1、超聲圖像偽影 05-06學年第一學期 超聲成像設備講義 共9學時 超聲圖像偽影 知識重點 超聲圖像偽影定義 偽影影響因素 部分容積效應偽影 旁瓣效應偽影 回聲失落偽影 振鈴狀偽影 余振偽影 回聲增強偽影 聲影偽影 超聲斑偽影 第六章 超聲治療設備 超聲波的生物效應 機械效應 熱效應 空化效應 第一節 超聲波碎石機 自20世紀中期，隨著超聲技術的迅速發展，人們則利用超聲振動對堅硬物體進行切割、打孔、分散等等。 人所共知，結石癥是當今人類的常見病之一，它的發病率和復發率均較高。將不同表現形式的機械振動波，如沖擊波、超聲波用于擊碎人體內結石，則是近幾十年來醫學領域迅速引用新技術成果的一個重要方面。

2、用機械波粉碎人體內結石，在實施方案上分體內接觸式與體外非接觸式兩種。 體內接觸式超聲波碎石 20世紀60年代中期，科學工作者通過研究發現，幾十千赫茲的低頻超聲波比mhz級的高頻超聲波具有更好的碎石效果。 例如，使用超聲換能器產生20khz的超聲波并通過變幅桿使振動能量增強，再直接作用到與其端面相接觸的水槽底部結石上，依超聲作用的時間不同，結石表現為龜裂、穿孔、分層脫落或完全碎裂。 其后，一些學者又相繼進行了有關動物活體研究，他們用不銹鋼棒把超聲能量直接耦合到輸尿管內的結石上，結果使結石很快破碎。 在一系列的物理實驗和動物實驗研究基礎上，體內接觸式超聲碎石技術正式獲得臨床治療應用。 這是一種介入

3、性超聲療法，它主要應用于治療泌尿系統的結石，而且需與泌尿系統內窺鏡技術相結合進行，操作技術條件要求較高，但效果較肯定，因而得到了一定范圍的推廣。 體外沖擊波碎石 結石癥除發生在泌尿系統的腎臟、輸尿管及膀胱等器官之外，還容易發生在膽道系統等。 傳統的治療膽石癥的方法，大都采用開放式手術療法。 上述的接觸式超聲波碎石，在治療時需將超聲換能器通過導管經皮膚或管腔 如輸尿管、膽管 與人體腔內結石直接接觸，操作上不方便，要求技術條件高，且給患者帶來較大的痛苦。 20世紀80年代初推出了體外沖擊波碎石術 extracorporeal shock wave lithotripsy，eswl 。自1980年起

4、，臨床上開始使用eswl粉碎腎結石；1985年后又用于粉碎膽結石，由此開創了治療結石癥的新紀元。 沖擊波也是機械波的一種形式，就是說沖擊波與聲波同屬于機械波。但與一般聲波相比，沖擊波的發射時間短、能量高，頻率成分分布較寬。 自1980年第一臺體外沖擊波碎石機問世以來，eswl發展甚快。目前，對體外沖擊波碎石機的分類法頗多。如有的按沖擊波發生器的不同原理分類，即分為液電式、爆炸式、壓電式及電磁式等；有按沖擊波源到人體間的耦合方式分類的，如干式、濕式；有的則按機型的發展次序分類，如第一代、第二代等；也有的按治療目的劃分，即腎石碎石機及膽石碎石機等；還有的是按eswl系統的規模分類，如體外碎石中心、

5、大型體外碎石機及小型移動式體外碎石機等等。 體外沖擊波碎石機的結構原理 主要包括沖擊波發生器、聚集裝置、定位系統 沖擊波發生器：水中放電形成沖擊波，是一個極其復雜的物理過程 采用半橢球反射體作為聚能裝置。其作用是把在橢球第一焦點處由高壓放電產生的沖擊波能量會聚到第二焦點處的較小區域內，以提高沖擊波的壓力，粉碎置于該處的結石。 定位器 指對體內結石的顯像觀察設備 如x線機、b型超聲顯像儀的探頭與反射體組合的整體，它們之間的相對位置固定不變。借助于定位器與顯像觀察設備，就可以通過機械調整反射體與人體的相對位置，使體內結石準確地置于反射體的第二焦點處，以使會聚的沖擊波能量最有效地粉碎結石，而不損傷周

6、圍組織。 為保證治療質量，定位系統具有十分重要的作用。倘若定位不準，沖擊波的性能再好，也不能發揮作用，反而會損傷正常組織。 沖擊波的碎石機理 水中高壓放電產生的沖擊波，經橢球反射休反射會聚在第二焦點處，形成高達幾百乃至上千個大氣壓的沖擊波壓力，它足以粉碎人體內的結石而不致明顯損傷人體組織。 沖擊波在結石前后界面上產生的應力 空化機制的作用 沖擊波的能量中，對碎石起主要作用的頻率為1-2mhz的超聲波成分。高于2mhz的機械波在人體內的傳播衰減較大，而低于1mhz的機械波聚焦效果欠佳。 第二節 高強度聚焦超聲（hifu） 傳統的外科手術在治療疾病的同時，往往會給機體正常組織、器官帶來一定副作用，

