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1、声学检测一、超声学问题l超声学：研究超声波的产生、传播 、接收 ，以及各种超声效应和应用的声学分支叫 超声学。l产生超声波的装置有机械型超声发生器（ 例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感 应和电磁作用原理制成的电动超声发生器 、 以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁 磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器 等。一、超声学问题机械效应。超声在介质中前进时所产生的效应。超声振 动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩， 使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞 按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的 特性.l可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程 ，促进新陈代谢、加
2、速血液和淋巴循环、改善细胞缺血 缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生 机能等。使细胞内部结构发生变化，导致细胞的功能变 化，使坚硬的结缔组织延伸，松软。 u空化作用。超声波作用于液体时可产生大量 小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而 形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体 过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原 因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞， 称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另 一种气体，甚至可能是真空。u因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动 而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液 体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生 激波。与空化作用相伴随的内
3、摩擦可形成电荷 ，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体 中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。 u热效应。由于超声波频率高，能量大，被介 质吸收时能产生显著的热效应。l人体组织对超声能量有比较大的吸收本领，因 此当超声波在人体组织中传播过程中，其能量 不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织 的自身温度升高。l产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能 量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加 血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增 强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨 和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。 u化学效应。超声波的作用可促使发生或加速 某些化学反应。u例如纯的蒸馏水经超声
4、处理后产生过氧化氢； 溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料 的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现 象的发生总与空化作用相伴随。u超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和 聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有 明显影响。u各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处 理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸 收，这表明空化作用使分子结构发生了改变 。医学超声概述l它主要研究超声波与生物组织(主要指人体组织) 的相互作用机理、规律及其应用。医学超声包括 超声诊断和超声治疗。 l超声诊断研究如何利用各种组织声学特性的差异 来区分不同组织，特别是区分正常和病变组织。 其物理基础是超声波在生物组
5、织中的传播规律(即 组织对声波的作用)及诊断信息提取方法。 l超声治疗则研究如何利用超声波的生物效应(因声 波照射引起的组织结构、功能和生物过程的变化) 来治疗某些疾病，其物理基础是超声生物效应的 机理和超声剂量学等。 医学超声概述u医学超声检测原理：医学超声波检查的工作原理与声纳 有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体 内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可 能被吸收而衰减。u因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反 射与折射以及吸收超声波的程度也就不同。u医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影像的 特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理 的改变，
6、便可诊断所检查的器官是否有病。 u目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分 为A型、B型、M型及D型四大类。 医学超声概述u医学超声治疗：一定剂量的超声波作用于人体组 织，会产生一定的生物效应，如利用生物效应达 到某种医疗目的便构成了超声治疗。u超声治疗开始于超声理疗，出现在上世纪30年代 。到70年代以后，超声治疗技术取得了长足的发 展，不仅传统的超声理疗有了新发展，而且又涌 现出一系列新的超声治疗技术，如超声外科、超 声治癌及超声碎石等，从而使超声治疗技术进入 了一个新的历史发展时期。超声的概念振动频率20,000Hz的声波超声波医用频率2.513MHz(常用2.5 5MHz)超声
7、波的特点和优点USG特点：对软组织的分辨能力强信息的显示有多种方法USG优点： 无损伤、无痛苦、无辐射实时、快捷、准确、方便超声的三个基本物理参数频率( f): 声波每秒振动次数，Hz。 波长(): 声波在一个振动周期内所通过的距离 ，mm 声速(C): 声波在介质中每秒传播的距离，m/s=f C（m/s ） 人体软组织声速平均为1540m/s超声的物理特性 指向性 反射、折射、散射和绕射 吸收与衰减 分辨力与穿透力 多普勒效应近场远场DD声源直径 扩散角频率高，波长短，呈直线传播1.超声波的指向性2-1. 超声波的反射和折射v反射1.声阻抗(z)=介质密度()声速(c)Z0.1%即可产生反射
