超聲波的特性及在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用

張明霞

【摘要】隨著科技的進(jìn)步，超聲波廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中也得到了快速的發(fā)展。本文主要基于對(duì)超聲波的總體概述，對(duì)其特性進(jìn)行全面的介紹，并重點(diǎn)總結(jié)分析了超聲波在醫(yī)學(xué)診斷中的廣泛應(yīng)用及其發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】超聲波；特性；醫(yī)學(xué)診斷

【中圖分類號(hào)】R445.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1004-4949（2014）03-0369-01

1超聲波的概述

機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中傳播而形成機(jī)械波。其中，人耳能夠聽(tīng)到的頻率范圍大致在20Hz-20000Hz稱為聲波，而頻率低于20Hz的稱為次聲波，頻率高于人耳能聽(tīng)到的上限20000Hz的機(jī)械波則稱為超聲波。近年來(lái)，超聲波的應(yīng)用范圍在各大領(lǐng)域都迅速地?cái)U(kuò)大開(kāi)來(lái)，它已在海洋探查與開(kāi)發(fā)、無(wú)損評(píng)價(jià)與檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷及微電子學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮作用；同時(shí)，超聲波作為一種能量形式，通過(guò)它與傳聲媒質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的種種效應(yīng)，在物理、化學(xué)、生物及醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)中展示出廣闊的前景。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，超聲的性質(zhì)無(wú)論在醫(yī)學(xué)的診斷或是治療都是極為適宜的，用功率大的超聲作治療，用功率小的超聲作診斷，施用超聲波的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)患者和醫(yī)生都無(wú)害處，這是X光所不能及的。

2 超聲波的特性

由于頻率f升高，波長(zhǎng)λ變短，超聲波具有其特殊性，近似于光的某些特征，如束射性，由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)發(fā)生折射、反射等；同時(shí)有很強(qiáng)的被吸收性與衰減性，帶有很強(qiáng)的能量。以下簡(jiǎn)要介紹超聲波的幾個(gè)主要特性：

2.1 超聲波的束射性

人耳可感受的聲音是無(wú)指向性的球面波，即以聲源為中心呈球面向四周擴(kuò)散。而超聲波頻率很高，方向性（即束射性）較強(qiáng)。當(dāng)超聲波發(fā)生體——壓電晶體的直徑尺寸遠(yuǎn)大于超聲波波長(zhǎng)時(shí)，則晶體所產(chǎn)生的超聲波就類似于光的特性。超聲波的頻率高、波長(zhǎng)短，和光波一樣可以集中向一個(gè)方向傳播，并可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ顾鼤?huì)聚和發(fā)散，所以超聲波射線可以與光線一樣，進(jìn)行折射、反射，同時(shí)也可以聚焦。而且，超聲波的束射特性遵循幾何光學(xué)上的定律。

2.2 超聲波的透射、反射、折射與聚集

由于超聲波頻率較高，因此超聲波在定向傳播時(shí)，在兩種不同媒質(zhì)的分界面上，會(huì)出現(xiàn)類似于光線的透射、反射和折射現(xiàn)象。超聲波的聚集現(xiàn)象和光線的聚集現(xiàn)象是一樣的。利用超聲波聚集裝置可以將超聲波束會(huì)聚到一點(diǎn)，從而將超聲波的聲強(qiáng)提高幾倍甚至幾千倍，利用這樣巨大的聲強(qiáng)可以做許多很有意義的工作，例如超聲波切割、超聲波鉆孔、超聲波打磨等。

2.3 超聲波的吸收與衰減

當(dāng)超聲波在各種媒介物質(zhì)中傳播之時(shí)，由于媒質(zhì)要吸收掉它的一部分能量，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度也會(huì)漸漸的減弱。而對(duì)于同一物質(zhì)來(lái)說(shuō)，超聲波的頻率越高，其吸收也就越強(qiáng)。

2.4 超聲波的巨大能量

超聲波具有著更加強(qiáng)大的功率。超聲波可以使得物質(zhì)分子獲得十分巨大的能量。根據(jù)聲學(xué)工作者的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，頻率為100萬(wàn)Hz的超聲波的能量，要比同幅度的頻率為1000Hz的聲波的能量大100萬(wàn)倍。

