j 醫(yī)學(xué)超聲原理-第十九講-超聲新進(jìn)展

第十九講超聲在生物醫(yī)學(xué)中的最新應(yīng)用與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。主要內(nèi)容超聲診斷超聲探頭血管內(nèi)超聲動(dòng)脈粥樣硬化超聲造影劑六、光聲成像七、超聲多普勒新技術(shù)八、超聲治療新技術(shù)

一、超聲診斷-微型計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，超聲診斷設(shè)備及成像技術(shù)水平得以迅速提高,微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用不僅局限于超聲診斷儀的一般控制,而且與前處理，特別是在聲束的形成和圖像的產(chǎn)生過(guò)程，以及質(zhì)量改善等方面都有著密切的關(guān)系。幾大特點(diǎn)：(1)強(qiáng)大的信息處理能力；(2)高速運(yùn)算能力；(3)靈活的軟件控制能力；(4)方便而豐富的計(jì)測(cè)功能。

一、超聲診斷-改善圖像質(zhì)量的新技術(shù)20多年以來(lái)，超聲診斷儀從采用節(jié)模擬技術(shù)到電腦超聲(采用模擬/數(shù)字混合技術(shù))，一直到全數(shù)字式聲束形成技術(shù)，圖像質(zhì)量有明顯的改善。(一)動(dòng)態(tài)聚焦

(二)動(dòng)態(tài)孔徑

(三)動(dòng)態(tài)變跡(四)高分辨率影像

與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。二、超聲探頭技術(shù)的發(fā)展

(一)超高密度和高匹配聲阻抗探頭

超高密度是高性能超聲影像的保證。高匹配聲阻抗探頭提高聲能的傳輸效率，獲得高靈敏度和低噪聲的聲能，明顯改善近場(chǎng)的圖像質(zhì)量和深部的靈敏度。(二)“智能化”探頭和“自適應(yīng)”探頭

前者是一種用于彩色血流圖中的電子探頭，“自適應(yīng)”探頭是通過(guò)自適應(yīng)軟件，對(duì)接收過(guò)程中因不同的電阻抗所引起的能量損耗進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償。(三)體腔內(nèi)探頭

目前主要有以下腔內(nèi)探頭：(1)直腸內(nèi)探頭；(2)膀胱內(nèi)探頭；(3)經(jīng)陰道探頭；(4)子宮腔內(nèi)探頭；(5)經(jīng)食道探頭。

三、血管內(nèi)超聲成像技術(shù)管腔內(nèi)或血管內(nèi)超聲系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)與高頻超聲技術(shù)相結(jié)合，它將高頻換能器置于導(dǎo)管裝置末端，發(fā)射和接收高頻超聲，能獲得極高分辨率的圖像，可顯示組織的360°切面細(xì)微結(jié)構(gòu)(血管壁層及其損傷)，這是X光或常規(guī)超聲檢查無(wú)法達(dá)到的。對(duì)外周血管、冠狀動(dòng)脈，以及身體內(nèi)其他管腔的狀態(tài)進(jìn)行檢查，并可使介入性超聲十分方便地與介入性治療相結(jié)合。這類裝置使用的頻率在20-40MHZ范圍，分辨率極高。

血管內(nèi)超聲

血管內(nèi)超聲（intravascularultrasound，IVUS

）

血管內(nèi)超聲技術(shù)誕生于20世紀(jì)末，它利用安裝在心導(dǎo)管頂端的微型超聲探頭，實(shí)時(shí)顯示血管的截面圖像。原理：利用不同性質(zhì)的組織對(duì)聲波的吸收及反射系數(shù)的不同從而使其顯影的技術(shù).小身材的超聲探頭:最小的探頭直徑只有1.2毫米，最大的也不超過(guò)3毫米血管內(nèi)超聲的技術(shù)并不成熟，在臨床上的應(yīng)用還處于研究階段，目前大部分應(yīng)用于頸動(dòng)脈的研究中。四、動(dòng)脈粥樣硬化

高頻超聲（40MHz）應(yīng)用于淺表的大血管（頸動(dòng)脈）的檢測(cè)動(dòng)脈粥樣硬化的檢測(cè)和手術(shù)后的效果評(píng)估動(dòng)脈粥樣硬化

就是動(dòng)脈壁上沉積了一層像小米粥樣的脂類，使動(dòng)脈彈性減低、管腔變窄的病變。包括對(duì)狹窄或閉塞血管，特別是冠狀動(dòng)脈、主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈和四肢動(dòng)脈施行再通、重建或旁路移植等外科手術(shù)，也可用帶氣囊心導(dǎo)管進(jìn)行的經(jīng)腔血管改形術(shù)、經(jīng)腔激光再通、經(jīng)腔粥樣硬化斑塊旋切或旋磨、經(jīng)腔血管改形術(shù)后放置支架等介入性治療。此外，對(duì)藥物治療無(wú)效的高膽固醇血癥，國(guó)外有施行回腸旁路手術(shù)或血漿交換法治療，但費(fèi)用昂貴或兼有后遺癥。肉眼觀察，少量脂紋沉積的主動(dòng)脈

