第六講-醫(yī)學(xué)與聲學(xué)課件

第六講醫(yī)學(xué)與聲學(xué)眾所周知，超聲能診斷疾病．但你也許不知道超聲還能用來(lái)治病、美容．

§6.1超聲診斷儀分類

§6.2超聲治療超聲診斷儀分類A型超聲波診斷儀F型超聲波診斷儀B型超聲波診斷儀C型超聲波診斷儀M型超聲波診斷儀多普勒超聲診斷儀(DopplerUltrasound,D超)

A型超聲波診斷儀A型超聲波診斷儀是幅度調(diào)制型(AmplitudeModulatedMode)的簡(jiǎn)稱．A型顯示是超聲技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷中最早、最基本的方式．圖像的橫軸表示超聲波在人體內(nèi)的傳播深度，縱軸表示回波幅度大小．臨床診斷中的應(yīng)用范圍：A型超聲波診斷儀可用于許多科室，它主要適用于檢查肝、膽、脾、眼及腦等簡(jiǎn)單解剖結(jié)構(gòu)，測(cè)量線度以及獲得回波幅度的大小和形狀，通過(guò)分析回波幅度的分布以獲得組織的特征信息．其中最有代表性的應(yīng)用是腦中線位置的測(cè)量．一般正常人腦中線位置通過(guò)顱骨的幾何中心，最大偏差≤0.3cm．用雙跡A型診斷儀測(cè)量若腦中線偏移＞0.3cm，則應(yīng)考慮有占位性病變．此法檢查無(wú)痛苦，準(zhǔn)確性高．展望：A型診斷儀是最早應(yīng)用于臨床的超聲設(shè)備．由于B型診斷儀的出現(xiàn)，A型診斷儀已經(jīng)面臨被淘汰的邊緣，目前只在腦中線測(cè)量、眼科等方面還在應(yīng)用．但是A型診斷儀在組織的判別和確定（或稱組織定征）、生物測(cè)量方面都具有很高的準(zhǔn)確性和特異性．目前只有幾家國(guó)外廠家在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的A型診斷儀．B型超聲波診斷儀基本原理：B型（BrightnessModulationMode）超聲，為輝度調(diào)制型，其原理與A型相同，其不同點(diǎn)為：①將幅度調(diào)制顯示改為輝度調(diào)制顯示，它將放大后的回聲脈沖電信號(hào)送到顯示器的陰極（或控制柵上），使顯示的亮度隨信號(hào)大小變化；②醫(yī)生根據(jù)聲像圖所得之人體信息診斷疾病，而不是像A型超聲那樣根據(jù)波型所反映的人體信息診?。?jiǎn)單的說(shuō)，B超圖像的縱軸表示超聲波在人體內(nèi)的傳播深度，橫軸表示對(duì)人體的掃描，各點(diǎn)的亮度表示超聲波在該點(diǎn)的回波幅度．B超將從人體反射回來(lái)的回波信號(hào)以光點(diǎn)形式組成切面圖像，所以B超圖像反映的是人體內(nèi)聲掃描斷面上各點(diǎn)的回波幅度．此種圖像與人體的解剖結(jié)構(gòu)極其相似，故能直觀地顯示臟器的大小、形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并可將實(shí)質(zhì)性、液性或含氣性組織區(qū)分開(kāi)來(lái)．特點(diǎn)超聲的傳播速度快，成像速度快，每次掃描即產(chǎn)生一幅圖像．快速地重復(fù)掃描，產(chǎn)生眾多的圖像組合起來(lái)便構(gòu)成了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像．因而能夠?qū)崟r(shí)地觀察心臟的運(yùn)動(dòng)功能、胎心搏動(dòng)，以及胃腸蠕動(dòng)等．B型實(shí)時(shí)成像儀用于診斷的依據(jù)是斷層圖像的特征，主要由圖像形態(tài)、輝度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、邊界回聲、回聲總體、臟器后方情況以及周圍組織表現(xiàn)等，在臨床醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用十分廣泛．