1、超声医学超声医学 是声学、医学和电子工程技术相结合的一门新兴学科。具有医、理、工三结合的特点。应用范围:预防、诊断、治疗、康复、监护、普查检 测:超声诊断、超声导盲根据机制分超声诊断法和超声治疗法前者即反射、散射、透射(被动作用)提取其超声信号,加以显示。后者是利用超声辐射到组织细胞而产生的生物效应(主动作用)达到保健、治疗的目的。0.01w/cm2以下 超声诊断对人体无害,对生殖细胞、胚胎是否有潜在危害尚无定论0.1w/cm2以下 不引起明显的生物效应0.2-2.5w/cm2 低强度超声治疗剂量为非损伤性疗法3w/cm2以上 对某些组织产生非可逆性的器质变化 为高强度操作性超声治疗法。如超声
2、 碎石、超声手术刀超声频率:超声治疗:数千KHZ0.8MHZ 超声诊断:2.512MHZ 超声显微镜:50MHZ数百MHZ 故超声诊断应用高频率、小剂量 超声治疗应用低频率、大剂量显示由黑白灰阶彩阶 彩色超声发展:探头由体外腔内、管内 图像由静态动态 结构由二维 三维 检查由普通扫查 超声造影 探头的基本结构示意图探头的基本结构示意图聚焦件:使声束聚焦、变细,提高超声仪的分辨力匹配层:能使声能高效地在压电晶片和人体软组织之间传输吸收块:吸收背向辐射的声能压电元件聚焦件匹配层吸收块1830年人类发现超声,才知道有些动物会“说”超声、“听”超声和利用超声。声音最基本的特征之一是频率实际的声音通常是
3、:由多个不同频率的声音混叠起来的 人耳能够容易分辨纯音频率的高低,即音调的高低 钢琴上的键就是:按照所敲击出来的声音的频率高低来排列的 声音的传播需要时间。声速:空气中的声波在标准大气压、20。C温度时的传播速度是344m/s。人们在登山呼叫等特殊情况下,呼叫者会感到回声的迟到。声速部分地决定了超声波波长的大小。波长:从任何一个位置摆开,然后第一次摆回这个位置,在这期间所走过的距离:C 波动最基本的公式人类自身发出的频率是很有限的。根据统计,人们所讲汉语的平均频谱如下可以看出频率范围只在100赫到8000赫之间。在19世纪的早期,人们弄清楚了低于20赫的声音听不见高于20000赫的声音也听不见
4、20赫到20000赫声音为可听声20赫以下的声音为次声20000赫以上的声音为超声10-310010310610910121015频率(Hz)10-810-610-410-2100102104106108次声波可听波超声波超声诊断那为什么人耳那为什么人耳听不到超声呢?听不到超声呢?“超声听不见”是由人耳的生理结构确定的 超声的高频率给超声带来一些附加的、派生的性能 带来一些超常的本领如白豚和同伙们通话时采用了人类所用的可听声,在 探路、觅食,避敌时却采用了超声。超声的另一项技能是,超声容易形成窄小的声束,好比手电筒,而不是灯泡。白豚经常需要较细的声束,用来探查前面的环境。这种“探查”在超声学中
5、常被称为“检测”。1912年泰坦尼克号沉没只5天,英国便有人到专利局申报用声波检测冰山的专利,一个月之后又改进设计并第二次申报是让水中的声波探查冰山。白豚:在声学里的声纳,是用声波来探测潜艇。蝙蝠:在电子学中的雷达,是用电磁波来探测飞机。光波进不了人体,我们不能用光波来看人体的内部。把耳朵贴近铁轨,经常会提前听到火车正在奔驰过来的隆隆声,这种“提前”是:借助固体铁轨把声音传过来,而且传得更快,因为能量集中。因此声波能进入人体就不奇怪了。频率越高,可以识别的目标越小。那是不是说把频率提得越高越好 不是!因为频率高了,超声进入人体的深度就会减小。如果有两个障碍物,那第二个回波要比第一个回波晚到,从
