Transcript 超声医学总论1
超声医学总论 授课教师 王志刚 第一节 诊断超声的物理特性 超声诊断是指运用超声波原 理对人体组织的物理特性、形 态结构与运动功能状态做出判 断的一种非创伤性检查方法。 一、 概 论 （一）超声波定义 声源振动频率 〉2万赫兹（Hz） 的机械波为超声波。 超声诊断所用声源振动频率一般 为：1-10兆赫（MHz），常用为：2.55.0 MHz。 （二）超声波的主要物理量 1、波长（λ） 在波的传播方向 上，质点完成一次振动的距离，单位 是mm。 2、周期(T) 质点完成一次振动的 时间。 3、频率（f） 单位时间 内质点完成一个振动过程的次 数，单位是赫兹（Hz）。 4、声速（C） 单位时间内声波在 介质中的传播距离, 单位是m/s，人体 软组织平均声速为1540m/s。 （三）超声波的方向性 直线传播。可获定向传播 的超声波束。 在相同声源直径的条件下， 频率越高，波长越短，束射性 或方向性越强。 （四）声源、声束、声场与分辨力 1、声源 能产生超声的物体称为 声源，通常采用压电陶瓷、压电有机 材料或混合压电材料组成。声源由超 声换能器发出。 2、声束 从声源发出的声波， 一般在一个较小的立体角内传播。其 中心轴线名声轴，为声束传播的主方 向。声束两侧边缘间的距离名束宽。 3、近场与远场 超声束各 处宽度不等。在临近探头的一 段距离内，束宽几乎相等，称 为近场；远方为远场。 4、分辨力分基本分辨力和图像分辨力 （1）基本分辨力： 1）轴向分辨力 沿声束轴线方向的分 辨力。其优劣影响靶标在深浅方向的精细 度。分辨力佳则在轴向的图像点细小、清 晰。通常用3-3.5MHz探头时，轴向分辨力 在1mm左右。 3）横向分辨力 指在与声 束轴线垂直的平面上在探头短 轴方向的分辨力（有称厚度分 辨力）。 （2）图像分辨力 指构成整 幅图像的目标分辨力。有细微 分辨力和对比分辨力。 二、人体组织的声学参数 （一）密度（P） 组织、脏器 3 的声学密度，单位为g/cm 。 2）侧向分辨力 指在与声 束轴线垂直的平面上在探头长 轴方向的分辨力。声束越细， 侧向分辨力越好。 （二）声速（C） 单位为m/s。一般 固体物含量高者声速最高，含纤维组 织（主要成分为胶原纤维）高者，声 速较高，含水量较高的软组织声速较 低，液体声速更低，含气脏器中的气 体声速最低。 （三）声阻抗（Z） 各种回 声图像主要由声阻抗差别造成。 系密度与声速的乘积，单位为 g/cm2.s。 （四）界面 两种声阻抗不同物体 接触在一起时，形成一个界面。接触 面大小名界面尺寸。尺寸小于波长时 名小界面，反之名大界面。 三、人体组织对入射超声的作用 （一）反射 超声波入射到 比自身波长大的大界面时，入 射声波的较大部分能量被该界 面阻挡而返回，这种现象称之 为反射。 大界面对入射超声产生反射 现象，使入射超声能量的较大 部分返回至声源。入射角与反 射角相等。 （二）散射 小界面对入射超声产 生散射现象，使入射超声的部分能量 向各个空间方向分散辐射。返回至声 源的能量甚低。散射来自脏器内的细 小结构，临床意义十分重要。 （三）折射 组织、脏器声速不同， 声束经过其大界面时，前进方向改变 称为折射。 （四）绕射 又名衍射。声束绕过 物体后，又以原来的方向偏斜传播。 （五）衰减 系声波轴向振动与介 质之间摩擦致能量消耗的结果，它与 超声探头频率及声波运行距离有关。 在正常及病理情况下，组织的衰减会 发生变化。 （六）多普勒效应 当一定频率的 超声波由声源发射并在介质中传播时， 如遇到与声源作相对运动的界面，则 其反射的超声波频率随界面运动的情 况而发生改变，称之为多普勒效应 （Doppler effect）。 