內(nèi)容提要：現(xiàn)代超聲診斷已經(jīng)廣泛應(yīng)用彩色多普勒血流成像、諧波成像、造影成像、三維成像等很多新技術(shù)。聲像圖診斷和超聲斷層掃描技術(shù)是現(xiàn)代超聲的主體，聲像圖即超聲斷層圖，可反映人體斷面解剖結(jié)構(gòu)。醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域涉及的基本概念、數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)眾多，如超聲換能器及其聲場的產(chǎn)生、生物組織的基本聲參量、超聲的成像原理、超聲多普勒效應(yīng)、聲波的聲特性等。對這些應(yīng)用于檢驗(yàn)檢測方面的醫(yī)用超聲基礎(chǔ)的詳細(xì)了解和掌握，對增強(qiáng)檢驗(yàn)檢測能力，提高檢驗(yàn)檢測效率起到了重要的作用。文章是對醫(yī)學(xué)超聲基礎(chǔ)在檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值研究方面的深入探討。

現(xiàn)代超聲診斷已經(jīng)廣泛應(yīng)用彩色多普勒血流成像、諧波成像、造影成像、三維成像等很多新技術(shù)。醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域涉及的基本概念、數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)眾多，如超聲換能器及其聲場的產(chǎn)生、生物組織的基本聲參量、超聲的成像原理、超聲多普勒效應(yīng)、聲波的聲特性等。對應(yīng)用于檢驗(yàn)檢測方面的醫(yī)用超聲基礎(chǔ)的詳細(xì)了解和掌握，對增強(qiáng)檢驗(yàn)檢測能力及提高檢驗(yàn)檢測效率可起到重要的作用。本文對醫(yī)學(xué)超聲基礎(chǔ)在檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值研究方面的深入探討。

1.超聲的基本特點(diǎn)

1.1 傳播速度

超聲波屬于聲波，其傳播速度和普通聲音的傳播速度一樣，傳播速度取決于傳播介質(zhì)和溫度。通常在固體中傳播最快，液體中次之，氣體中最慢。人是不均勻的介質(zhì)，超聲波在體內(nèi)的平均傳播速度為1540m/s，除骨骼和空氣以外，聲速相差不大。例如：在脂肪內(nèi)的傳播速度為1450m/s，在腦內(nèi)的傳播速度為1541m/s，在肝臟內(nèi)的傳播速度為1561m/s，在腎臟內(nèi)的傳播速度為1566m/s，在脾內(nèi)的傳播速度為1570m/s，在血液內(nèi)的傳播速度為1585m/s，在肌肉內(nèi)的傳播速度為1585m/s，在軟組織內(nèi)的傳播速度平均為4080m/s，超聲波只是頻率比較高，本質(zhì)上還是聲波，所以傳播速度是聲速，在空氣中的傳播速度為330m/s，在水中的傳播速度為1480m/s。

1.2 成像方式及分類

超聲成像需要三個(gè)步驟完成，及發(fā)射聲波，接收反射聲波，以及信號的分析處理得到圖像。超聲的成像方式包括A模式、M模式、B模式、Doppler模式和CDFI模式。多普勒模式又分為彩色多普勒、能量多普勒和頻譜多普勒。A模式是一種振幅的模式，它在顯示器上形成垂直偏轉(zhuǎn)的波形圖。M模式的M是運(yùn)動(dòng)的意思，M模式通過B模式圖像來顯示一個(gè)光標(biāo)，在以時(shí)間為軸線的波形圖上表示運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。M模式普遍用于心臟及胎兒的心率的檢查。B模式的圖像是由不同亮度的點(diǎn)所組成的直線構(gòu)成。點(diǎn)的亮度代表接收回聲的振幅。進(jìn)行連續(xù)掃描的時(shí)候，二維的剖面圖像一直處于被更新狀態(tài)，這是實(shí)時(shí)的B模式。

在超聲領(lǐng)域，多普勒效應(yīng)分為脈沖波多普勒和連續(xù)波多普勒。接收反射波的是同一個(gè)超聲探頭，壓電陶瓷換能器將聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，之后電腦系統(tǒng)進(jìn)行信號處理成像。

1.3 成像頻率范圍

超聲波具有很強(qiáng)的穿透能力，波長越短穿透能力越強(qiáng)，超聲的波長比普通聲音波長要小很多，穿透能力更強(qiáng)。超聲波的頻率每秒鐘晶片振動(dòng)次數(shù)，外加交變電壓的頻率，晶片的固有頻率。每秒振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，單位Hz。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，功率很大。人類耳朵能聽到的聲音頻率范圍是20～20000Hz，高于20000Hz的聲波稱為“超聲波”，低于20Hz的是次聲波。用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1～30MHz。一般成像的頻率范圍見表1。

表1.一般成像的頻率范圍(MHz)

2.超聲波成像設(shè)備按超聲波型分類

超聲波成像設(shè)備按超聲波型分類分為連續(xù)波超聲設(shè)備和脈沖波超聲設(shè)備（見表2）。脈沖多普勒是由一個(gè)或者是一組晶片發(fā)射并接收超聲波的，它用較少的時(shí)間發(fā)射，而用更多的時(shí)間接收。連續(xù)波多普勒（CW）發(fā)射與接收是各自分開的兩個(gè)晶片，由其中一組連續(xù)的發(fā)射超聲，而由另一組連續(xù)的接收回波，具有極高的速度分辨力，能夠檢測到很高的血流，在取樣線上有符號標(biāo)記，其符號僅表示波束發(fā)射聲束與接收聲束的焦點(diǎn)。頻譜分析的目的是產(chǎn)生一種顯示，它的兩個(gè)正交軸分別代表時(shí)間（水平軸）和頻率（垂直軸），相應(yīng)的符號幅度則用密度或亮度表示。

