腫瘤組織抗原性改變，更易于刺激機(jī)體免疫；超聲輻照可以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)成纖維細(xì)胞促有絲分裂因子的釋放，提高中性粒細(xì)胞的黏附能力，使白細(xì)胞更易于黏附；超聲輻照還可以使一些生物活性物質(zhì)（免疫調(diào)節(jié)劑）在腫瘤組織聚集，起到調(diào)節(jié)抗瘤免疫作用。34超聲對(duì)人體的影響超聲對(duì)人體的影響本章重點(diǎn)：超聲生物效應(yīng)超聲的空化機(jī)制36超聲對(duì)人體的影響一概述超聲波是目前廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療的手段之一。無創(chuàng)可視37超聲對(duì)人體的影響1、電磁波和機(jī)械波。電磁波：電磁能量，以其頻率可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外光、X射線，γ射線和高能宇宙射線。38超聲對(duì)人體的影響機(jī)械波：由于機(jī)械力（彈性力）產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，它傳播的是機(jī)械能量，并且僅能在介質(zhì)中的傳播。聲波以頻率可分為三大類：次聲波、聲波、和超聲波。39超聲對(duì)人體的影響超聲波（Ultrasound）是指頻率超過2萬赫茲即超過人耳聽閾高限的聲波。一般診斷用超聲波頻率為1～10MHz，而最常用的是2.5～5MHz。40超聲對(duì)人體的影響2、超聲在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展1915年法國(guó)科學(xué)家在研究超聲水壓探測(cè)時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)超聲對(duì)魚類等水中小動(dòng)物可以產(chǎn)生致死效應(yīng)。

40年代末，A型（AmplitudeMode）超聲診斷儀開始應(yīng)用于臨床。腦中線的探測(cè)、眼軸的測(cè)量、漿膜腔積液的診斷、肝膿腫的診斷以及穿刺引流定位

不久B型（BrightnessMode）、M型（MotionMode）和D型（DopplerMode）超聲診斷儀相繼問世。

41超聲對(duì)人體的影響70年代迅速向二維灰度顯示的B型超聲診斷儀D型超聲診斷儀也開始出現(xiàn)。80年代出現(xiàn)彩色多普勒血流顯像。

90年代，出現(xiàn)高強(qiáng)度聚焦超聲。42超聲對(duì)人體的影響二超聲生物效應(yīng)1、概念是指當(dāng)作用人體的超聲波達(dá)到一定劑量時(shí)，可以使人體組織或器官產(chǎn)生某些生化的、免疫的、功能結(jié)構(gòu)上的可逆或不可逆的變化。

43超聲對(duì)人體的影響2、超聲生物效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)制

①熱機(jī)制

②機(jī)械機(jī)制

③空化機(jī)制44超聲對(duì)人體的影響熱機(jī)制超聲波在生物體內(nèi)傳播的過程中，其振動(dòng)能量不斷地被組織吸收,導(dǎo)致物體分子快速摩擦產(chǎn)生熱能而使組織自身溫度升高。45超聲對(duì)人體的影響機(jī)械機(jī)制超聲波是一種機(jī)械振動(dòng)能量的傳播形式，在作用于人體時(shí)，可以引起生物體系中的生物大分子、細(xì)胞及組織結(jié)構(gòu)處在激烈振動(dòng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中，其功能、生理過程甚至結(jié)構(gòu)都可能會(huì)受到影響。

46超聲對(duì)人體的影響空化機(jī)制空化效應(yīng)是指在超聲作用下,人體內(nèi)的微氣泡（氣核）表現(xiàn)出的各種形式的活性.這些微小氣泡或作非線性運(yùn)動(dòng)或在高壓作用下迅速增大、急劇壓縮、快速破裂或塌陷。

47超聲對(duì)人體的影響根據(jù)氣泡不同的動(dòng)力學(xué)行為，可以分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化兩種。穩(wěn)態(tài)空化是氣泡在聲壓的作用下可能進(jìn)入體共振（即體脈動(dòng)）狀態(tài)，當(dāng)聲波頻率接近氣泡共振的特征頻率時(shí)，體脈動(dòng)的幅度達(dá)到最大。瞬態(tài)空化是指在強(qiáng)度較高的聲場(chǎng)中，氣泡在聲場(chǎng)負(fù)壓相迅速膨脹，隨即又在正壓相突然收縮以至崩潰。48超聲對(duì)人體的影響三超聲對(duì)人體的影響超聲在臨床上按照應(yīng)用不同分為診斷性超聲和治療性超聲。診斷性超聲包括常見的B超、彩色超聲多普勒等，是臨床上常用的檢查方法。治療性超聲即高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）。49超聲對(duì)人體的影響（一）診斷性超聲對(duì)人體的影響1、胚胎和胎兒：妊娠期的診斷性超聲照射可以導(dǎo)致老鼠胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，出生體重降低。對(duì)于人類還有待于進(jìn)一步研究。50超聲對(duì)人體的影響2、神經(jīng)組織：在孕早期以診斷性超聲照射可能影響胚胎腦功能的發(fā)育。51超聲對(duì)人體的影響3、細(xì)胞：孕8—12周接受3.5MHz超聲照射5分鐘，可以引起胎兒角膜上皮的腫脹，但呈可逆性改變。照射20分鐘則出現(xiàn)不可逆的角膜表層細(xì)胞壞死。超聲照射中期妊娠婦女30分鐘，可出現(xiàn)胎兒睪丸精原細(xì)胞腫脹。52超聲對(duì)人體的影響4、染色體、DNA：孕早期接受診斷性超聲照射，新生兒臍血的姐妹染色單體交換率增加，中晚期的累積超聲照射使染色單體的交換頻率下降。超聲照射離體細(xì)胞，觀察到DNA斷裂、嘌呤、嘧啶醇堆積，且自由基水平增高。53超聲對(duì)人體的影響（二）高強(qiáng)度聚焦超聲高強(qiáng)度聚焦超聲（highintensityfocusedultrasound，HIFU）是19世紀(jì)40年代首先由Lynn等提出的一種技術(shù)，早期主要應(yīng)用于神經(jīng)外科選擇性破壞腦內(nèi)的特定區(qū)域，以幫助神經(jīng)性行為異常疾病的治療。