應(yīng)用范圍可以顯示胎頭、胎體、胎位、胎心、胎盤(pán)、宮外孕、死胎、葡萄胎、無(wú)腦兒、盆腔腫塊等，也可以根據(jù)胎頭的大小估計(jì)妊娠周數(shù)．在婦產(chǎn)科中的探測(cè)如肝、膽、脾、腎、胰和膀胱等內(nèi)部結(jié)構(gòu)；區(qū)分腫塊的性質(zhì)，如浸潤(rùn)性病變往往無(wú)邊界回聲或邊緣不氣，若腫塊有膜時(shí)其邊界有回聲且顯示平滑；也可顯示動(dòng)態(tài)器官，如心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)情況等．人體內(nèi)部臟器的輪廓及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測(cè)如眼睛、甲狀腺、乳房等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探查和線度的測(cè)量．表淺器官內(nèi)部組織探測(cè)診斷分辨率高．由于人體內(nèi)組織的密度不同，相鄰兩種組織的聲阻抗也不同，當(dāng)聲阻抗差達(dá)千分之一時(shí)，兩組織界面便會(huì)產(chǎn)生回聲反射，從而將兩組織區(qū)分開(kāi)來(lái)．超聲對(duì)軟組織的這種分辨力是X射線的100倍以上．B型超聲具有操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜、無(wú)損傷無(wú)痛苦，適用范圍廣等特點(diǎn)，因而已被廣大患者和臨床醫(yī)師所接受．C型超聲波診斷儀在B超廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療診斷后，人們希望獲得與X透視相似的圖像，這就是C型超聲診斷的圖像．C型與B型的成像都是二維圖像．但C型的成像畫(huà)面是與超聲束垂直的，它與B型掃描面相差90°．C型檢查腫瘤組織，能顯示出腫瘤組織的擴(kuò)大范圍，這在臨床診斷中極為重要．F型超聲波診斷儀F型與C型的原理基本相同．只不過(guò)C型超聲儀的延遲電路控制的距離選通門的開(kāi)啟時(shí)刻是個(gè)可調(diào)常數(shù)．而F型的距離選通時(shí)間是隨位置變化的函數(shù)．這樣，F(xiàn)型的成像畫(huà)面不是一個(gè)平面，而是一個(gè)由位置函數(shù)決定的曲面．F型成像畫(huà)面可從三維角度去觀察體內(nèi)組織及病變情況．M型超聲波診斷儀基本原理實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)制在一維超聲掃描和顯示中，M型(MotionMode)和A型儀器的區(qū)別在于顯示方式的不同：A型是幅度顯示，即回波信號(hào)加到示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，顯示的是波形幅值的大小，其幅度的高低表示信號(hào)的強(qiáng)弱，而M超采用亮度顯示，回波信號(hào)加到示波管的柵極或陰極上，及控制電子束的強(qiáng)弱，信號(hào)強(qiáng)時(shí)屏上顯示光點(diǎn)亮，信號(hào)弱時(shí)光點(diǎn)就弱．可見(jiàn)其顯示與B超顯示相類似．位移——時(shí)間曲線在A超設(shè)備中，水平方向信號(hào)的距離代表著探測(cè)深度，而M超中反映探測(cè)深度的掃描信號(hào)是加在垂直偏轉(zhuǎn)板上，光點(diǎn)在垂直方向上的距離代表探測(cè)深度．即垂直方向代表人體軟組織臟器自淺至深的空間位置．另外，M超中在水平偏轉(zhuǎn)板上施加慢掃描電壓，使上下擺動(dòng)的光點(diǎn)隨時(shí)間橫向展開(kāi)，即水平方向代表時(shí)間，由此得出一條位移——時(shí)間曲線．