第 7 章医学超声影像设备与应用

第7章医学超声影像设备与应用

1982年日本Namekawa、美国Bommer应用多点选通，自相关分析、彩色编码技术创立二维彩色多普勒显像技术－－－－日本Aloka公司研制第一台二维彩色多普勒显像仪1982年日本Namekawa、美国Bommer应用多点选通，自相关分析、彩色编码技术创立二维彩色多普勒显像技术－－－－日本Aloka公司研制第一台二维彩色多普勒显像仪 1985年国际心脏多普勒学会成立，我国加入。 1985年《中国超声医学杂志》创刊 1988年张运院士撰写我国第一部《多普勒超声心动图学》超声发展

超声影像设备按功能划分为两种 超声诊断设备超声治疗设备超声诊断与ＣＴ、核磁共振和同位素扫描共称为四大影像诊断技术 7.1 超声影像设备简述

超声影像设备以强度低、频率高、对人体无损伤、安全无痛苦、显示方法多样而著称，尤其对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察有独到之处，弥补了X线诊断和同位素诊断的不足，已成为各医院必备的现代影像检查的主要方法。超声影像设备以强度低、频率高、对人体无损伤、安全无痛苦、显示方法多样而著称，尤其对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察有独到之处，弥补了X线诊断和同位素诊断的不足，已成为各医院必备的现代影像检查的主要方法。超声影像设备的四大基本功能是测量、诊断、监测与治疗。 7.1.2 超声影像设备功能

超声波是一种高频机械波，频率范围为15-60kHz，一般高于20kHz，超声波的主要特征为：a. 波长短，近似作直线传播；在固体和液体内衰减比电磁波小，其传播特性和媒质的性质密切相关。b. 能量集中，因而能形成高的温度，产生剧烈振动，引起激震波，液体中的空化作用等，结果产生机械，热，光，电，化学及生物等各种效应。由于超声波的瞬时空化可实现高温和局部的高压，超声波通常被用于过程强化和引发化学反应，

超声作用原理：空化作用 当一定频率的超声波作用于液体时，由于液体中一部分气泡其尺寸适宜，将发生共振现象，此时，大于共振尺寸的气泡在超声的作用下，被驱出液体外；小于共振尺寸的气泡则在超声波的作用下逐渐变大，在接近共振尺寸时，在声波的稀疏段，气泡迅速胀大，由于摩擦可产生电荷，在声波的压缩段，气泡又被突然压缩，直到湮灭。气泡在湮灭过程中，其内部可达数千度的高温和几千个大气压的高压，并产生放电，发光等现象。这种现象成为“空化现象”。

在超声场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程，即稳态空化；在超声场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程，即稳态空化；然后是气泡的压缩和崩溃过程，即瞬态空化。空化效应可促进反应，强化传质过程。

（2）热效应 由于介质吸收超声波及摩擦损耗，分子剧烈振动，超声波的机械能转化为介质的内能，造成介质温度升高，超声波的强度越大，产生的热效应越强。因此，控制超声波的强度，可使物质的组织内部温度瞬时升高，加快有效成分的溶出。气泡崩溃之后，泡内“热点”骤然冷却，冷却速度达108K/s。如此急剧冷却速率将引起原料内部结构的急剧变化。

（3）机械作用 超声波传递的机械能可在液体中形成有效的搅动与流动，，从而破坏了介质结构，粉碎了液体中的颗粒，从而产生了普通低频机械搅拌起不到的效果。这种机械作用可产生击碎，切割及凝聚等效果。超声波空化作用所产生的巨大压力将造成生物细胞壁及整个生物体的破裂，与此同时，超声波的振动作用强化了胞内物质的释放，扩散和溶解。在被破碎的瞬间生物活性保持不变，破碎速度和提取率均可得到提高。

超声作用原理：乳化作用空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流，能显著减弱液体的表面张力及摩擦力。并破坏固-液界面的附面层。利用超声振动及空化的压力，高温效应，促使两种液体，两种固体，或液-固，液-气界面之间，发生分子的相互渗透，形成新的物质属性。超声振动可使气，液媒质中悬浮粒子以不同速度运动，增加相互碰撞机会；或使其发生凝聚过程。空化气泡闭合后产生的局部冲击波，可粉碎液体中的颗粒，使其细化；使结晶均匀；将较大，不均匀液滴分散为微小均匀液滴，产生乳化效应。这些作用促进了药物有效成分的溶解，加快了有效成分进入介质，并与介质充分混合。超声作用原理：乳化作用空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流，能显著减弱液体的表面张力及摩擦力。并破坏固-液界面的附面层。利用超声振动及空化的压力，高温效应，促使两种液体，两种固体，或液-固，液-气界面之间，发生分子的相互渗透，形成新的物质属性。超声振动可使气，液媒质中悬浮粒子以不同速度运动，增加相互碰撞机会；或使其发生凝聚过程。空化气泡闭合后产生的局部冲击波，可粉碎液体中的颗粒，使其细化；使结晶均匀；将较大，不均匀液滴分散为微小均匀液滴，产生乳化效应。这些作用促进了药物有效成分的溶解，加快了有效成分进入介质，并与介质充分混合。