肉眼觀察，脂紋沉積的主動(dòng)脈肉眼觀察，不同程度動(dòng)脈粥樣硬化的主動(dòng)脈與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。肉眼觀察，輕度動(dòng)脈粥樣硬化的冠狀動(dòng)脈肉眼觀察，重度動(dòng)脈粥樣硬化的冠狀動(dòng)脈肉眼觀察，閉塞性動(dòng)脈粥樣硬化的冠狀動(dòng)脈肉眼觀察，冠狀動(dòng)脈斑塊內(nèi)出血肉眼觀察，有新近形成血栓的心臟和冠狀動(dòng)脈左前降支肉眼觀察，有動(dòng)脈粥樣硬化性動(dòng)脈瘤的主動(dòng)脈五、超聲造影劑超聲造影劑超聲造影劑(ultrasoundcontrastagent,UCA)具有較強(qiáng)的回波反射性能,能夠顯著增強(qiáng)超聲檢測(cè)信號(hào)。目前最好的人體微血管內(nèi)的造影材料，既反映器官的血流灌注情況,而又不干擾血流動(dòng)力學(xué)新型聲學(xué)造影劑以氟碳類氣體或空氣為氣泡主要成分,外殼包以白蛋白、多糖、脂類或聚合物等超聲造影劑目前新型聲學(xué)造影劑一般分為三代:第一代造影劑以空氣或氧氣為主要成分,因分子量小,受動(dòng)脈壓力影響,微球里的空氣很快擴(kuò)散,球壁塌陷而迅速失去聲反射性,不能隨血流分布至全身第二代超聲造影劑：氟碳類物質(zhì)制備成的微球、乳劑和脂質(zhì)體,該類物質(zhì)分子量比空氣大得多,且為惰性氣體,在微球中不易穿過(guò)球壁而擴(kuò)散,能耐受250mmHg以上的動(dòng)脈壓力,它在血管內(nèi)停留的時(shí)間足以滿足實(shí)際應(yīng)用所需要的最大值第三代為多聚體包裹空氣或氟碳類氣體的造影劑,持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)超聲造影劑的應(yīng)用應(yīng)用二維灰階超聲：增強(qiáng)多血管區(qū)域的對(duì)比度多普勒血流顯像：造影劑微泡聲學(xué)散射值比紅細(xì)胞大1000倍瞬間反應(yīng)成像：微泡破裂后,重新充填掃描平面需要一定的時(shí)間，這期間得到的圖象可用來(lái)反映組織血流灌注二次諧波顯像：造影劑微泡在聲場(chǎng)中有強(qiáng)烈的非線性運(yùn)動(dòng),可產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波信號(hào),其峰值頻率為基波的二倍。通過(guò)寬頻帶超聲探頭接收發(fā)射頻率的二倍頻率實(shí)現(xiàn)由二次諧波組成的影像。超聲造影劑的應(yīng)用反向脈沖諧波成像：基本原理是發(fā)射兩束形狀相同、方向相反的脈沖進(jìn)入媒質(zhì),取代常規(guī)B型或常規(guī)諧頻成像法僅發(fā)射一束脈沖的方法,在合成返回信號(hào)時(shí),來(lái)自組織細(xì)胞等返回的線性信號(hào)呈振幅相等而方向相反的波型,經(jīng)相加時(shí)被刪除;來(lái)自微泡返回的非線性諧頻信號(hào),波型位相相同而使振幅增大,實(shí)現(xiàn)理想檢測(cè)造影劑微泡產(chǎn)生的非線性信號(hào)的目的。對(duì)比脈沖序列成像：利用造影劑微泡產(chǎn)生的非線性基頻信號(hào),同時(shí)接受與超聲波相遇后微泡產(chǎn)生的基頻和諧頻成分,最大限度地顯示造影劑微泡產(chǎn)生的回波成份,信號(hào)強(qiáng)度提高30dB超聲造影劑的應(yīng)用目前的超聲造影劑應(yīng)用于心血管，肝臟，胰腺，腎臟，腹部損傷，前列腺及婦科疾病的檢測(cè)中，在治療方面主要應(yīng)用于評(píng)價(jià)血栓性疾病及增強(qiáng)治療性超聲的溶栓作用；攜帶藥物或治療基因的載體；治療腫瘤，造影劑微泡的破壞可促使供應(yīng)腫瘤的微血管破裂而引起腫瘤退變。六、光聲成像光聲成像光聲信號(hào)：當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制的激光照射在介質(zhì)上，由于介質(zhì)的吸收效應(yīng)導(dǎo)致光能量的沉積、溫度的增加，瞬時(shí)的溫度增加導(dǎo)致超聲信號(hào)的產(chǎn)生。成像過(guò)程：光吸收→誘導(dǎo)光聲信號(hào)→超聲波檢測(cè)→圖像重建把一束短脈沖激光經(jīng)光學(xué)元件擴(kuò)束后,均勻照射到生物組織上,組織內(nèi)的光吸收體快速吸收激光能量,產(chǎn)生絕熱膨脹,從而產(chǎn)生光聲信號(hào),利用超聲換能器從各個(gè)方向接收來(lái)自組織中的光聲信號(hào),再利用合適的算法進(jìn)行圖像重建,就可以得到組織光吸收分布圖像無(wú)損，低成本，高分辨率，高對(duì)比度的成像方式與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。光聲成像腫瘤組織對(duì)和正常組織對(duì)光吸收的差異(在近紅外激光的照射下,癌變組織和周圍正常組織的光吸收差異至少5倍以上）所以光聲成像可以得到高對(duì)比度、高分辨率的癌組織影像。不同生理狀態(tài)的生物組織對(duì)光的吸收不同,生物組織對(duì)光吸收的差異,反映了組織的結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)還可能反映組織的代謝狀態(tài)、病變特征、甚至神經(jīng)活動(dòng),被認(rèn)為是一種很有前途的生物組織無(wú)損檢測(cè)方法。光聲成像研究現(xiàn)狀HOELEN等利用PVDF（聚偏二氟乙烯）壓電晶體傳感器,首次對(duì)高散射介質(zhì)中的血管進(jìn)行三維成像,其重建圖像的橫向分辨率為200μm,縱向分辨率達(dá)10μm；KOLKMAN等研制了方向性很好的雙環(huán)探測(cè)器,采用類似B超掃描成像模式,對(duì)組織進(jìn)行斷層成像,利用該系統(tǒng),得到了人造血管和兔子耳朵血管的光聲圖像,測(cè)定了血管的直徑、血氧含量,為病變血管的診斷提供重要的手段,在此基礎(chǔ)上,該研究小組不僅成功地重建了手腕淺層血管的斷層光聲像,而且實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)期對(duì)白鼠腫瘤組織的生長(zhǎng)情況進(jìn)行監(jiān)控的光聲圖像；光聲成像研究方向解決深層組織成像和圖像對(duì)比度的矛盾：短波信噪比低，穿透組織深度不夠，長(zhǎng)波穿透力夠，信噪比大,在目前的光聲成像中,都是小面積的光聲層析成像,利用多束激光同時(shí)進(jìn)行照射,可以實(shí)現(xiàn)大面積的光聲成像提高激光器的重復(fù)頻率,可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光聲層析成像采用多通道的陣列超聲換能器同時(shí)進(jìn)行探測(cè)成像,以減少掃描時(shí)間光聲成像大鼠腦部重建圖象和解剖照片與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。七、超聲多普勒新技術(shù)(一)高分辨率的彩色血流顯像—聲學(xué)雙處理