2.5 超聲波的聲壓特性

所謂“聲壓”指的是由于聲波的振動(dòng)而使聲場(chǎng)中的物體受到的附加壓力的強(qiáng)度。超聲波的頻率很高，所以進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，高密度分子間的伸拉很快，致使其間形成瞬時(shí)的真空與壓縮高密度區(qū)，產(chǎn)生巨大的壓力差。當(dāng)振幅達(dá)到一定程度時(shí)，超聲波擁有的能量十分巨大。

3超聲波在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用

超聲波在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用包括兩大方面：超聲診斷和超聲治療。超聲診斷研究如何利用各種組織聲學(xué)特性的差異來(lái)區(qū)分不同組織，特別是區(qū)分正常和病變組織。超聲診斷是借助超聲波在人體組織中的傳播、反射散射、吸收衰減和多普勒效應(yīng)等物理現(xiàn)象，提取病灶信息，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，作為診斷的依據(jù)。

如今，超聲診斷儀已由一維發(fā)展到三維，由靜態(tài)發(fā)展到實(shí)時(shí)，回波信息量大大增加，生物體內(nèi)的病灶愈加清晰易辨。目前醫(yī)學(xué)應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型。A 型超聲診斷儀為調(diào)幅式，顯像屏幕上縱軸顯示反射波的幅度，橫軸顯示時(shí)間，這種診斷儀可探查點(diǎn)的斷層聲像。70 年代以來(lái)，A 型被B 型超聲顯像儀取代，B超幅度調(diào)制顯示為輝度調(diào)制顯示，使顯示的亮度隨著回聲信號(hào)的大小而變化；另外B超采用單晶片或多晶片掃描技術(shù)，產(chǎn)生若干條超聲信息線，以構(gòu)成一幅二維切面圖像。醫(yī)生可根據(jù)切面圖像的形態(tài)、灰度、組織結(jié)構(gòu)、邊界回聲、回聲總體分布、臟器后方情況及周圍組織表現(xiàn)等做出綜合判斷。B超在臨床應(yīng)用范圍廣泛，幾乎涉及到臨床所有學(xué)科疾病的診斷，目前B超和X射線已成為兩種相互補(bǔ)充的常規(guī)的檢查手段。M型超聲診斷儀是在A型的基礎(chǔ)上改造而成的，它是一種用于診斷活動(dòng)器官的超聲診斷儀，用單晶片探頭、回聲以輝度調(diào)制顯示?，F(xiàn)在超聲診斷儀由于出現(xiàn)多探頭陣列聲成像技術(shù)，為采用各種信息處理帶來(lái)了方便。將電子計(jì)算機(jī)技術(shù)引入超聲診斷，它將獲取超聲通過(guò)臟器的傳播時(shí)間及幅度或衰減隨頻率的變化數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信號(hào)數(shù)字處理、綜合后再給出組織的切面圖像，從而產(chǎn)生了超聲CT技術(shù)，這種技術(shù)能得到活體組織內(nèi)部超聲參量的空間分布。對(duì)于1MHz的超聲，切面圖像的分辨力可到5mm，目前已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)還可以抑制假信號(hào)，使聲像圖更為清晰，甚至還進(jìn)行了把兩套二維成像合成一個(gè)三維立體像的嘗試。

4結(jié)束語(yǔ)

近幾年來(lái)，醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)想更高層次發(fā)展，其目標(biāo)主要是：利用更多的聲學(xué)參數(shù)作為載體，以獲取體內(nèi)更多的生理、病例信息；提高圖像質(zhì)理，使圖形清晰；顯示更為細(xì)微的組織結(jié)構(gòu)。從工程技術(shù)角度看，醫(yī)學(xué)超聲成像在彩色血流測(cè)量技術(shù)、數(shù)字化波束形成技術(shù)、諧波成像技術(shù)、三維超聲等方面的發(fā)展特別引人注目?？傊?，超聲診斷技術(shù)發(fā)展迅速，已從形態(tài)學(xué)過(guò)渡到生物力學(xué)、生物物理學(xué)的分析階段，即從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從定性到定量，從模擬到全數(shù)字化，從二維到三維顯示，多普勒彩色血液顯示代替了創(chuàng)傷性導(dǎo)管檢查，使超聲圖像的質(zhì)量和分辨率大幅度提高，提高了臨床診斷好應(yīng)用的范圍。由此可見(jiàn)，超聲診斷技術(shù)不僅現(xiàn)在已給人類帶來(lái)了巨大的利益，同時(shí)還有極為廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

參考文獻(xiàn)

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