醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備與應(yīng)用

第7章醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備與應(yīng)用

1982年日本Namekawa、美國Bommer應(yīng)用多點(diǎn)選通，自相關(guān)分析、彩色編碼技術(shù)創(chuàng)立二維彩色多普勒顯像技術(shù)－－－－日本Aloka公司研制第一臺二維彩色多普勒顯像儀1985年國際心臟多普勒學(xué)會成立，我國加入。1985年《中國超聲醫(yī)學(xué)雜志》創(chuàng)刊1988年張運(yùn)院士撰寫我國第一部《多普勒超聲心動(dòng)圖學(xué)》超聲發(fā)展01.超聲診斷設(shè)備02.超聲治療設(shè)備03.超聲診斷與ＣＴ、核磁共振和同位素掃描共稱為四大影像診斷技術(shù)超聲影像設(shè)備按功能劃分為兩種7.1超聲影像設(shè)備簡述超聲影像設(shè)備以強(qiáng)度低、頻率高、對人體無損傷、安全無痛苦、顯示方法多樣而著稱，尤其對人體軟組織的探測和心血管臟器的血流動(dòng)力學(xué)觀察有獨(dú)到之處，彌補(bǔ)了X線診斷和同位素診斷的不足，已成為各醫(yī)院必備的現(xiàn)代影像檢查的主要方法。超聲影像設(shè)備的四大基本功能是測量、診斷、監(jiān)測與治療。7.1.2超聲影像設(shè)備功能超聲波是一種高頻機(jī)械波，頻率范圍為15-60kHz，一般高于20kHz，超聲波的主要特征為：波長短，近似作直線傳播；在固體和液體內(nèi)衰減比電磁波小，其傳播特性和媒質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。能量集中，因而能形成高的溫度，產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，引起激震波，液體中的空化作用等，結(jié)果產(chǎn)生機(jī)械，熱，光，電，化學(xué)及生物等各種效應(yīng)。由于超聲波的瞬時(shí)空化可實(shí)現(xiàn)高溫和局部的高壓，超聲波通常被用于過程強(qiáng)化和引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，010302超聲作用原理：空化作用

一定頻率的超聲波作用于液體時(shí)，由于液體中一部分氣泡其尺寸適宜，將發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)，大于共振尺寸的氣泡在超聲的作用下，被驅(qū)出液體外；小于共振尺寸的氣泡則在超聲波的作用下逐漸變大，在接近共振尺寸時(shí)，在聲波的稀疏段，氣泡迅速脹大，由于摩擦可產(chǎn)生電荷，在聲波的壓縮段，氣泡又被突然壓縮，直到湮滅。氣泡在湮滅過程中，其內(nèi)部可達(dá)數(shù)千度的高溫和幾千個(gè)大氣壓的高壓，并產(chǎn)生放電，發(fā)光等現(xiàn)象。這種現(xiàn)象成為“空化現(xiàn)象”。03空化效應(yīng)可促進(jìn)反應(yīng)，強(qiáng)化傳質(zhì)過程。02然后是氣泡的壓縮和崩潰過程，即瞬態(tài)空化。01在超聲場中液體中的微小氣泡首先經(jīng)歷氣泡的振蕩及生長過程，即穩(wěn)態(tài)空化；熱效應(yīng)介質(zhì)吸收超聲波及摩擦損耗，分子劇烈振動(dòng)，超聲波的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的內(nèi)能，造成介質(zhì)溫度升高，超聲波的強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的熱效應(yīng)越強(qiáng)。因此，控制超聲波的強(qiáng)度，可使物質(zhì)的組織內(nèi)部溫度瞬時(shí)升高，加快有效成分的溶出。氣泡崩潰之后，泡內(nèi)“熱點(diǎn)”驟然冷卻，冷卻速度達(dá)108K/s。如此急劇冷卻速率將引起原料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的急劇變化。波傳遞的機(jī)械能可在液體中形成有效的攪動(dòng)與流動(dòng)，，從而破壞了介質(zhì)結(jié)構(gòu)，粉碎了液體中的顆粒，從而產(chǎn)生了普通低頻機(jī)械攪拌起不到的效果。這種機(jī)械作用可產(chǎn)生擊碎，切割及凝聚等效果。機(jī)械作用波空化作用所產(chǎn)生的巨大壓力將造成生物細(xì)胞壁及整個(gè)生物體的破裂，與此同時(shí)，超聲波的振動(dòng)作用強(qiáng)化了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放，擴(kuò)散和溶解。在被破碎的瞬間生物活性保持不變，破碎速度和提取率均可得到提高。010203超聲作用原理：乳化作用