54超聲對(duì)人體的影響2、HIFU在腫瘤治療中的應(yīng)用對(duì)聚焦超聲生物學(xué)效應(yīng)的研究和應(yīng)用在上世紀(jì)80-90年代成為研究熱點(diǎn)，一系列體外、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行，如肝、前列腺、乳腺腫瘤等。真正將HIFU技術(shù)用于臨床則是由重慶醫(yī)科大學(xué)完成的。自1997年首次應(yīng)用于人體疾病治療以來，迄今已治療了上千例病例，適應(yīng)癥已由肝癌、骨肉瘤等擴(kuò)展到了乳腺癌、胰腺癌、腎癌、軟組織腫瘤和盆腔腫瘤。

56超聲對(duì)人體的影響優(yōu)點(diǎn)：可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控超聲來觀察腫瘤的大小、部位、形態(tài)以及與鄰近組織器官的關(guān)系，保護(hù)周圍的正常組織。適形治療，不受腫瘤大小和形狀的限制，可切除任意大小、任意形狀的腫瘤包塊。無創(chuàng)，無傷口，避免患者術(shù)后感染。治療劑量均勻一致，確保滅活腫瘤靶區(qū)(焦域)內(nèi)所有腫瘤細(xì)胞?！熬G色治療”，沒有放射線，沒有放療副作用，對(duì)患者、醫(yī)生和環(huán)境均無輻射污染，勿須輻射防護(hù)措施等。

57超聲對(duì)人體的影響3、HIFU引起的病理變化①巨體表現(xiàn)：照射前，肉眼下兔乳腺移植性腫瘤與周圍組織分界明顯，切面呈粉紅色魚肉狀。照射后呈白色凝固性損傷灶，橢球性，邊界清，損傷區(qū)完全覆蓋腫瘤。另外可見凝固性損傷區(qū)周圍組織呈一黑色充血出血帶。

58超聲對(duì)人體的影響②鏡下表現(xiàn)：光鏡下，照射前腫瘤細(xì)胞排列緊密呈實(shí)體巢狀，細(xì)胞大，胞漿豐富，淡紅染色，核大而淡染，核膜清楚，染色質(zhì)顆粒較粗，核分裂相多見，細(xì)胞間纖維結(jié)締組織較少。

59超聲對(duì)人體的影響照射后細(xì)胞明顯固縮變小，胞漿減少，核固縮深染。細(xì)胞間隙明顯增大，排列稀疏。但細(xì)胞輪廓完整，形態(tài)可辨。

24小時(shí)后部分腫瘤細(xì)胞開始溶解，可見核碎裂，可見少許中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，靶區(qū)周圍組織充血出血；3天后腫瘤細(xì)胞大片破裂、壞死溶解，細(xì)胞輪廓消失，伴大量中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，周圍出現(xiàn)成纖維細(xì)胞和新生毛細(xì)血管；7—14天，腫瘤細(xì)胞完全壞死溶解，見不到完整的腫瘤細(xì)胞，靶區(qū)充滿大量的中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和少許淋巴細(xì)胞，周圍纖維結(jié)締組織增生明顯，出現(xiàn)纖維化。

3周后，靶區(qū)組織逐漸壞死脫落，由纖維結(jié)締組織增生修復(fù)。

60超聲對(duì)人體的影響照射前61超聲對(duì)人體的影響照射后62超聲對(duì)人體的影響電鏡表現(xiàn)：腫瘤細(xì)胞明顯水腫，細(xì)胞器腫脹，結(jié)構(gòu)不清；部分細(xì)胞質(zhì)膜及核膜失去連續(xù)性，染色質(zhì)固縮，碎裂呈團(tuán)塊狀。24小時(shí)后見細(xì)胞內(nèi)大量水分積聚，形成空白區(qū)，