在這場眾志成城的疫情里，除了X線、CT、PCR等檢查手段外，超聲檢查憑藉著其快速、無創、實時等優勢，成為了肺部疾病在臨床診斷及治療中不可或缺的檢查工具！
本期，和大家介紹下超聲診斷技術的原理以及應用。
超聲診斷（ultrasonic diagnosis）是將超聲檢測技術應用於人體，通過測量了解生理結構的數據和形態，發現疾病，作出提示的一種診斷方法。超聲診斷是一種無創、無痛、方便、直觀的檢查手段，應用廣泛，影響很大，與X射線、CT、磁共振成像並稱為四大醫學影像技術。
物體的機械振動是產生波的源泉 , 波的頻率取決於物體的振動頻率。聲波根據其頻率不同，可以分為次聲波、聲波、超聲波三種。
根據聲波頻率的不同，可以分為以下幾類：
頻率低於20Hz的聲波稱為次聲波或超低聲；
頻率20Hz~20kHz的聲波稱為可聞聲；
頻率20kHz~1GHz的聲波稱為超聲波；
頻率大於1GHz的聲波稱為特超聲或微波超聲。
超聲波與可聞聲波相比,由於頻率高、波長短,因而具有如下特性
（1）方向性好。
由於超聲波頻率高,波長短,衍射現象不顯著,所以超聲波的傳播方向性好,容易得到定向而集中的超聲波束。超聲波的這一特點,既便於定向發射以尋求目標,又便於聚焦以獲得較大的聲強。
（2）功率大。
根據聲波的聲強公式
聲強I與振動頻率ω的二次方成正比.超聲波在介質中傳播時,介質質點振動的頻率越高功率越大。
因此,超聲波的功率可以比一般聲波的功率大得多。大功率超聲簡稱功率超聲。
（3）穿透力強。
實驗指出,超聲波在氣體中衰減很強,而在液體和固體中衰減很小,介質的吸收係數隨波的頻率增大而增大,所以當超聲波的頻率增加時,穿透本領會下降,為此在不同的應用中應選用適當的頻率但因其聲強大,且能量集中,故有較強的穿透本領。在不透明的固體中,超聲波能穿透幾十米的厚度。
超聲波碰到雜質或介質分介面有顯著的反射。
（4）空化作用。
超聲波在液體中傳播時由於超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波,在傳播過程中,液體時而受拉時而逐級壓。液體能耐壓,而承受拉力的能力很差。當超聲波的波強度足夠大時,液體因承受不住拉力而發生斷裂(特別是在含有雜質和氣泡的地方),從而產生近於真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段,空穴被壓縮直至崩潰。在崩潰過程中,空穴內部可達幾千攝氏度的高溫和幾千個標準大氣壓的高壓。此外,在小空穴形成過程中,由於摩擦而產生正、負電荷,在空穴崩潰時,產生放電、發光現象。
超聲波的這種現象,稱為空化作用。
超聲診斷儀涉及聲學、機械學、光學和電子學，近年來隨著聲學材料、電子技術、集成電路、微計算機的迅速發展，尤其是DSC(數字掃描轉換器)和DSP(數字掃描計算機)的引用，它的性能不斷提高，有的日益專門化，顯示的空間由一維、二維向三維發展。
超聲診斷儀利用超聲波回波特徵，將人體內臟器顯示成二維圖形或三維圖形的一種成像技術，具有無痛苦、無損傷、無電磁輻射的特徵，可進行反覆檢查，具有較高的敏感度、分辨力。
現代醫學超聲將都卜勒原理進行結合，若超聲波碰及流向遠離探頭的液體時，回聲頻率降低，流向探頭液體會使得探頭接受回聲頻率出現升高。經過計算機偽像技術可有效的對數據進行處理，這樣可有效的對超聲圖像之中液體的流動方向、流速大小、性質進行判定，進而形成了超聲圖像。
超聲診斷主要應用超聲的良好指向性和與光相似的反射、散射、衰減及都卜勒(Doppler)效應等物理特性。
（1）反射、折射與衰減：
聲阻抗為聲波傳遞介質中某點的聲壓和該點速度的比值，它等於密度與聲速的乘積，物體密度越大聲阻抗一般也就越大。超聲通過聲阻抗差達到1％的介質即可在其交介面上產生部分反射。
