医学超声设备

医学超声设备前言超声医学（医学超声学）——声学、医学和电子工程技术相结合的一门边缘交叉学科。定义：凡研究超声对人体的作用和反作用规律，并加以利用以达到医学上诊断和治疗目的的学科即超声医学。包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程。前言生物医学超声工程包括医学超声物理和医学超声工程。医学超声物理：研究超声波在生物组织中的传播特性和规律；医学超声工程：根据生物组织中超声传播的规律设计制造出用于医学诊断和治疗的设备。前言医学超声设备涉及到微电子技术、计算机技术、信息处理技术、声学技术及材料科学，是多学科边缘交叉的结晶。医学超声设备可以分为超声诊断设备和超声治疗设备两大类。迄今超声成像（US）与X-CT、ECT及MRI已被公认为当代四大医学成像技术。本章主要内容医学超声概述超声波的基础知识超声成像基本工作原理医用超声探头B型超声成像诊断仪超声多普勒成像仪超声图像质量及其影响因素超声治疗设备第一章医学超声概述medicalultrasoundsummarization医学超声发展简史1880年，法国Pierre和JacquesCuie发现压电效应，由此揭开了超声技术发展的新篇章。1917年，法国科学家PaulLangevin首次使用了主要由石英晶体制成的超声换能器，并于1921年发明了声纳（soundnavigationandranging，简称SONAR）即声探测与定位技术1942年，奥地利Dussik首先把工业超声探伤原理用于医学诊断，用穿透法探测颅脑。1946年Fircstone等研究应用反射波方法进行医学超声诊断，提出了Ａ型超声诊断技术原理。1952年，美国D.H.Howry开始研究超声显像方法，并于1954年制造出B型超声诊断装置。1954年，瑞典I.Edler首先用M型超声装置检查心脏。1956年，日本里村茂夫首先将多普勒效应原理应用于超声诊断，利用连续波多普勒法诊断心脏瓣膜疾病。1958年，Hertz等首先用脉冲回声法诊断心脏疾病。开始出现“Ｍ型超声心动图”。1959年，D.L.Franklin研制出脉冲多普勒超声。1967年，实时Ｂ型超声成像仪问世，这是Ｂ型成像技术的重大进步20世纪70年代，以B超为代表的超声诊断技术迅速发展。特别是数字扫描变换器与处理器（DSC与DSP）的出现，使B超显示技术向计算机数字影像处理发展，超声显像的图像质量明显改善。1980年，美国投入使用的超声成像仪数量开始超过X线机，因此宣称进入“超声医学年”。80年代以后，超声成像设备逐步得到普及。典型超声诊断设备A型超声M型超声B型超声D型超声C型超声F型超声P型超声第一节B型超声成像第二节M型超声成像M型超声对心脏运动结构的探查具有独特的优势，通常对心脏的M型扫查所得到的显示图称超声心动图。第三节多普勒超声成像多普勒效应1842年奥地利物理学家多普勒（Doppler）发现并研究了声波的“频移”现象，后被命名为“多普勒效应”。此效应是指波源将某一频率的波以一种固定的传播速度向外辐射时,如果波源与接收系统产生相对运动，则所接收到的波的频率会发生变化（即频移）。•一列火车快速驶远时，它的汽笛声听来会沉闷很多，因为声波相对于我们的频率变低、波长变长了，这就是多普勒效应。声音演示火车从身旁的铁路上呼啸而过时，会使我们非常明显地听出鸣叫着的汽笛声突然间由尖锐变得低沉起来。当火车驰向我们时（V为正），我们所听到的汽笛声（f1′）要比火车固定不动时的声音（f）尖锐一些（Δf1＞0，f1′＞f）；当火车背向我们驰去时（V为负），所听到的汽笛声（f2′）要比原来的声音（f）低沉一些（Δf2＜0，f2′＝f2′＜f）。彩色多普勒成像，对于血流方面的多种状态具有强大的显示能力，如：同时显示心脏某一断面上的异常血流的分布情况；反映血流的途径及方向；明确血流性质是层流、湍流或涡流；可以测量血流束的面积、轮廓、长度、宽度；血流信息能显示在二维切面像或M型图上，更直观地反映结构异常与血流动力学异常的关系等。近年来，三维成像技术的发展和进步，为非侵人性的诊断技术又开辟了一个新的领域。三维超声技术能够克服二维超声空间显像的不足，成为二维超声技术的重要辅助手段。