空化氣泡振動(dòng)對固體表面產(chǎn)生的強(qiáng)烈射流及局部微沖流，能顯著減弱液體的表面張力及摩擦力。并破壞固-液界面的附面層。利用超聲振動(dòng)及空化的壓力，高溫效應(yīng)，促使兩種液體，兩種固體，或液-固，液-氣界面之間，發(fā)生分子的相互滲透，形成新的物質(zhì)屬性。超聲振動(dòng)可使氣，液媒質(zhì)中懸浮粒子以不同速度運(yùn)動(dòng)，增加相互碰撞機(jī)會；或使其發(fā)生凝聚過程?？栈瘹馀蓍]合后產(chǎn)生的局部沖擊波，可粉碎液體中的顆粒，使其細(xì)化；使結(jié)晶均勻；將較大，不均勻液滴分散為微小均勻液滴，產(chǎn)生乳化效應(yīng)。這些作用促進(jìn)了藥物有效成分的溶解，加快了有效成分進(jìn)入介質(zhì)，并與介質(zhì)充分混合。主要檢定三項(xiàng)指標(biāo)：安全指標(biāo)輸出聲強(qiáng)和漏電流是超聲影像設(shè)備器針對患者的安全性能指標(biāo)的檢測。圖像質(zhì)量指標(biāo)醫(yī)用超聲診斷設(shè)備通常是以圖像形式提供診斷信息的，因此圖像質(zhì)量的判別對整機(jī)性能和臨床診斷有效性的評價(jià)都是必要的。顯示設(shè)備指標(biāo)超聲影像設(shè)備的顯示器還必須達(dá)到實(shí)時(shí)顯示、高分辨力與高灰階三大性能要求。7.1.3超聲影像設(shè)備主要指標(biāo)及性能要求7.1.4超聲影像設(shè)備臨床應(yīng)用在臨床上超聲影像設(shè)備應(yīng)用很廣，可以診斷并治療多種疾病。超聲診斷設(shè)備包括A、M、B、C、F、D等多種型號，現(xiàn)在還發(fā)展到三維、四維彩超，幾乎人體任何部位均可做超聲檢查。一般分為心臟超聲、腹部超聲、血管超聲、五官超聲、胸部超聲和內(nèi)窺超聲等。按使用方式可以分為介入性超聲、術(shù)中超聲、腔內(nèi)超聲三種。01在實(shí)時(shí)超聲監(jiān)視或引導(dǎo)下進(jìn)行穿刺活檢、液體抽吸或注藥，以代替某些外科手術(shù)，達(dá)到進(jìn)一步診斷或治療目的的方法。介入性超聲02外科手術(shù)進(jìn)行中，采用特制的小型高頻超聲探頭，在手術(shù)野內(nèi)對臟器進(jìn)行更加細(xì)致的實(shí)時(shí)超聲檢查方法。術(shù)中超聲03采用特制高頻超聲探頭，插入體腔（如食道、陰道、直腸、尿道、腹膜腔）進(jìn)行實(shí)時(shí)超聲檢查的辦法。腔內(nèi)超聲7.1.4超聲影像設(shè)備臨床應(yīng)用7.2超聲診斷設(shè)備拉伸狀態(tài)擠壓狀態(tài)自由狀態(tài)換能器外觀

