超声波技术在医疗上的应用

超声波技术及其应用报告超声波技术在医疗上的应用硕士研究生：学号：学科：报告日期：超声波技术及其应用报告--I摘要频率高于可听声频范围（20KHZ以上）的机械波，称为超声波（ultrasonic)，简称超声。它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。本文主要介绍超声波技术在医疗上的应用。主要由超声波在医疗检测上的应用和超声波在治疗上的应用两部分组成。主要内容包括B超，彩超，超声全息影像技术，超声波手术刀，超声波碎石技术。文章论述了这些超声波技术的基本原理，相比于传统技术的优缺点，存在的局限和发展前景，以及超声波技术要突破的一些技术瓶颈和将来的发展方向。由于篇幅及理论基础有限，本文避免了难以理解的公式推导和证明，只是定性地，原理性地介绍了超声波在医疗上应用的这些技术。关键词：超声检测；手术刀；超声全息影像技术；超声碎石；超声理疗超声波技术及其应用报告--II目录摘要.......................................................................................................................I1.1技术应用的领域..............................................................................................31.2技术应用特点及原理......................................................................................31.3国内外情况分析..............................................................................................61.3.1国外情况....................................................................................................71.3.2国内情况....................................................................................................71.4系统组成...........................................................................................................7结论............................................................................................................................10参考文献....................................................................................................................11超声波技术及其应用报告--III1.1技术应用的领域超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。在医学上，由于超声波对人体的无害性，超声波检测技术广泛应用于组织形貌检测，器官病变的诊断，判断血管的通畅程度，[3]胎儿成长情况鉴定等等。让医生可以提前看到人体内部组织的病变情况，提早诊断，尽早治疗，让广大患者得到了福音。现在，随着超声波技术的进一步发展，超声波碎石技术，超声波手术刀已经得到应用，患者已经可以在无需开刀（或者创口几下送）的前提下完成手术，大大减轻了患者的痛苦和手术的风险。随着计算机技术和相关技术的发展，超声检测也向着全息影像技术方向发展。这样一声可以得到更直观，更全面，更详细的人体内部组织图像，为疾病的治疗和确定手术方案带来极大的帮助。1.2技术应用特点及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。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，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。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。A型：是以波形来显示组织特征的方法，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。B型：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，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产超声波技术及其应用报告--4科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。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。[4]D型：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。可确定血管是否通畅、管腔是否狭窄、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。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。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，使疾病的诊断准确率大大提高。超声波技术正在医学界发挥着巨大的作用，随着科学的进步，它将更加完善，将更好地造福于人类。全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。[1]全息技术第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片；其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）和共轭象。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。全息学的原理适用于各种形式的波动，如X射线、微波、声波、电子波等。[2]只要这些波动在形成干涉花样时具有足够的相干性即超声波技术及其应用报告--5可。全息以它独特的优点解决了许多其他技术难以解决的问题，为疾病的诊治做出了贡献。激光全息技术首先在眼科疾病诊治的应用中获得了成功，一张全息照片所提供的信息相当于480张普通眼底照片所提供的信息。在眼科疾病的诊断过程中，利用激光全息成像技术可以提供整个眼睛的三维立体图像，并可以用显微镜对整个眼睛图像的不同位置(如角膜、前房、晶状体、玻璃体以及视网膜等)进行逐层观察和研究。也可以利用激光全息成像技术提供眼睛各个部分单独的三维立体图像以做深入的检查。在临床检查中，利用全息诊断方法可以查出直径在1mm以上的乳腺癌，有利于癌症的早期诊断和治疗。超声全息可用于医疗上的透视等。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。有些疾病如咽喉炎、气管炎等疾病，很难利用血流使药物到达患病的部位。利用超声波加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。初次之外，利用超声波的高能量还能破坏细菌结构，对物品进行杀菌消毒。[5]超声手术刀是采用超声能对软组织进行止血切开和凝固。适用于对需要控制出血和最小程度热损伤的软组织进行切开，被广泛的应用于外科手术。超声手术刀可以用来配合或取代高频手术刀、激光手术刀和钢制手术刀，大大拓宽了超声治疗的应用领域。超声白内障乳化是超声外科手术在眼科的应用。主要利用超声波的空化效应。3mm从到5mm切口将白内障乳化后吸除，再将人工晶体经切口植入。利用超声乳化技术后，手术时间短，无出血，切口长度比常规手术大大缩小，为自封闭形的。能保持正常眼压，故此，术后散光和炎症反应明显减少，视力可早期恢复。此类仪器的技术已经很成熟。超声骨科手术主要利用超声波机械效应，它既可以用于骨骼的切割，如心胸外科切胸骨、脑神经外科开颅、手术切开椎板、骨肿瘤摘除、在骨干上切开超声波技术及其应用报告--6“窗口”，又可以用于各种骨组织整形修复，如关节手术对关节腔中的半月板进行修复、骨科的的矫形、面额骨整形美容等等。超声骨科手术的独特优点在于：骨科手术中超声刀省力、切缘整齐；激化了凝血酶的活性，使手术中出血少，手术视野清晰；可用于安全性要求高的场合。利用强度较低的超声波的热效应和机械效应，用聚焦或非聚焦声束对疾病部位进行“加热”和机械刺激来治疗某些疾病，这称为超声理疗。超声理疗主要包括超声按摩、超声针灸及超声热疗等。超声按摩和针灸对于治疗某些皮肤病、坐骨神经痛和某些神经疾病、脑血栓及促进伤口愈合和囊肿的吸收等都有较好的效果。经过数10年实验尝试，表明用聚焦超声可有效地抑制某些癌细胞的生长，甚至杀死癌细胞。而正常组织则不受影响。这表明超声治癌很有前景。1.3国内外情况分析超声波在医学上的应用大致可分成两大类：检测超声和功率超声。检测超声主要用于疾病的诊断，而功率超声主要用于治疗。功率超声用于治疗已经有70多年dldq.jh在1928年。德国人Mulwert就试用了超声治疗慢性耳聋；到上世纪五、六十年代，超声治疗以理疗为主：到了70年代，出现了超声粉碎结石、超声洁牙等；80年代，超声手术刀开始在外科应用，包括超声白内障乳化、超声切割团组织、超声骨科形成和超声肝脏肿瘤吸引等；近年来，高强度聚焦治癌、超声治疗血管阻塞是、超声药物渗透、超声才华吸入治疗等技术的发展，大大拓宽了超声治疗的应用领域。超声外科手术主要包括超声白内障乳化、超声骨科手术、超声外科吸引、超声止血手术、超声体外粉碎结石、高强度超声聚焦手术等，下面重点介绍前4种外科手术在国内外发展状况。美国首先将超声乳化技术应超声波技术及其应用报告--7用到眼科白内障手术。目前，利用超声乳化手术进行白内障摘除已经占总数的90%以上。基本上取代传统的手术方法。国外超声乳化仪已经标准化生产，具备乳化抽吸、灌注等多种功能。80年代末，俄罗斯开发出磁致伸缩原理的超声外科手术仪，尝试用于骨骼切割。由于效率比较低。导致手柄发热严重；另外刀头容易断裂，工作寿命短，需要经常更新。日本住友公司也推出了样机，为避免刀具容易断裂问题，采用无齿刀具。相比俄罗斯有具刀具、无齿刀具寿命大大延长；但无齿刀具易打滑，手术过程难以掌握，切割速度亦不如有齿刀具，因而日本该项设备也尚未真正投入使用。1.3.1国外情况八十年代俄罗斯开发出磁致伸缩原理的超声