1842年，奥地利数学家及天 文学家克约斯琴.约翰.多普勒 发现，当星球与地球近向运动 时，光色向光谱的紫色端移位， 表明光波频率增高； 向红色方向移位，表明光 波频率降低。其差称为多普勒 频移。这种物理学效应命名为 多普勒效应。此亦适用于各种 类型的波源和接受器之间的相 对运动。 多普勒方程： fd =2fo×(V.cosθ÷c) fd:多普勒频移；fo:发射频率；V:血 流速度；θ:声束与血流夹角；c:超声 波在介质中的传播速度。 实际应用中fo:即为换能器 （探头）频率；c：超声波在人 体软组织中的平均传播速度为 1540m/s。 多普勒频移与声速成正比。 为获得最大血流信号，应使声 束与血流方向尽可能平行（θ角 尽量小）。 四、超声诊断原理 高频脉冲发生器→换能器（将电 能转变为声能）→组织界面（反射） →换能器（将声能转变为电能）→接 受放大装置→示波管→显示系统（显 示图像）。 换能器即为超声检查用的探头。 五、人体组织的声学分型 （一）无反射型：液性组织 （如：血液、尿液、心包积液、 胸水、腹水、胆汁、羊水等）。 （二）少反射型：基本均质的实 质性组织（如：肝脏、肾脏、脾 脏、心肌、瓣膜等）。 （三）多反射型：结构较复杂、 致密，排列无一定规律的实质性 组织（如：乳腺、心外膜、肾包 膜、骨骼等）。 （四）全反射型：含气组织 （如：肺、胃、肠等）。超声检 查时使用偶合剂，就是为了防止 探头与皮肤之间存在空气，影响 探查。 六、超声的生物效应 产生超声生物效应的主要物理 机制有：热机制、机械机制、空化 机制。当超声剂量（声强）超出规 定，将造成若干生物效应。 第二节 超声诊断仪器及方式 有：A型超声仪；B型超声仪；M型 超声仪；频谱多普勒超声仪；彩色多 普勒超声仪；彩色多普勒能量超声仪； 三维成像超声仪；超声组织定征仪等。 现多为双功或多功能超声仪。 第三节 超声治疗设备及新技术 国产高强度聚焦超声（HIFU） 治疗肿瘤系统（超声聚焦刀）， 系世界领先的具有我国自主知识 产权的大型超声医疗设备，已销 往国内外。 证实对肝癌、骨肿瘤、乳腺癌 和软组织肿瘤治疗安全有效。 还有超声消融；超声引导微波、 激光、射频治疗肿瘤；超声微泡 造影剂携基因治疗等。 ●超声微泡造影剂是一种内含气体的微球，可通过静脉注 射随血流到达机体各组织器官，并可用超声实时监控，增强组 织显影，提高肿瘤的早期诊断率、检诊血管病变等 左图为常规基波超声，病灶难以发现 右图为注射超声造影剂后，病灶清晰可见 同时，一定强度的超声波可在特定组织内击碎微泡 ●超声微泡造影剂可作为一种空化核，在超声波的作 用下将发生压缩和膨胀，当声能达到一定强度时，微泡可 被瞬间击碎，产生“空化效应”，引起一系列生物学效应 ●声孔效应：是由于声空化伴随发生的冲击波、射流 对细胞作用的结果，是“低功率超声辐照微泡治疗肿瘤”、 “超声增强药物释放”和“超声基因疗法”的重要物理基 础 正 常 细 胞 超 声 波 病 变 区 毛细血管内皮间 隙增宽，细胞膜 通透性增加 基 因 微 气 泡 空化微泡 基因及药物 进入细胞 血 管 内 皮 细 胞 超声波触发微泡进行基因转染和药物释放示意图 超声波击碎微泡后产生的生物学效应为其增强基 因转染和局部药物释放提供了理论基础 高分子材料 氟碳气体 目的基因 脂 质 体 靶 向 连 接 位 点 理想的包裹靶基因或药物的超声微泡造影剂：其表面为高分子材 料，内含氟碳气体、目的基因或药物、阳离子脂质体，其外壳还有靶 向性物质连接位点