7、此即手術并發癥。 現代外科發展的一個重要方向即是微創和無創 micro-invasive and non-invasive surgery 。在保證治療效果優于、至少不亞于傳統手術的前提下，將對機體的不良影響降低至最小程度，即達到“精確”手術之目的。 高強度聚焦超聲 high intensity focused ultra-sound，hifu 即是其中之一。 hifu技術是現代工程技術和醫學相結合并發展的產物，其是利用超聲波的生物學效應， 通過一定技術手段，將體外發射的聲波聚焦于體內病變組織。由于聚焦部位的強大能量沉積， 組織內溫度瞬間即可上升到65攝氏度以上，可達到靶向破壞病變之目的。 這

8、種技術可達到精確外科所要求的精確“切除”病變組織之目的，因而又稱為hifu外科。 其無需采用侵入性手段即可將機體內病變組織破壞，屬于無創治療技術，故也被稱為hifu無創外科。這將大大減輕對機體正常組織不必要的損傷。 hifu目前在臨床上最廣泛的應用是在腫瘤治療。 結構組成 包括：超聲波發生和聚集單元、實時監控單元、自動控制單元。 1.超聲波發生和聚集單元 由于hifu對能量要求高，理想的壓電晶片應具有：高壓電效應系數，即保證較高的電超聲轉化率。穩定性好，hifu使用時常需連續工作，此必然導致溫度上升，隨著溫度的升高，超聲的轉化率將下降。雖然采用降溫技術可在一定程度上予以彌補，但晶片自身的良好的

9、穩定性仍是儀器可靠工作的重要保證。易于制造，根據所采用的聚焦方式，理淪上應能制成任意形狀、足夠尺寸。 hifu焦域內聲強一般均可達數百wcm2，高者可達上萬wcm2，因此必須依賴于聚焦。 聚焦的總體要求：從聲波發射到達目標組織要經過皮膚、皮下等一系列組織，因而聚焦要求對這些聲波傳播路線中的組織應不造成損傷，有時人們追求較大的皮膚聲窗，即通過降低該部位的能量沉積而避免皮膚燒傷，即要求合適的聚焦夾角。焦域的形態應為長橢球或雪茄形，長短徑比例合適。足夠長的焦距滿足以深部疾患治療的需要。 1 透鏡聚焦 2 多元換能器 3 球面自聚集 2. 實時監控單元 3.自動控制單元 以采用b超監控為例，在治療頭工

10、作對深部組織進行破壞時，要求診斷探頭停止發射超聲波，以避免相互干擾和損壞診斷探頭，而在治療間隙則要求診斷超聲即時啟動以反映靶區變化，這些都要求由自動控制單元來完成。 采用目前技術成熟的透鏡聚焦，對一個換能器而言，焦距是固定的，而病變組織的深度是變化的，這就要求治療組織與換能器的相對位置應作調整 在治療過程中，對于一個三維的病灶而言，同樣需通過調整相對位置而達到靶區完全破壞之目的。 hifu治療腫瘤 腫瘤治療的基本原則是強調綜合治療，hifu用于腫瘤治療時同樣如此。應該結合化學 治療、放射治療、生物治療等措施，最大限度殺傷惡性細胞，同時調節機體整體機能狀況，發揮自身的抗瘤潛力，以達到滿意療效。

11、腫瘤外科手術的基本原則是超范圍切除和無瘤技術，這條原則同樣適用于hifu外科。 1.治療靶區 指hifu治療時必須有效全部覆蓋的組織范圍，由于惡性腫瘤呈浸潤性生長，病變實際波及范圍較肉眼或影像技術所能見的范圍寬，因而為保證治療能有效破壞惡性組織，治療范圍至少應全部包括病變累及部位，即i+ii。 由于人體的運動，這必將導致治療中病變的位置相對變化，如呼吸對肝、腎腫瘤位置均有影響。因而，為保證全部病灶均被有效破壞，必須予以修正治療靶區，即有部分正常組織應被納入治療靶區范圍即i+ii+iii。 作為一種精確治療技術，i+ii必須被有效切除，同時iii的范圍應盡可能小，以保護臟器功能，減少治療對機體的

12、毒副作用。 hifu也被用于治療某些良性腫瘤和非腫瘤患者，由于良性病變實際波及范圍往往與大體和影像學檢查所見病灶一致，因而治療時，僅需考慮體位的修正因素，即i+iii，即可達到滿意效果。 2.治療計劃系統 tps 1）治療靶區確定。 2）選用的超聲頻率，換能器的聚焦口徑、焦距。 3）擬選用的輻照聲強和輻照持續時間。 4）“切除”方式。 5）皮膚和組織的“聲窗”。 6）擬用治療次數。 7）治療體位確定。原則上取聲波到達靶區路徑最短的體位。 8）術前術后處理。 術前確定tps本身有一定的盲目性和風險性，因此常常不是最佳的，須根據情況予以修正，由于hifu治療往往采用實時監控，這給治療中及時了解治療