時(shí)間—電轉(zhuǎn)換電路M超與A超的最主要差別是，M超具有慢掃描電路．當(dāng)回聲信號(hào)加在Z軸以后，深度掃描電路將輸出一個(gè)表示距離的鋸齒波，加在顯示器Z軸偏轉(zhuǎn)板上，則顯示屏上顯示出一條按距離分布的光點(diǎn)群．這時(shí)慢掃描電路產(chǎn)生的時(shí)間掃描電壓同時(shí)加在了Y軸上，因此在雙重掃描電壓作用下，掃描回聲信息線被時(shí)間掃描分離，當(dāng)重復(fù)頻率足夠高時(shí)，每給固定的目標(biāo)的界面就顯示成一條連續(xù)變化的曲線光跡．曲線的幅度表示反射界面在運(yùn)動(dòng)中所通過(guò)的距離大小，而曲線的斜率則表示反射界面運(yùn)動(dòng)速度的大?。?dāng)探頭的聲束通過(guò)心臟時(shí)，就可得心臟內(nèi)各層組織的反射面對(duì)于探頭表面的距離（即到體表的距離）隨時(shí)間變化的曲線（回波光跡），這就是所謂的超聲心動(dòng)圖．簡(jiǎn)單的說(shuō)，M超圖像的縱軸表示超聲波在人體內(nèi)的傳播深度，橫軸表示時(shí)間展開(kāi)，各點(diǎn)的亮度表示超聲波在該點(diǎn)的回波幅度．顯然，M超圖像反映的是超聲波傳播方向上各點(diǎn)回波位置隨時(shí)間變化的位移信息，所以，M型超聲波診斷儀又稱為時(shí)間——運(yùn)動(dòng)型(Time-MotionMode)超聲診斷儀．基本結(jié)構(gòu)M超是由心電、心音、心搏和M型的多參數(shù)同步顯示組成的超聲心動(dòng)儀器．主要由同步控制電路、水平(X軸)掃描發(fā)生器、高頻脈沖發(fā)生器、回波接收電路、生理參數(shù)通道和顯示器等部分組成．臨床診斷中的應(yīng)用范圍M型超聲診斷儀的主要特點(diǎn)是能測(cè)量運(yùn)動(dòng)器官，因此專用于心臟的各類疾病的診斷，如對(duì)心血管各部分大小、厚度的測(cè)量，心臟瓣膜運(yùn)動(dòng)狀況的測(cè)量等．同時(shí)還可以輸入心臟的其他有關(guān)生理信號(hào)，進(jìn)行比較研究，如研究心臟各部分和心電圖、心音圖之間的關(guān)系；研究心臟搏動(dòng)和脈搏之間的關(guān)系等．另外還可以研究人體內(nèi)其他各運(yùn)動(dòng)面的活動(dòng)情況，因此可以用于對(duì)胎兒和動(dòng)脈血管的搏動(dòng)等的檢測(cè)．目前的雙導(dǎo)超聲心動(dòng)圖儀可以同時(shí)比較心臟的兩個(gè)不同部分的活動(dòng)情況，使臨床的診斷更趨于方便和完善．多普勒超聲診斷儀——(DopplerUltrasound,D超)

在過(guò)去的幾十年中，超聲頻譜多普勒探測(cè)血流的研究工作已取得很大的成就，彩色多普勒的出現(xiàn)，使之更趨完美．頻譜多普勒對(duì)血流的探測(cè)不是直觀的，通過(guò)頻譜的變化進(jìn)而表達(dá)血流的改變，對(duì)血流的定量測(cè)定來(lái)說(shuō)，頻譜多普勒是必備的工具；彩色多普勒血流顯像對(duì)血流的顯示是直觀的，它已成為定性診斷的最可靠的方法．根據(jù)多普勒效應(yīng)制成的超聲診斷儀稱為多普勒超聲診斷儀（D型超聲診斷儀）．根據(jù)顯示方式的不同，可把它大致分類如下超聲多普勒儀連續(xù)波多普勒頻譜多普勒儀脈沖波多普勒(按產(chǎn)生信號(hào)的方式分)超聲多普勒血管顯像儀超聲多普勒顯像儀彩色多普勒血流顯像儀臨床診斷中的應(yīng)用范圍連續(xù)波多普勒診斷儀連續(xù)超聲多普勒診斷儀通過(guò)發(fā)射與接收連續(xù)多普勒信號(hào)，來(lái)獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信息．