主要检定三项指标： 安全指标输出声强和漏电流是超声影像设备器针对患者的安全性能指标的检测。图像质量指标医用超声诊断设备通常是以图像形式提供诊断信息的，因此图像质量的判别对整机性能和临床诊断有效性的评价都是必要的。显示设备指标超声影像设备的显示器还必须达到实时显示、高分辨力与高灰阶三大性能要求。 7.1.3 超声影像设备主要指标及性能要求

在临床上超声影像设备应用很广，可以诊断并治疗多种疾病。超声诊断设备包括A、M、B、C、F、D等多种型号，现在还发展到三维、四维彩超，几乎人体任何部位均可做超声检查。一般分为心脏超声、腹部超声、血管超声、五官超声、胸部超声和内窥超声等。按使用方式可以分为介入性超声、术中超声、腔内超声三种。在临床上超声影像设备应用很广，可以诊断并治疗多种疾病。超声诊断设备包括A、M、B、C、F、D等多种型号，现在还发展到三维、四维彩超，几乎人体任何部位均可做超声检查。一般分为心脏超声、腹部超声、血管超声、五官超声、胸部超声和内窥超声等。按使用方式可以分为介入性超声、术中超声、腔内超声三种。 7.1.4 超声影像设备临床应用

1. 介入性超声 在实时超声监视或引导下进行穿刺活检、液体抽吸或注药，以代替某些外科手术，达到进一步诊断或治疗目的的方法。 2. 术中超声外科手术进行中，采用特制的小型高频超声探头，在手术野内对脏器进行更加细致的实时超声检查方法。 3. 腔内超声采用特制高频超声探头，插入体腔（如食道、阴道、直肠、尿道、腹膜腔）进行实时超声检查的办法。 7.1.4 超声影像设备临床应用

按型号分为: A型、M型、C型、F型、B型和D型等六类。超声诊断设备是目前医院中使用的比较频繁的诊断设备。它主要包含发射/接收装置、扫描发生器、信号处理装置、显示设备、电源和探头等部分。探头按频率分为单频、多频和宽频探头。超声探头的主体是换能器，但为了提高发射／接收的效果，还必须有吸声层、匹配层、声透镜等，另外再加上插件、电缆和外壳，才能构成一具完整实用的超声探头。两侧电极自由状态拉伸状态挤压状态换能器外观 7.2 超声诊断设备

它属于一维超声，回声波强度以振幅显示，探头由单晶片构成，由于振幅（Amplitude）一词的第一个字母为A，所以称为A型超声诊断设备。它属于一维超声，回声波强度以振幅显示，探头由单晶片构成，由于振幅（Amplitude）一词的第一个字母为A，所以称为A型超声诊断设备。工作原理：幅度调制式接收放大发射电路换能器观察视窗同步电路扫描电路 1. A型超声诊断设备 A型超声诊断设备工作原理示意

2. 临床诊断中的应用范围 主要适用于检查肝、胆、脾、眼及脑等简单解剖结构，通过分析回波幅度的分布以获得组织的特征信息。也可以用于心脏、肝脏、胰脏、胆囊、颅脑、眼科、妇科等检查。换能器 A型超声诊断设备最有代表性的应用是脑中线位置的测量一般正常人脑中线位置通过颅骨的几何中心，最大偏差≤0.3cm。测量后若脑中线偏移>0.3cm，则应考虑有占位性病变。此法检查无痛苦，准确性高。

A型超声

B型超声诊断设备是辉度调制型设备，因brightness modulation 词组的第一个字母为B，所以称为B型超声诊断设备。B超向人体发射一组超声波,按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间,强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理, 形成了我们今天的B超图像。它以不同辉度的光点强弱显示病变。三维超声成像也是在B型超声的基础上进行了计算机图像重建处理而生成的图像。 2. B型超声诊断设备

按扫描方式分类，B超已经发展了四代，包括手动直线扫描、机械扫描、电子直线扫描和电子扇形扫描。按扫描方式分类，B超已经发展了四代，包括手动直线扫描、机械扫描、电子直线扫描和电子扇形扫描。 2. 临床诊断的基础与应用范围（1）在妇产科中的探测（2）人体内部脏器的轮廓及其内部结构的探测（3）表浅器官内部组织探测 S型结肠癌腹膜后淋巴瘤转移慢性膀胱炎 7.2.4 B型超声诊断设备 B型电子扇形扫描示意图

C型与B型的成像都是二维图像。但C型的成像画面是与超声束垂直的，它与B型扫描面相差90°。C型检查肿瘤组织，能显示出肿瘤组织的扩大范围，这在临床诊断中极为重要。 C型工作方式也是为了获得人体断层的图像。与B型方式不同的是，C型扫描得到的图像不是简单的超声束扫描的断层平面，而是距离换能器某一指定深度处的与超声束垂直的平面。换能器 C型平面 3. C型超声诊断设备