13、情況，實時修正tps提供了可能，這是其優于其他治療措施的一個方面。如果擬用分次治療，則更可借助其他手段更客觀地評價前次治療效果，更有機會獲得最佳的tps。 4.治療 按tps治療，井根據實時監測情況，調整治療計劃，治療過程中應保持患者體位固定，避免體位變化影響治療靶區。同時必須保護透聲區的皮膚免被灼傷，一旦燒傷形成，將影響聲波穿透而影響治療計劃的實施。 治療的基本過程如下： 治療靶區、tps 確定治療部位 啟動治療系統治療 實時監控 治療時，應先從病變深部開始，逐漸向淺部擴展。 如同手術過程一樣，治療過程中必須嚴密監視患者生命體征，整個冶療過程中必須保證生命體征平穩。 第三節 超聲手術刀 超聲

14、手術刀主要由兩個部分構成，即高頻功率源及超聲振動系統。超聲振動系統又包含 三個組成部分：超聲換能器、聚能器和刀頭，如圖所示。 這種超聲手術刀在臨床操作時，刀頭與被切割的組織直接接觸，故也稱為接觸式超聲手術刀。 還有一種超聲手術刀，具有沖洗與抽吸功能，它在工作時刀頭不與組織直接接觸，故也稱為非接觸超聲手術刀或超聲吸引器。 為了便于多種不同的臨床手術需求，超聲手術刀也可做成彎曲外形。 據研究認為，超聲手術刀切割組織的機理主要是瞬時沖擊加速度及聲空化。 1.瞬時沖擊加速度 如將質點加速度為5104g g為重力加速度，g10ms2 的機械振動作用于活體生物組織時，被作用的部位即可迅即被切開，而不會傷及

15、到其周圍的組織，從而可達到切割的目的。 為使超聲手術刀的振動加速度a 5104g，在選定的頻率f情況下，設計時必須要考慮到最小振動位移幅值a。如取f20khz2104hz，為使a5105ms2，則相應有aa2a 2f 232m。即對于頻率20khz的超聲手術刀，其刀頭的振動位移幅值應不小于32m，方可切開生物組織。 超聲手術刀刀頭的振動位移幅值是反映其切割能力的物理量，是表征超聲手術刀性能的個重要參數。 由于超聲手術刀的聚能器和刀頭部工作的大振幅狀態下，所以在其設計與制造中，材料的合理選用是一個很重要的問題。應該選用那些有足夠抗疲勞和抗拉強度的材料，否則，在大振幅工作狀態下，材料將可能發生斷裂

16、。 2.聲空化的作用 在液化的生物組織中，會充人許多微氣泡 空化核 ，這些空化核在強大超聲作用下被激 活，或進行持續地非線性振蕩，或擴大而后迅即被壓縮至崩潰，即發生空化過程。空化過程伴隨發生的切向力、局部高溫高壓、沖擊波反射流等，都可以破壞組織，完成切割任務。 對于具有抽吸功能的超聲手術刀，由于它在手術操作過程中沖洗液不斷地注入切口處，會更有利于聲空化作用的增強。 超聲手術刀在破壞和吸除高含水量的組織細胞同時，卻可使彈性較強的高膠原含量組織完好無損，從而可使手術在安全、少血或無血條件下進行。 在切割肝、腦等軟組織時，只把肝、腦組織細胞粉碎吸除，而使其中的血管、膽管及神經纖維等保存完好，因而可做

17、到不出血。 在切除已蔓延到髓內的脊椎星形細胞瘤時，手術可完成得迅速而干凈利索，且不會影響到周圍神經及脊髓功能。 超聲手術刀的優點可歸納如下： 1）不出血或少出血。 2）速度快而又省力。 3）組織的破壞面小且創緣整齊。 4）可層層剝落且隨時沖洗吸除，使切面清晰可見，便于手術進行。 第四節 超聲血管成形（超聲消融） 急性心肌梗死和冠心病的發病機制大多歸結為急性或陳舊性血管栓塞，因而清除血管栓塞或斑塊，恢復動脈供血是治療該疾病的主要途徑。 使用溶栓藥物治療，局限性較大 采用開放性手術作“搭橋術” cabg ，重建血流通道，創傷大，術后恢復時間長，費用高 1977年首次使用了經皮腔內冠脈成形術 per

18、cutaneous translumian coronary angioplasty，ptca ，對動脈斑塊引起的血管狹窄施行再通術，該項技術比較安全、損傷小、恢復快 在此基礎上，又發展起來了紅外激光血管成形術 percutaneous transluminan laser angioplasty，ptla ，準分子激光成形術 excimer laser corouary angioplasty，elca ，機械旋切術 mechanical angioplasty，ma 和血管內支架等介入治療技術 20世紀80年代以來，已把介入血管腔內成形術作為治療動脈血栓癥的主要技術 然而，這種介入治療技術在臨床應用中也暴露出一些不足或局限性 如ptca術后出現急性冠脈閉塞和慢性狹窄率為25-40 20世紀80年代以來，在應用低頻高能超聲波進行血管內血栓病、動脈粥樣硬化斑塊及動脈閉塞及狹窄治療研究方面取得進展，這種技術被稱為超聲血管成形術 ultrasound angi