發(fā)射聲束時(shí)，與常規(guī)方式類似，但在接收時(shí)，它用兩個(gè)連接在同一組晶片上而又獨(dú)立的聲束處理通道，通過(guò)不同的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行延遲和組合，以便同時(shí)接收來(lái)自不同方向的信號(hào)。這樣，在保持幀頻的條件下可大大增加空間分辨率。

(二)血流矢量定量測(cè)量的三角形法

本技術(shù)是在傳統(tǒng)的多普勒系統(tǒng)上附件一專門設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)。它使探頭從兩個(gè)方向?qū)臻g某一點(diǎn)采樣，并通過(guò)三角形投影法計(jì)算，實(shí)現(xiàn)流速矢量的二維計(jì)測(cè)。

超聲多普勒(三)曲面相控陣探頭技術(shù)(CPA)

相控陣探頭最大的缺點(diǎn)是旁瓣大，采用CPA探頭的目的是減少旁瓣，使圖像更精確。

(四)精確的峰值速度測(cè)量技術(shù)(APV)

該技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)根據(jù)發(fā)射的聲束寬度、發(fā)射孔徑、發(fā)射頻率以及多普勒采樣線的角度等參數(shù)，按照一定的數(shù)字模型，編制成軟件，并對(duì)誤差自動(dòng)校正，使峰值速度測(cè)量更精確。八、超聲治療新技術(shù)

超聲治療低強(qiáng)度脈沖超聲（lowintensitypulsedultrasound）促進(jìn)同種異體移植骨組織的愈合：有研究表明在大型動(dòng)物中應(yīng)用低強(qiáng)度脈沖超聲可以促進(jìn)骨組織的愈合，未來(lái)可能應(yīng)用于人同種異體移植器官中高強(qiáng)度聚焦超聲治療食道腫瘤：大多數(shù)的食道腫瘤患者都不適合采用外科手術(shù)，所以大部分治療手段都是使腫瘤減小。超聲治療

治療時(shí)探頭插入食道內(nèi)，包括一個(gè)用于觀測(cè)腫瘤的位置和觀察治療效果的顯影探頭和一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的高強(qiáng)度聚焦超聲探頭。所以這種辦法只適合于食道的腫瘤目前有用于臨床的試驗(yàn)，文獻(xiàn)稱對(duì)4個(gè)病人的應(yīng)用這種療法都有明顯效果，其中一個(gè)腫瘤組織完全‘壞死，在15天之內(nèi)病人平安的恢復(fù)而且不能進(jìn)食的狀況得到極大緩解，3個(gè)病人可以進(jìn)食固體食物與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合