按型號分為:A型、M型、C型、F型、B型和D型等六類。超聲診斷設(shè)備是目前醫(yī)院中使用的比較頻繁的診斷設(shè)備。它主要包含發(fā)射/接收裝置、掃描發(fā)生器、信號處理裝置、顯示設(shè)備、電源和探頭等部分。探頭按頻率分為單頻、多頻和寬頻探頭。超聲探頭的主體是換能器，但為了提高發(fā)射／接收的效果，還必須有吸聲層、匹配層、聲透鏡等，另外再加上插件、電纜和外殼，才能構(gòu)成一具完整實(shí)用的超聲探頭。兩側(cè)電極1.A型超聲診斷設(shè)備它屬于一維超聲，回聲波強(qiáng)度以振幅顯示，探頭由單晶片構(gòu)成，由于振幅（Amplitude）一詞的第一個(gè)字母為A，所以稱為A型超聲診斷設(shè)備。工作原理：幅度調(diào)制式

換能器接收放大發(fā)射電路同步電路掃描電路觀察視窗A型超聲診斷設(shè)備工作原理示意2.臨床診斷中的應(yīng)用范圍

主要適用于檢查肝、膽、脾、眼及腦等簡單解剖結(jié)構(gòu)，通過分析回波幅度的分布以獲得組織的特征信息。也可以用于心臟、肝臟、胰臟、膽囊、顱腦、眼科、婦科等檢查。換能器A型超聲診斷設(shè)備最有代表性的應(yīng)用是腦中線位置的測量一般正常人腦中線位置通過顱骨的幾何中心，最大偏差≤0.3cm。測量后若腦中線偏移>0.3cm，則應(yīng)考慮有占位性病變。此法檢查無痛苦，準(zhǔn)確性高。A型超聲2.B型超聲診斷設(shè)備 B型超聲診斷設(shè)備是輝度調(diào)制型設(shè)備，因brightnessmodulation詞組的第一個(gè)字母為B，所以稱為B型超聲診斷設(shè)備。B超向人體發(fā)射一組超聲波,按一定的方向進(jìn)行掃描。根據(jù)監(jiān)測其回聲的延遲時(shí)間,強(qiáng)弱就可以判斷臟器的距離及性質(zhì)。經(jīng)過電子電路和計(jì)算機(jī)的處理,形成了我們今天的B超圖像。它以不同輝度的光點(diǎn)強(qiáng)弱顯示病變。三維超聲成像也是在B型超聲的基礎(chǔ)上進(jìn)行了計(jì)算機(jī)圖像重建處理而生成的圖像。7.2.4B型超聲診斷設(shè)備

按掃描方式分類，B超已經(jīng)發(fā)展了四代，包括手動(dòng)直線掃描、機(jī)械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。2.臨床診斷的基礎(chǔ)與應(yīng)用范圍（1）在婦產(chǎn)科中的探測（2）人體內(nèi)部臟器的輪廓及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測（3）表淺器官內(nèi)部組織探測慢性膀胱炎腹膜后淋巴瘤轉(zhuǎn)移S型結(jié)腸癌