目前，三维超声能够迅速地对容积图像数据进行储存、处理和显示其三维立体图像，并且能够得到多平面的图像。第四节三维超声成像超声波的生物效应机械效应热效应空化效应超声治疗设备第一节超声波碎石机自20世纪中期，随着超声技术的迅速发展，人们则利用超声振动对坚硬物体进行切割、打孔、分散等等。人所共知，结石症是当今人类的常见病之一，它的发病率和复发率均较高。将不同表现形式的机械振动波，如冲击波、超声波用于击碎人体内结石，则是近几十年来医学领域迅速引用新技术成果的一个重要方面。用机械波粉碎人体内结石，在实施方案上分体内接触式与体外非接触式两种。体内接触式超声波碎石20世纪60年代中期，科学工作者通过研究发现，几十千赫兹的低频超声波比MHz级的高频超声波具有更好的碎石效果。例如，使用超声换能器产生20kHz的超声波并通过变幅杆使振动能量增强，再直接作用到与其端面相接触的水槽底部结石上，依超声作用的时间不同，结石表现为龟裂、穿孔、分层脱落或完全碎裂。在一系列的物理实验和动物实验研究基础上，体内接触式超声碎石技术正式获得临床治疗应用。这是一种介入性超声疗法，它主要应用于治疗泌尿系统的结石，而且需与泌尿系统内窥镜技术相结合进行，操作技术条件要求较高，但效果较肯定，因而得到了一定范围的推广。体外冲击波碎石结石症除发生在泌尿系统的肾脏、输尿管及膀胱等器官之外，还容易发生在胆道系统等。传统的治疗胆石症的方法，大都采用开放式手术疗法。上述的接触式超声波碎石，在治疗时需将超声换能器通过导管经皮肤或管腔(如输尿管、胆管)与人体腔内结石直接接触，操作上不方便，要求技术条件高，且给患者带来较大的痛苦。20世纪80年代初推出了体外冲击波碎石术(extracorporealshockwavelithotripsy，ESWL)。自1980年起，临床上开始使用ESWL粉碎肾结石；1985年后又用于粉碎胆结石，由此开创了治疗结石症的新纪元。第二节高强度聚焦超声（HIFU）传统的外科手术在治疗疾病的同时，往往会给机体正常组织、器官带来一定副作用，此即手术并发症。现代外科发展的一个重要方向即是微创和无创(micro-invasiveandnon-invasivesurgery)。在保证治疗效果优于、至少不亚于传统手术的前提下，将对机体的不良影响降低至最小程度，即达到“精确”手术之目的。高强度聚焦超声(highintensityfocusedultra-sound，HIFU)即是其中之一。HIFU技术是现代工程技术和医学相结合并发展的产物，其是利用超声波的生物学效应，通过一定技术手段，将体外发射的声波聚焦于体内病变组织。由于聚焦部位的强大能量沉积，组织内温度瞬间即可上升到65摄氏度以上，可达到靶向破坏病变之目的。第三节超声手术刀超声手术刀主要由两个部分构成，即高频功率源及超声振动系统。超声振动系统又包含三个组成部分：超声换能器、聚能器和刀头，如图所示。这种超声手术刀在临床操作时，刀头与被切割的组织直接接触，故也称为接触式超声手术刀。还有一种超声手术刀，具有冲洗与抽吸功能，它在工作时刀头不与组织直接接触，故也称为非接触超声手术刀或超声吸引器。为了便于多种不同的临床手术需求，超声手术刀也可做成弯曲外形。第四节超声血管成形（超声消融）急性心肌梗死和冠心病的发病机制大多归结为急性或陈旧性血管栓塞，因而清除血管栓塞或斑块，恢复动脉供血是治疗该疾病的主要途径。使用溶栓药物治疗，局限性较大采用开放性手术作“搭桥术”(CABG)，重建血流通道，创伤大，术后恢复时间长，费用高作用原理超声血管成形术的基本原理：将20—45kHz、10—30W／cm2的超声波通过超声血管成形仪的超声传输导线传递至血管内闭塞或狭窄部位，使得血栓和斑块破碎消融，分解至小于25µm的残块，可通过休内循环系统的毛细血管网直接代谢和吸收，不致发生远端血管的再堵塞，从而达到恢复动脉供血，治疗血栓症的目的。基本组成相关词汇超声成像ultrasonicimaging实时成像real-timeimaging彩色多普勒血流显像colordopplerflowimaging三维图像重建3Dimagereconstruction彩色视频监视器colorvideomonitor参考书推荐《医用B超仪与超声多普勒系统》范毅明、范世忠等主编，第二军医大学出版社《医学影像设备学》张里仁主编，人民卫生出版社