醫學超聲

醫學超聲，通過聲阻抗不同的兩種媒質，在其分界面上將產生反射，利用超聲在人體中傳播時產生的反射或透射現象。超聲（Ultrasound，簡稱US）醫學是聲學、醫學、光學及電子學相結合的學科。凡研究高於可聽聲頻率的聲學技術在醫學領域中的套用即超聲醫學。包括超聲診斷學、超聲治療學和生物醫學超聲工程，所以超聲醫學具有醫、理、工三結合的特點，涉及的內容廣泛，在預防、診斷、治療疾病中有很高的價值。

基本信息

• 中文名：醫學超聲
• 英文名：Ultrasound

• 簡稱：US
• 包括：超聲診斷學，超聲治療學等
• 作用：預防，診斷，治療疾病
• 作用部位：心，肝，膽，腎，顱腦等

簡介

研究超聲學在醫學和生物學中的套用的一門學科。包括超聲診斷、超聲治療、超聲生物效應和超聲處理等。

超聲診斷

醫學超聲

它的物理原理主要是利用超聲在人體中傳播時產生的反射或透射現象。超聲通過聲阻抗不同的兩種媒質，在其分界面上將產生反射。反射能量與入射能量的比值叫反射係數。例如從軟組織到骨骼的分界面上，有50％～70％的能量反射回去。除反射外，還有一部分能量從界面上透射通過。透過的超聲能量與入射的超聲能量的比值叫透射係數。兩種媒質的聲阻抗愈相近，透過的超聲能量也愈多。超聲診斷中的基本聲成像系統，就是利用其反射回聲或透射聲構成不同的聲像來檢查病變的。如圖1所示。目前套用最廣泛的一種是脈衝反射式的超聲診斷儀。根據顯示和探查方法的不同，又分為許多類型。圖2、3是A型和B型診斷儀的方框原理圖。A型為調幅式。顯像螢幕上,縱軸顯示反射波的幅度,橫軸顯示時間,也就是臟器反射面與體表的距離。可探查點的斷層聲像。B 型的探頭呈直線掃查運動，採用輝度調製顯示,能獲得臟器的切面聲像圖。還有P型診斷儀，使超聲束繞一點在平面內擺動，掃描範圍呈一扇形，所以也叫扇形診斷儀。為了檢查人體內某些臟器的活動，如心臟及瓣膜的運動、血液的流動，則利用超聲的都卜勒效應來顯示。當某一頻率的超聲到達運動的臟器時，其反射回聲的頻率將發生改變。二者頻率之差隨臟器運動速度的大小而異。通過這種頻差或相位信息的顯示，即可判明臟器的活動情況。超聲診斷儀由於採用了灰階顯示、實時掃描與動態聚焦等手段，因而聲像圖的質量顯著提高，直觀、逼真、清晰而富有層次。對人體心、肝、膽、腎、顱腦、眼球、子宮、乳房及盆腔等，都有很好的診斷價值。套用這種聲像圖，不僅能顯示臟器的外形，而且能深入觀察其內部結構。還能定位指導穿刺。從妊娠 5周到分娩前胎兒的生長發育過程都能從聲像圖中顯示出來，這對於計畫生育、檢查胎兒畸形、鑑別性別，都很有意義。診斷時射入人體的超聲能量很小，一般為10mW/cm2 左右，無致傷作用。已成為一種常規檢查法。將電子計算機技術引入超聲診斷,產生了超聲CT技術(ult-rasonic computerized tomograph)。它將獲取超聲通過臟器的傳播時間及幅度或衰減隨頻率的變化數據，輸入電子計算機里，經過信號數字處理和綜合後再給出組織的切面圖像，這種技術的特點是能得到活體組織內部超聲參量的空間分布。對於1MHz的超聲，切面圖像的分辨力可到5mm。目前已到臨床試驗階段。