8、 2.声阻抗差大，反射强v折射两种介质内声速不同可产生 折射现象 结果：导致入射声束的偏转 超声波的入射、反射和折射示意图大界面 折射波 入射波 反射波 2-2.超声波的散射遇界面远小于波长的微小粒子，超声波将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏器内的细微结构。2-3.超声波的绕射 目标大小约为1 2或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。 超声波的吸收与衰减v声衰减定义：是指声能随着传播距离而减弱的现象 衰减量=频率深度v频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射 超声波的分辨力与穿透力v频率高，分辨好，穿透差v频率低，分辨低，穿透强v对应的临床应用：检测浅表器官，采用
9、高频探头检测深部脏器，采用低频探头 多普勒效应声源与接收体之间的相对运动引起声波频率发生改变的现象，频率的变化称为频移fdfd = f- f0 = Vcosf0/c f0 为入射超声频率 f 为回声频率V 为物体的运动速度 C 为声速cos为运动方向与声束方向间的夹角 多普勒效应示意图声源目标多普勒效应示例多普勒效应示例血流信息获取V =血流速度C =声速cos=血流与探头间夹角血管 VC探头v cos900，血流迎向探头，fd为正值称为正性频移v cos900，血流远离探头，fd为负值称为负性频移夹角对fd值的影响二、超声成像的基本原理v声阻抗特性v声衰减特性v多普勒效应人体组织的声学特征无
10、回声 （无反射型）胆汁、尿液、血液低回声 （少反射型）肝、脾强回声 （多反射型）血管壁、结石极强回声（全反射型）肺、胃肠道回声类型肝胆汁胆囊壁超声成像的检查方法基本检查方法：A型、M型、B型、D型型（超声示波法）v机理：是以波形来显示组织特征的，以波幅 变化反映回声情况。 v主要用于测量器官的径线，以判定其大小。 可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实 质性、液体或是气体是否存在等。 v特点：一维波形图，不直观。v用途：鉴别液、实性包块，测距。目前临床 不再使用。A型超声示意图距离振幅A型超声实例型（超声扫描法）v机理：以单声束取样，获得活动界面回声，再以慢扫 描方式展开。是用于观察活动界面时
11、间变化的一 种方法。 v特点：一维时间运动曲线图 v用途：最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的 动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各 层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用 于辅助心脏及大血管疫病的诊断。 M型曲线图型（超声显象法）v机理：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情 况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱 不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，即， 不同的光点反映回声变化，用切面显示正常组织与异 常组织。 v特点：二维断面图像，灰阶/彩阶，实时显示，直观。 v用途：这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比 ，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统 疾病
12、的诊断。肝脏B超心脏B超D型（超声多普勒法）v机理：利用Doppler原理对心血管内血流进行探测分 析，是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声 诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。v频谱多普勒（PW+CW）以频谱曲线显示，检测血流动力学参数 v彩色多普勒血流显像（CDFI）彩色编码实时显示血流方向、速度及血流性质v用途：可确定血管是否通畅、管腔有否狭窄、闭塞以 及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管 腔内血液的流量。二尖瓣血流 CDFI二尖瓣血流PW其它医用超声检测技术u现在还有立体超声显象、超声CT、超声内 窥镜等超声技术不断涌现出来，并且还可 以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊
13、 断准确率大大提高。超声探头与扫查方式v常规探头：扇型、线阵型、凸弧型v专用探头：腔内探头（食管、直肠、阴道）术中探头穿刺探头探头类型超声扫查方式示意图线阵型扇型凸弧型凸弧型探头扫查凸弧型B超切面扇型探头扫查扇型探头B超切面线阵型探头扫查线阵型B超切面超声检查前准备根据检查部位的不同而不同 腹腔脏器：空腹 盆腔脏器：膀胱充盈 心脏：忌服影响心肌收缩力的药物 表浅器官及外周血管：无须特殊准备超声成像的临床应用l确定占位病变的物理性质l检查脏器的形态、大小及结构 l测定心功能l检测血流l监测胎儿生长发育l检测积液l随访、介入、术中US l健康体检、防癌普查等超声成像的局限性l图象易受气体和皮下脂肪
14、的干扰l对骨骼、肺、肠道的检查受到限制l伪像干扰l图象显示范围较小三、超声治疗l一定剂量的超声波作用于人体组织，会产 生一定的生物效应，如利用生物效应达到 某种医疗目的便构成了超声治疗。l超声治疗开始于超声理疗，出现在上世纪 30年代。 l超声理疗与我国传统针灸疗法相结合，于 80年代研制出超声针刺治疗仪和穴位超声 治疗仪。 超声-电疗法 l将声与电两种不同的物理因子结合用于临 床治疗即是超声-电疗法 。l对疼痛症有迅速缓解的作用 。l低频脉冲电流和中频电流，与超声协同作 用于人体，表明其效果均超出了它们各自 的单独疗效 。超声药物透入疗法 l 将药物掺人耦合剂中，通过超声作用，使药 物经过皮
15、肤或粘膜透人人体内的一种治疗方法 ，谓之超声药物透人疗法。 l超声波进入人体组织时，使组织细胞进入振动 状态，类同于细胞受到按摩作用，提高了细胞 膜的通透性，从而不仅可以使药物沿着细胞间 隙透进人体内组织深部，还可以进入细胞内部 ，这是直流电药物离子透人疗法所远不及的。 通过超声空化等作用，使药液分散成微小的雾滴 ，借助于呼吸而进入呼吸道，直接作用于病灶进行治 疗的一种方法，称作雾化吸入疗法。医用上用于制雾的超声频率取在 间，制取 的雾滴直径分布可达 ，雾滴越小越易进入气管 深部。如 可达到细支气管， 可达肺泡导管， 则可进入肺泡。 超声雾化吸入疗法下呼吸道极易受细菌等有害微生物侵袭而感染发
16、病，药物雾滴可直接沉积在病灶处，其施药浓度远非 其他疗法所及，故而具有药效大、疗效高、用药少的 特点。在此疗法中，雾化药液的制备十分重要，选用药 物的基本要求是其有效成分必须为水溶性的。常用的 药物包括:化痰剂、平喘剂、抗生素、激素等。适于 治疗各种急慢性呼吸道感染、慢性阻塞性肺疾患、肺 心病伴肺部感染、急慢性鼻炎、鼻窦炎、扁桃体炎、 喉结核、支气管内膜结核、肺结核、哮喘等。超声雾化吸入疗法超声外科 l狭义：超声外科系指以超声手术刀代替通常的手 术刀 ，切除人体病变组织，进行临床外科治疗的 一种新技术。设备主要由高频功率源和超声手术 刀。包含三个组成部分:超声振动系统、聚能器( 亦称变幅杆)和刀头。超声振动系统可以采用夹心 式压电换能器或磁致伸缩效应来实现，频率一般 取20-30kHz之间。l广义：凡是在外科中使用超声技术进行治疗，都 属于超声外科的范围。如在骨
