第8讲_医学超声基本理论资料.pptVIP

第8讲 医学超声;; 二十世纪20-40年代，医学超声技术处于探索阶段。1949年召开第一次国际超声医学会议，促进了医学超声的发展。 超声诊断的研究始于上世纪40年代。1955年，Jaffe发现锆钛酸铅压电材料（PZT），这种人造压电材料性能良好，易于制造，极大地促进了工业和医学用超声技术的发展。1958年，Hertz等首先用脉冲回声法诊断心脏疾病，开始出现“超声心动图描述法”，现在称为“超声心动图描述法”，亦即“M型超声心动图”。同期，出现了B型显示原理和生物组织超声散射特性的研究报道。; 50年代末期，连续波和脉冲波Doppler技术亦即超声显微镜问世。在50年代，用脉冲反射法探查疾病获得了很大成功，A型诊断仪在临床得到广泛应用，对于脑中线检查及心、肝、胆囊和眼睛某些疾病的诊断取得了成功的结果。 60年代，超声诊断由A型(一维回波振幅显示)向B型(二维图像亮度显示)过渡。超声全息、B型实时成像、阵列式换能器、电子线扫描和扇形扫描、电子聚焦法等被广泛应用。这一期间，多普勒技术被进一步研究，用频谱分析法研究血流问世。60年代末期，美、日均研制成压电高分子聚合物PVF2（偏聚氟乙烯）换能器。; 70年代是B型显像蓬勃发展的年代。随着灰阶显示和快速实时动态图像的实现，超声诊断的发展极为迅速，应用十分广泛，除了充气部位(如肺脏)和骨骼结构外，几乎人体内每个脏器都可用超声进行诊断，如颅脑、眼、心、肝、胆、肾等。待别是对于发现肿瘤和结石等占位性病变并确定其尺寸和位置，监视病情发展等，超声诊断更有其独到之处。加之超声诊断为非浸入性诊断，具有无害无痛、使用方便、费用低廉、诊断可靠等优点，使其成为临床医学不可缺少的主要影像诊断方法之一，并有着广阔发展前景。70年代后期，微型计算机在超声诊断器中得到广泛使用。; 进入80年代后，医学超声成像设备向两极发展。一方面是价格低廉的便携式超声诊断仪进入实际使用，另一方面是向综合化、自动化、定量化和多功能等方向发展。 广泛的临床应用反过来又促进了超声诊断的研究工作。一方面，各种信号处理(特别是图像处理)技术的研究和应用使B型诊断仪的图像质量(分辨率、清晰度及信噪比等)不断改进，其他形式的诊断仪相继出现和不断发展，如M型、多普勒型、C型、F型、超声CT、合成孔径成像等。另一方面，声波在生物组织中的传播规律的研究工作正在不断深入，声学参量定量估算和成像研究工作十分活跃，建立在此基础上的定量组织辨认或鉴别诊断的研究工作展现了美好前景。; 超声治疗的历史比超声诊断还要长，但其发展速度却较晚。除了技术上的原因外，一个重要的原因是由于超声生物效应的复杂性和对其机理及影响因素的基础研究不足。超声治疗的研究工作始于上世纪30年代，于50年代十分活跃，后来由于很多人的研究结果互相矛盾或无定论而一度冷落。近年来，随着基础研究的逐渐深入和某些治疗效果得到了肯定，超声治疗的研究又逐步活跃起来。目前比较成功的是热疗及用于脑手术和肝脏手术的超声手术刀等。 ; 超声波在各向同性的均匀液体和固体中的传播理论问题早巳解决。生物组织既不同于固体介质。也不同于液体介质，而且结构很不均匀，这就造成了超声在生物组织中传播问题的复杂性。要精确描述生物组织的声学特性及超声波在生物组织中的传播规律是不现实的。解决这一问题的方法是根据特定的目的寻求有足够精度的近似描述。也就是说，首先要找到一个适当的声学模型，这个模型的声学参量及空间分布规律描述了某生物组织的声学性能，然后建立这个模型的波动方程，根据已知声源求解声波在模型中的传播规律，即得到声波在该生物组织中的传播规律。 ; 通常认为生物组织(指活体组织)的声学特性是不随时间变化的，这对于短时间的观察是适用的。 显然，在讨论不同问题时对模型的近似程度的要求是不一样的。 最粗略的近似是把骨骼看成各向同性的均匀固体，用其纵波声速、横波声速、密度、声衰减系数来描述其声学性质。声波在其中的传播则服从于固体中的波动方程。; 软组织和各脏器则被视为均匀液体，其中横波不能传播（实际上是衰减很大），故只用纵波声速、密度、声阻抗率、体弹性模量(其中只有两个量为独立量)和声衰减系数来描述，声波的传播服从于液体波动方程。 由于生物组织的声衰减系数较大而不能忽略，即波动方程中的声速度应为复数，其虚部则表示组织的声衰减特性。 在处理超声波入射于不同组织间的界面上的声学行为时，上述近似模型是适用的。然而，单纯利用界面回声信号来进行超声诊断是很不够的，要观察生物???织的细微结构，必须利用组织的微弱声散射信号。;2 超声在生物组织中的传播;2.1 反射与折射;2.1 反射与折射;2.2 声散射;2.2 声散射