這類儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可用來(lái)觀測(cè)心壁、瓣膜、胎體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．連續(xù)波多普勒血流計(jì)利用連續(xù)超聲多普勒血流計(jì)可以檢測(cè)血流速度的大小與方向，尤其是在測(cè)量高速血流時(shí)連續(xù)式超聲多普勒血流計(jì)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)．這類儀器的測(cè)量也存在很多的局限性，例如不能判斷物體的運(yùn)動(dòng)方向，不能探測(cè)血流狀態(tài)．由于沒(méi)有深度分辨力，它也不能探測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的深度，因此目前除用以胎兒的檢測(cè)外，已很少在臨床上使用．此類儀器仍不能分辨探頭和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)間的距離，測(cè)量結(jié)果受聲束和運(yùn)動(dòng)方向夾角的影響較大，無(wú)法了解異常血流的產(chǎn)生部位．脈沖波多普勒血流計(jì)脈沖波多普勒血流計(jì)發(fā)射的是超聲脈沖同時(shí)有延遲電路來(lái)控制接收器，使得這種儀器具有距離選通能力．如果采用不同的延遲時(shí)間，就可以得到沿聲束方向上的血流速度，從而構(gòu)成血流剖面圖．目前脈沖多普勒血流計(jì)與B超顯像儀進(jìn)行組合，用前者檢查血流狀態(tài)，用后者探測(cè)解剖結(jié)構(gòu)，所以能在診斷瓣口與血管狹窄、瓣膜關(guān)閉不全及先天性間隔缺損所致的分流方面取得良好的效果．這類儀器也有它的缺點(diǎn)，它所測(cè)血流速度的大小即多普勒頻移大小受脈沖重復(fù)頻率的限制．當(dāng)其頻移值超過(guò)耐奎斯特頻率時(shí)，速度高的血流尖峰部分不能正常顯示，出現(xiàn)頻率倒錯(cuò)的現(xiàn)象．此外，由于采樣體積范圍很小，需要在斷面上反復(fù)移動(dòng)，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)．彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒血流顯像即是通過(guò)對(duì)散射回聲多普勒信息作相位檢測(cè)并經(jīng)自相關(guān)處理，彩色灰階編碼，把平均血流速度分類以彩色顯示．它與B型圖像和M型超聲心動(dòng)圖相結(jié)合，可提供心臟和大血管內(nèi)血流的時(shí)間和空間信息．可同時(shí)顯示心臟某一斷面上全部血流束的分布及數(shù)目，腔室形態(tài)、大小；表現(xiàn)血流途徑及方向；辨別層流、湍流或渦流；測(cè)量血流束的面積、輪廓長(zhǎng)度和寬度；清楚暗示血管結(jié)構(gòu)異常與血液動(dòng)力學(xué)異常的關(guān)系．臨床用于心臟瓣膜病，先天性心臟病、心肌病、心臟腫瘤的無(wú)創(chuàng)傷診斷，彩色多普勒血流顯像直觀、形象、快速檢測(cè)，診斷靈敏和準(zhǔn)確率很高．當(dāng)然，彩色多普勒血流顯像也有其局限性，它更多地作為定性診斷的方法，而對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的定量分析還須借助頻譜多普勒．超聲治療可以擊碎結(jié)石和體內(nèi)脂肪的聲學(xué)振蕩器高強(qiáng)度聚焦超聲刀(HIFU)可以擊碎結(jié)石和體內(nèi)脂肪的聲學(xué)振蕩器這是一種無(wú)形的振蕩器，可用以擊碎腎結(jié)石和膽結(jié)石．