6、晚到时间的长短就可以判断两个障碍物之间的距离。但是超声的延续时间应该是较短的。这是因为在有两个波先后到达的情况下,为了能识别出是 两个波,我们不能让两个波重叠以致相互掩盖,所以只能选取脉冲式的波,而且脉冲要足够短,以保证两个脉冲不能连接起来,不丢失其个性。早期超声诊断所采用的方式是早期超声诊断所采用的方式是A A扫查扫查低频超声波高频超声波轴向分辨力示意图轴向分辨力示意图超声分辨力:横向分辨力、轴向分辨力、侧向分辨力超声分辨力:横向分辨力、轴向分辨力、侧向分辨力声束宽度小于两点间距离,容易识别声束宽度等于两点间距离,刚刚可以识别声束宽度大于两点间距离,无法识别声束宽度对侧向分辨力的影响声束宽度
7、对侧向分辨力的影响反射和透射反射和透射:声波在两种介质中传播时,由于两者声阻抗不同,在其分界面上,一部分能量返回第一种介质称为反射。而另一部分能量穿过界面进入第二种介质并继续向前传播,称为透射超声在介质中的传播方式超声在介质中的传播方式反射系数:透射系数:212212ZZZZRi221214ZZZZri背向散射(back scattering):又称为反向散射。在脏器内部存在大小与波长相似或更小一些的微小结构(又称散射元)。声波在传输过程中遇到这些微小结构会形成散射信号,部分向探头方向散射的信号可由探头接收,经超声仪进行处理后形成脏器的内部回声信号。这种现象是观察脏器内部回声的基础 通常B超不
8、能提供血流及运动的定量信息。19世纪多普勒做过实验,当人站在铁路旁,有火车从身边高速驶过,会感觉到音调有变化,来时高,去时低,因此发现了光波这个现象。后来有人注意到,这种现象也适用于声波,称多普勒效应。到20世纪80年代,有人根据多普勒效应,用超声来测量血流的方向和速率,绘制出的图叫超声彩色血流图。在荧光屏上,彩色血流图中 血流的方向则用不同的颜色来区别。用红色表示朝向,用蓝色表示背向。如果没有流动的血流那是什么色呢?是无色 湍流在彩色血流图中用什么色表示呢?用绿色 这样图中有红、蓝、绿三种基本色。如果有两种状态的血流状态叠加,则会出现三种基本色的混合,这就得到了彩色多普勒血流声像图,也就是我
9、们平常所说的 彩超彩超彩色多普勒血流成像基本原理彩色多普勒血流成像基本原理频谱多普勒及血流检测原理示意图频谱多普勒及血流检测原理示意图多普勒角度多普勒角度多普勒角度(Doppler angle):就是指声束与接收物运动方向之间的夹角,这个角度的大小会影响到多普勒频移的大小。临床超声检查中,多普勒角度主要是指声束与血流方向的夹角,因此在血流的频谱检查过程中,声束与血流方向夹角的确定是一个必须解决的问题频谱多普勒的工作方式频谱多普勒的工作方式脉冲波多普勒(pulsed wave Doppler,PW):利用一个换能器,在很短的脉冲持续时间发射脉冲波,而在脉冲间期内接收该脉冲波的回波信号彩色多普勒血
10、流成像基本原理示意图彩色多普勒血流成像基本原理示意图1942年奥地利 A超 1958年上海 A超1952年美国 B超 1960年上海 BP型超声仪1954年瑞典 超声光点扫描法 1961年上海 心脏超声70年代初国外淘汰A超 70年代未国内淘汰A超1957年日本 CW 1961年上海 CW 1959年FramKein PW 1962年上海 PW 80年代初日本 彩超 1985年北京 彩超 1982年挪威 TCD 1988年我国 TCD颌颌 下下 腺腺腮腮 腺腺右侧腺体较左侧明显增厚右侧腺体内血流信号丰富女,32岁,左颌下腺肿物左侧正常颌下腺左侧正常颌下腺右侧颌下腺不规则肿物右侧颌下腺不规则肿物穿刺病理:梭形细胞恶性肿瘤,考虑恶性神经外胚层肿瘤可能性大女,5岁,左侧面部巨大肿物穿刺病理:符合多形性低度恶性腺癌复发囊肿抽液前囊肿抽液后