多普勒诊断设备（D型超声诊断设备），在医学诊断中对心脏、血管、血流和胎儿的检查等方面起很大作用。多普勒诊断设备（D型超声诊断设备），在医学诊断中对心脏、血管、血流和胎儿的检查等方面起很大作用。多普勒效应: 对于静止的观测者来说,向着观测者运动物体发出的声波频率会升高,相反频率会降低,这就是著名的多普勒效应。现代医用超声就是利用了这一效应,当超声波碰到流向远离探头液体时回声频率会降低,流向探头的液体会使探头接收的回声信号频率升高。利用计算机伪彩技术加以描述,使我们能判定超声图像中流动液体的方向及流速的大小和性质,并将此叠加在二维黑白超声图像上,形成了我们今天见到的彩超图像。 4. 多普勒超声诊断设备

四维超声波成像系统，（“4D”是“四维”的缩写）所谓“四维”就是指在传统的“三维立体”超声成像的基础之上加上时间维度这个向量。 运用4D超声波技术进行孕妇和胎儿检查能够显示胎儿在子宫内的即时动态活动图像 7.2.8 四维超声诊断设备

超声治疗设备主要由超声发生器及声头两部分构成，前者由高频电振荡和电源电路组成，利用“反压电效应”原理，将高频电场作用于晶体薄片，使其产生相应频率的振动，从而将电能转换为机械能。超声治疗设备有多种类型，以输出方式划分，有连续输出型、脉冲输出型、连续脉冲输出型。高频震荡电路高压变压器超声能换能器电能 7.3 超声治疗设备

1. 超声波药物透入疗法 2. 超声波外科疗法 3. 聚集治疗法 4. 超声波穴位刺激疗法 5. 低频超声治疗法 6. 超声波乳化治疗法 7. 直接接触辐射法 8. 间接接触辐射法 9. 超声治疗癌肿瘤 7.3.2 超声治疗设备临床应用

7.4 超声诊断设备新技术进展 GE超声设备及成像

1．三维超声诊断设备 三维超声成像方法有散焦镜法、计算机辅助成像和实时超声束跟踪技术。 7.4 超声诊断设备新技术进展维超声胎儿成像25周三维超声胎儿成像28周

1. 宽频带化 2. 数字化 3. 信息化 4. 多维化 5. 智能化 7.4.2 超声影像设备展望

　因胃不舒服去医院就诊，医生通常会建议患者做一次胃镜，但总有不少人因为害怕做胃镜时的“难受”而拒绝。时下，不少民营医院打出了胃肠超声检查的广告，宣称做超声也能检出诸如胃炎、胃溃疡、肠炎等众多消化病，吸引了不少害怕做内镜者前去检查。胃肠超声真如广告上说的那么好吗？它果真能代替内镜检查吗？　广告语：我院引进最新胃肠超声仪，能检查胃炎、胃溃疡、肠炎等各种疾病。　点评：医学上所谓的胃肠超声检查主要有经腹壁超声、超声造影和超声内镜等。由于胃肠是含气脏器，当超声波遇到脏器内气体时会被反射，难以达到满意的显像目的，超声效果不如肝、胆、脾等实体器官。近年来，经过众多学者的研究探索，发现通过利用某种物质充盈胃肠腔，减少超声束的反射，可使胃肠结构显示得更加清晰，这种方法称为胃肠超声造影，即所谓的“胃肠超声”。在造影剂充盈良好的情况下，超声能够显示胃肠腔的完整形态、结构，对胃肠腔内的突起性病变、胃肠壁的增厚性病变，显像效果较佳。胃肠超声检查：雾里看花

广告语：胃肠超声检查无痛苦、安全、方便，能取代内镜检查。 　点评：胃肠超声造影主要用于占位病变的诊断,但由于其简便易行、无痛苦、无创伤性、服用造影剂后无不适感，现被不少民营医院广泛采用，甚至有滥用之势。胃肠超声检查：雾里看花

（1）对神经系统作用。神经系统具有对超声波敏感的特性，小剂量的超声波对神经有抑制作用，可使神经的传导速度减慢，从而具有明显的镇痛作用。（1）对神经系统作用。神经系统具有对超声波敏感的特性，小剂量的超声波对神经有抑制作用，可使神经的传导速度减慢，从而具有明显的镇痛作用。（2）对皮肤作用。超声波可使皮肤发热充血，皮肤的血液循环加快，可以改善皮肤麻木等感觉异常。（3）对肌肉作用。超声波可有效地解除肌肉痉挛，使肌肉放松，达到减轻肌肉及软组织疼痛的目的。（4）其他作用。超声波可使胃肠道蠕动增加，胃肠分泌增加；可使心脏的冠状动脉扩张，改善心肌的血液供应；可使肾脏的血管扩张，增加肾脏血流量。应用超声波治疗骨质增生引起的疼痛，主要是通过抑制神经的兴奋性，增加血液循环和改善组织的代谢状态来实现的。超声波疗法的主要作用有：

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