表2.脈沖波多普勒和連續(xù)波多普勒區(qū)別

3.多普勒效應(yīng)

3.1 彩色血流成像

彩色血流成像（CFM）是在二維聲像圖上疊加彩色實(shí)時(shí)血流顯像。彩色多普勒的流速圖（CDV），通過信號的自相關(guān)運(yùn)算獲得速度、加速度、方差等信息。彩色多普勒圖又分為彩色多普勒流速圖和彩色多普勒能量圖。區(qū)別見表3。

表3.彩色多普勒流速圖和彩色多普勒能量圖區(qū)別

表4.彩色超聲診斷儀按性能分類

3.2 聲波的多普勒效應(yīng)在醫(yī)學(xué)上的臨床應(yīng)用

為了檢查心臟、血管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解血液流動(dòng)速度，可以通過發(fā)射超聲來實(shí)現(xiàn)。由于血管內(nèi)的血流是流動(dòng)的物體，所以超聲波振源與相對運(yùn)動(dòng)的血液間就產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。血管向著超聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的波長被壓縮，因而頻率增加。血管離開聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的波長變長，因而在單位時(shí)向里頻率減少。反射波頻率增加或者減少的量，是與血液流速成正比，從而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測定血液的流速。血管內(nèi)的血流速度和血液流量，對心血管的疾病診斷具有一定價(jià)值，特別是對循環(huán)過程中供氧情況、閉鎖能力、血管粥樣硬化等均能提供有價(jià)值的診斷信息。

3.3 彩色多普勒超聲診斷儀主要技術(shù)分類

彩色超聲診斷儀按性能分類見表4，彩色多普勒超聲診斷儀的應(yīng)用范圍見表5。

表5.不同性能彩色多普勒超聲診斷儀的應(yīng)用范圍

4.超聲換能器

4.1 超聲換能器定義

超聲換能器又叫做超聲探頭。對某些不對稱的結(jié)晶材料（石英等）進(jìn)行一定方向的加壓或者拉伸時(shí)，表面的兩側(cè)將會(huì)出現(xiàn)相反的電荷，這種現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。具有此性質(zhì)的材料稱為壓電材料，分為壓電晶體、極化陶瓷、高分子聚合物和復(fù)合材料。原理：對壓電晶體施加以一交變電場由于逆壓電效應(yīng)，晶片發(fā)生機(jī)械性的壓縮與擴(kuò)張，推動(dòng)周圍介質(zhì)振動(dòng)，發(fā)出相應(yīng)頻率的聲波。超聲檢查的時(shí)候，探頭發(fā)出的超聲波在人體組織中傳播分為：線陣探頭、凸陣探頭、相控陣扇掃探頭、經(jīng)食管探頭、腔內(nèi)探頭、容積探頭、導(dǎo)管探頭。線陣探頭主要應(yīng)用于血管和小器官；凸陣探頭主要應(yīng)用于腹部和婦產(chǎn)科；相控陣扇掃探頭主要應(yīng)用于心臟；經(jīng)食管探頭應(yīng)用于TEE；腔內(nèi)探頭應(yīng)用于婦產(chǎn)科和泌尿科；容積探頭用于三維成像和實(shí)時(shí)三維成像；導(dǎo)管超聲應(yīng)用于心腔與冠狀動(dòng)脈。

4.2 換能器掃描方式

換能器掃描方式分為電子掃描方式、機(jī)械掃描方式，還有部分特殊方式。電子掃描方式使用的探頭為線陣探頭、凸陣探頭和相控陣探頭。機(jī)械掃描方式包括機(jī)械扇掃和徑向掃描，特殊方式包括斜向掃描、梯形掃描、擴(kuò)大掃描、向量掃描。探頭從外形上來看，機(jī)械扇掃探頭和凸陣探頭相似，都為圓柱形，線陣探頭是長方體形狀的。從掃描工作方式來說，機(jī)械扇掃探頭是由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)變向機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓電陶瓷進(jìn)行的扇形運(yùn)動(dòng)，凸陣探頭和線陣探頭為電子掃描，是通過依次觸發(fā)壓電陶瓷陣列中的陣元來實(shí)現(xiàn)掃描。從探測顯示出來的圖像上來看，機(jī)械扇掃和凸陣探頭的掃描圖像為扇子形狀，凸陣的大，扇形的小，圖像來說上面小下面大，線陣探頭則是等寬的平面。機(jī)械掃描方式的超聲換能器工作時(shí)存在機(jī)械噪聲和威震感，凸陣和線陣探頭卻沒有這些現(xiàn)象。相控陣探頭是通過在陣列探頭中單個(gè)晶片的信號發(fā)射（觸發(fā)）和接收（回波）注入時(shí)間延時(shí)來實(shí)現(xiàn)的，通過連續(xù)變換延時(shí)線來得到產(chǎn)生超聲波束的不同角度偏轉(zhuǎn)。主要用于心臟的檢查。

5.小結(jié)

綜上所述，超聲醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的熟悉和掌握不僅能使超聲設(shè)備檢驗(yàn)檢測人員更快的熟悉產(chǎn)品，而且將超聲醫(yī)學(xué)技術(shù)應(yīng)用到檢驗(yàn)檢測領(lǐng)域能促進(jìn)檢驗(yàn)檢測技術(shù)的發(fā)展。