機體各組織聲阻抗皆有不同，故反射回波亦不同。臟器與臟器之間，臟器內的結締組織與其他組織之間，正常組織與病理組織之間，各個不同病理組織之間，聲阻抗都有不同程度的差異，超聲射入機體內由表面到深層，將經過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產生不同的反射和衰減。這種不同的反射與衰減是構成超聲圖像的基礎。
（2）衍射與散射：
當聲波遇到線度為1~2個波長的障礙物，聲波的傳播方向將偏離原來的方向產生衍射；當聲波傳播過程中遇到線度遠遠小于波長的粒子，粒子吸收聲波能量後再向四周各個方向輻射，成為散射。
（3）都卜勒效應：
當振源與散射體之間存在相對運動時，振源發射的超聲波射向散射體後，產生散射波的頻率發生改變，利用這種現象可對運動物體進行檢測。
目前，以工作原理進行分類，可以將超聲診斷儀分成A型、B型、M型、D型、三維、四維超聲診斷儀。
（1） A型超聲診斷法
A型（Amplitude Mode）超聲診斷法又稱超聲示波診斷法或幅度調製型超聲診斷法，簡稱A型（A-mode）超聲或A超。A型超聲診斷法是將超聲回聲信號以波的形式顯示出來，縱坐標表示波幅的高度即回聲的強度，橫坐標表示回聲的往返時間即超聲所探測的距離或深度。
由於A型超聲存在一維局限性，即探測信息量少、盲目性大，自B超發展後已逐漸被拋棄。但這種方法對回聲各種參數量的變化頗為靈敏，在腦中線、眼及脂肪層測量方面仍不失為理想手段，此外其對實性與液性鑑別亦很有發展前途。
（2） B型超聲診斷法
B型（Brightness Mode）超聲診斷法又稱超聲斷層顯像法，簡稱B型（B-mode）超聲或B超。B型超聲診斷法是將回聲信號以光點明暗，即灰階的形式顯示出來。光點的強弱反應回聲介面反射和衰減超聲的強弱。這些光點、光線和光面構成了被探測部位二維斷層圖像或切面圖像，即聲像圖。
B型超聲可進行實時顯像，廣泛地應用於各組織器官的疾病的診斷，如心血管系統疾病、肝膽疾病、腎及膀胱疾病、生殖系統疾病、脾臟病變、眼科疾病、內分泌腺病變及其它軟組織病變的的診斷。最著名的便是在孕期對胎兒的檢查。
（3） M型（Motion Type）超聲診斷法
M型（Motion Type）超聲診斷法又稱超聲光點掃描法，只是在聲像圖上加入了慢掃描鋸齒波，使回聲信號從左向右自行移動掃描。縱坐標為掃描時間（即超聲傳播時間），橫坐標為光點慢掃描時間，顯示時間位置曲線圖，如M型超聲心動圖。與A超相同，均反映的是一維空間結構。
M型超聲主要應用於心血管系統的檢查，可以動態地了解心血管系統形態結構和功能狀況，並獲取相應的心血管生理或病理的技術指標。
（4） D型（Doppler Mode）超聲診斷法
即都卜勒法，簡稱D型（D-mode），是應用都卜勒效應原理設計的。當探頭與反射介面之間有相對運動時，反射信號的頻率發生改變，即都卜勒頻移，用檢波器將此頻移檢出，加工處理，即可獲得都卜勒信號音。目前臨床應用廣泛的是經過進一步發展的彩色都卜勒超聲與經顱都卜勒超聲檢測。
彩色都卜勒血流顯像（CDFI）或彩色都卜勒顯像（CDI）主要是利用血液中運動的紅細胞對聲波的散射，產生都卜勒效應，經偽彩色編碼技術，在二維圖像上顯示彩色血流影像。不同方向的血流以不同的顏色表示。彩色都卜勒超聲診斷儀同時具備頻譜都卜勒功能，可在彩色圖像上定點取樣，顯示都卜勒頻譜圖，並聽取都卜勒信號音。
經顱都卜勒超聲 (TCD)又稱腦彩，用較低頻率的都卜勒超聲探查顱內動脈，顯示為都卜勒頻譜圖，用來診斷各種腦血管疾病，如腦血管畸形、腦動脈瘤，腦血管痙攣等。
（5） 三維、四維成像法
是近年來發展起來的醫學影像技術，能顯示直觀的立體圖像，可提供比二維超聲更為豐富的信息。主要用於心髒疾病的研究與臨床診治，在婦產科、眼科、腹部及周圍血管成像等方面有一定的應用。
參考文獻：
《超聲診斷原理大匯總》，機械之家
《超聲診斷原理與應用》，劉紅梅
《超聲波原理與現代應用探討》，王育慷
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