超聲治療

醫學超聲

套用超聲對人體組織的幾種效應，引起病變組織的改變,從而達到治療的目的。這些效應主要是熱效應、機械效應和空化效應。超聲在傳播過程中，聲強隨傳播的距離增大而發生衰減。原因之一是由於媒質的粘滯性、導熱性等引起部分的聲能被媒質所吸收，結果轉化為熱能，並導致局部溫度上升。組織受到這種熱效應後，產生了某些反應。如血管擴張、血液循環加快、組織代謝增高，從而促進病理產物的吸收消散；超聲傳播時，媒質中質點振動的機械效應引起某些細微組織的加速度、鏇轉、沖流等振動，從而起到按摩的作用，並增強了半透膜的彌散（即增強了通透性）、細胞的代謝功能和細胞的活力。對細胞的物質交換、組織營養也產生了較良好的影響；足夠的超聲強度遇到人體中某些液性組織時，將產生空化。空化氣泡崩潰時能產生強度很高的微衝擊波，可以改變或者破壞病變組織，從而達到治療目的。
值得十分注意的是，超聲強度或劑量必須嚴格選擇和控制，否則過高的超聲強度會對機體造成損害。在超聲治療採用的連續波輻射和脈衝波輻射兩種方式中，較多的是採用脈衝波輻射,脈衝重複頻率為50～150Hz。這樣，減少了超聲輻射在組織中的積累效應，如熱積累導致溫度升高過快。至於超聲強度或劑量，尚缺乏統一的標準。一般分為三級，即低強度(小劑量)、中強度（中劑量）、高強度(大劑量)。例如脈衝波輻射的劑量，如附表所示。近年來根據大量實踐和分析，趨向於使用小劑量治療，不僅安全，而且療效也有所提高。多數人認為移動式聲輻射法的最大劑量不要超過1.5～2W/cm2 。固定式聲輻射法不要超過0.5～0.6W/cm2 。當然人體每次承受的總超聲劑量還與治療的時間有關。隨著醫學超聲的迅速發展，超聲安全劑量的深入探討也日趨重要。
通過臨床實踐,超聲治療目前用於:神經痛，骨、關節、肌肉及其他軟組織的創傷、勞損和炎症,疤痕病,呼吸和消化系統的某些疾病，粉碎尿路結石，白內障手術，潔齒，人工腎等。對於垂體病、美尼爾氏症也有所試用。大功率聚焦超聲(500W/cm2 以上)已試用於惡性腦瘤的破壞性治療。

生物效應

研究超聲在人體中的傳播特性和超聲與人體組織的相互作用。傳播特性包括超聲的傳播速度、反射、透射、吸收衰減、干涉、衍射等。對於聲速,如縱波已積累了一些數據。例如水為1410m/s,海水(30℃)為1545m/s,人體軟組織為1540m/s，顱骨為3360m/s。這些數據是平均值。隨著超聲在醫療套用上的不斷深入和擴展，對聲速也需要進行深入研究和測量。針對離體與活體、兒童與老年、正常組織與病變組織等區別所引起的速度差異,結合組織成分探討新的測量方法,藉以獲得精確的數值。對於衰減係數，例如血液為0.4dB/cm，肌肉為0.90dB/cm，頭蓋骨為15dB/cm。這些量一般與超聲頻率的二次方成線性關係;但頻率過高時則有變化。如新鮮的頭蓋骨當頻率在3.5MHz以上時，冪指數即下降。兒童與老年又各有不同。當聲束輻照血液時，血球引起聲波的散射，各血球的散射波合成接收波，並出現都卜勒頻移。
超聲與人體的相互作用，例如超聲引起組織大分子結構的變化、組織的電離、細胞原漿的微流、細胞內容物的轉移、酶的加速活化等，這些都隨著所用超聲頻段的不同、超聲強度的大小而產生不同效果。有的是有益的，有的則能造成損害。例如對初生小鼠在其脊神經施加頻率為1MHz的超聲輻照,當強度達到1W/cm2 ，作用2小時；或300W/cm2 作用0.2秒;它的後肢即發生癱瘓。用電子顯微鏡可以觀察到損傷組織的細胞核、線粒體及細胞內的網狀蛋白都已發生形態上的變化。

超聲處理

在醫療衛生中超聲處理的套用也日益廣泛。超聲除直接用於人體治療外，還可以間接以超聲為手段配合藥物進行治療。如超聲透入療法。利用了超聲的振動作用而不需要穿刺皮膚，即能把藥物送入人體內。這種方法具有選擇性強，藥物集中,局部濃度大,不損傷肌體完整的優點。現在透入的藥物有激素、維生素、抗菌素、組織胺、菸酸等。還有通過超聲把藥物霧化成微粒，通過病人的呼吸進入呼吸道，達到吸入治療的目的。藥物微粒的直徑約為2～20μm,可深達微小支氣管甚至肺泡中。故比一般吸入療法效果好。
利用超聲的空化效應可將細胞粉碎，或滅菌進行病理分析；清除放射性污染的器件；清洗難以用常規方法清洗的醫療器械；外科醫生洗手消毒等。
除了上述各種在醫學上的套用外，超聲還能對病殘人進行功能輔助，如超聲導盲。可製成手電筒式或眼鏡式的導盲器。