聲波以一定的耦合方式進(jìn)入到人體內(nèi)，粉碎結(jié)石，使我們?nèi)暡ㄋa(chǎn)生的壓力可以被調(diào)整到很高強(qiáng)度，從而粉碎那些已被分解為極小顆粒的沙石，使之以完全自然的方式排出體外．在整形外科領(lǐng)域(醫(yī)治骨骼損傷)，這種碎石機(jī)是從1991年起被啟用的：聲波的沖擊可以使肌體組織再生．如今，人們把超聲波直接應(yīng)用于吸脂術(shù)，它利用超聲波的空化效應(yīng)，只分解脂肪細(xì)胞，而不損害其他細(xì)胞．加利福尼亞大學(xué)洛杉肌分校的卡洛斯·卡馬拉(CarlosCamara)解釋說(shuō)：“這一技術(shù)恰恰是以聲致發(fā)光現(xiàn)象為理論依據(jù)的──超聲波進(jìn)入患者的肌體內(nèi)，使脂肪細(xì)胞升溫液化，此時(shí)這些細(xì)胞中所聚積的高溫可以達(dá)到太陽(yáng)上的溫度．高強(qiáng)度聚焦超聲刀(HIFU)高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)俗稱超聲聚焦刀，是近年我國(guó)首先研制成功并應(yīng)用于臨床治療腫瘤的高科技項(xiàng)目．和傳統(tǒng)外科用手術(shù)刀切除腫瘤的血淋淋的操作過(guò)程不同，超聲聚焦刀屬微創(chuàng)甚至接近無(wú)創(chuàng)的治療．病人麻醉后安靜地躺在床上，醫(yī)師坐在B型超聲監(jiān)控和計(jì)算機(jī)操作的熒屏前．手術(shù)在無(wú)聲或輕音樂(lè)聲中進(jìn)行，在沒(méi)有刀創(chuàng)、沒(méi)有血痕的情景下完成．病人并不知覺(jué)，醫(yī)師在熒屏中捕殺腫瘤就如愿電子游戲機(jī)上殲滅敵人一樣全神貫注．HIFU超聲聚焦刀的原理：就如同把太陽(yáng)能聚焦到太陽(yáng)灶上把食物煮熟一樣，把能穿透人器官和組織的超聲能量聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)上，形成60～100℃的高溫，醫(yī)師在B超的直視下，把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)腫瘤組織，使其在高溫下凝固壞死．通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制，焦點(diǎn)可準(zhǔn)確地移動(dòng)以覆蓋整個(gè)腫瘤，而盡量不損傷正常組織．焦點(diǎn)以外B超通過(guò)的組織，由于溫度不高，基本不受影響．整個(gè)腫瘤熱凝的過(guò)程在B超下可視見(jiàn)．HIFU超聲聚焦刀的優(yōu)點(diǎn)有確切療效，即時(shí)令腫瘤凝固壞死；損傷少，除破壞腫瘤外，很少波及正常組織；適形治療，能按腫瘤的不規(guī)則形狀設(shè)計(jì)治療范圍，對(duì)多個(gè)、位處深部、血管或膽管等重要組織旁的腫瘤，外科手術(shù)感棘手或視為禁區(qū)的原發(fā)或轉(zhuǎn)移病灶也敢下手，對(duì)失去外科手術(shù)機(jī)會(huì)的病人也能有效治療．腫瘤被熱凝固，失去生命力的腫瘤留在身體內(nèi)會(huì)被纖維化、固化而縮小，不再危害機(jī)體．應(yīng)用前景超聲聚焦刀對(duì)乳腺癌、骨癌、子宮肌瘤等癥的治療還有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，因破壞性少，可在保乳、保肢、保器官的前提下切除腫瘤，免除病人殘疾的痛苦．由于高能超聲聚焦刀是以超聲波為導(dǎo)體，因而廣泛用于腎癌、膀胱癌、肝癌、胰腺癌、胃癌、直腸癌、子宮頸癌、前列腺增生等腹腔、盆腔的實(shí)體腫瘤，對(duì)于早期腫瘤，它可以像手術(shù)刀一樣將腫瘤組織“切除”，而且可以避免手術(shù)時(shí)可能引起的癌細(xì)胞種植與淋巴轉(zhuǎn)移．對(duì)中晚期腫瘤，除可以局部殺死原發(fā)灶腫瘤癌細(xì)胞外，還有利于提