B型電子扇形掃描示意圖

3.C型超聲診斷設(shè)備 C型與B型的成像都是二維圖像。但C型的成像畫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。C型工作方式也是為了獲得人體斷層的圖像。與B型方式不同的是，C型掃描得到的圖像不是簡單的超聲束掃描的斷層平面，而是距離換能器某一指定深度處的與超聲束垂直的平面。C型平面換能器多普勒診斷設(shè)備（D型超聲診斷設(shè)備），在醫(yī)學(xué)診斷中對心臟、血管、血流和胎兒的檢查等方面起很大作用。01多普勒效應(yīng):對于靜止的觀測者來說,向著觀測者運(yùn)動(dòng)物體發(fā)出的聲波頻率會升高,相反頻率會降低,這就是著名的多普勒效應(yīng)。02現(xiàn)代醫(yī)用超聲就是利用了這一效應(yīng),當(dāng)超聲波碰到流向遠(yuǎn)離探頭液體時(shí)回聲頻率會降低,流向探頭的液體會使探頭接收的回聲信號頻率升高。利用計(jì)算機(jī)偽彩技術(shù)加以描述,使我們能判定超聲圖像中流動(dòng)液體的方向及流速的大小和性質(zhì),并將此疊加在二維黑白超聲圖像上,形成了我們今天見到的彩超圖像。034.多普勒超聲診斷設(shè)備 7.2.8四維超聲診斷設(shè)備”四維超聲波成像系統(tǒng)，（“4D”是“四維”的縮寫）所謂“四維”就是指在傳統(tǒng)的“三維立體”超聲成像的基礎(chǔ)之上加上時(shí)間維度這個(gè)向量。1運(yùn)用4D超聲波技術(shù)進(jìn)行孕婦和胎兒檢查能夠顯示胎兒在子宮內(nèi)的即時(shí)動(dòng)態(tài)活動(dòng)圖像27.3超聲治療設(shè)備超聲治療設(shè)備主要由超聲發(fā)生器及聲頭兩部分構(gòu)成，前者由高頻電振蕩和電源電路組成，利用“反壓電效應(yīng)”原理，將高頻電場作用于晶體薄片，使其產(chǎn)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)，從而將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。超聲治療設(shè)備有多種類型，以輸出方式劃分，有連續(xù)輸出型、脈沖輸出型、連續(xù)脈沖輸出型。電能換能器高頻震蕩電路高壓變壓器超聲能010203040506070809超聲波藥物透入療法超聲波外科療法聚集治療法超聲波穴位刺激療法直接接觸輻射法低頻超聲治療法超聲波乳化治療法間接接觸輻射法超聲治療癌腫瘤7.3.2超聲治療設(shè)備臨床應(yīng)用7.4超聲診斷設(shè)備新技術(shù)進(jìn)展GE超聲設(shè)備及成像7.4超聲診斷設(shè)備新技術(shù)進(jìn)展三維超聲診斷設(shè)備三維超聲成像方法有散焦鏡法、計(jì)算機(jī)輔助成像和實(shí)時(shí)超聲束跟蹤技術(shù)。維超聲胎兒成像25周三維超聲胎兒成像28周0102寬頻帶化01數(shù)字化02信息化03多維化04智能化057.4.2超聲影像設(shè)備展望 胃腸超聲檢查：霧里看花因胃不舒服去醫(yī)院就診，醫(yī)生通常會建議患者做一次胃鏡，但總有不少人因?yàn)楹ε伦鑫哥R時(shí)的“難受”而拒絕。時(shí)下，不少民營醫(yī)院打出了胃腸超聲檢查的廣告，宣稱做超聲也能檢出諸如胃炎、胃潰瘍、腸炎等眾多消化病，吸引了不少害怕做內(nèi)鏡者前去檢查。胃腸超聲真如廣告上說的那么好嗎？它果真能代替內(nèi)鏡檢查嗎？廣告語：我院引進(jìn)最新胃腸超聲儀，能檢查胃炎、胃潰瘍、腸炎等各種疾病。點(diǎn)評：醫(yī)學(xué)上所謂的胃腸超聲檢查主要有經(jīng)腹壁超聲、超聲造影和超聲內(nèi)鏡等。由于胃腸是含氣臟器，當(dāng)超聲波遇到臟器內(nèi)氣體時(shí)會被反射，難以達(dá)到滿意的顯像目的，超聲效果不如肝、膽、脾等實(shí)體器官。近年來，經(jīng)過眾多學(xué)者的研究探索，發(fā)現(xiàn)通過利用某種物質(zhì)充盈胃腸腔，減少超聲束的反射，可使胃腸結(jié)構(gòu)顯示得更加清晰，這種方法稱為胃腸超聲造影，即所謂的“胃腸超聲”。在造影劑充盈良好的情況下，超聲能夠顯示胃腸腔的完整形態(tài)、結(jié)構(gòu)，對胃腸腔內(nèi)的突起性病變、胃腸壁的增厚性病變，顯像效果較佳。廣告語：胃腸超聲檢查無痛苦、安全、方便，能取代內(nèi)鏡檢查。01點(diǎn)評：胃腸超聲造影主要用于占位病變的診斷,但由于其簡便易行、無痛苦、無創(chuàng)傷性、服用造影劑后無不適感，現(xiàn)被不少民營醫(yī)院廣泛采用，甚至有濫用之勢。02胃腸超聲檢查：霧里看花對神經(jīng)系統(tǒng)作用。神經(jīng)系統(tǒng)具有對超聲波敏感的特性，小劑量的超聲波對神